[發明專利]一種基于微生物電解池處理剩余污泥的方法

在審

• 申請號: 202110520215.6
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113371957A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 趙坤;王源瑞;萬卷敏;趙和存;趙中源;侯雪;王軍;劉靜靜;齊白羽
• 申請（專利權）人: 西北礦冶研究院
• 主分類號: C02F11/00
• 分類號: C02F11/00;C02F11/02;C02F101/30
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 李實軍

本發明公開了一種基于微生物電解池處理剩余污泥的方法，采用氨基修飾氧化石墨烯/碳納米管的協同作用強化剩余污泥中有機物在微生物電化學系統中的釋放和利用，進而為陽極產電微生物提供了充足的底物，促進陽極水解發酵菌、產電菌和反硝化菌的生長和富集，實現高效電解處理污泥，并且能夠降低亞硝酸鈉的加入量，提高有機質利用率，增強污泥的資源利用和能源回收，不會對環境造成二次污染。

技術領域

本發明屬于剩余污泥處理方法領域，尤其涉及一種基于微生物電解池處理剩余污泥的方法。

背景技術

剩余污泥中含有大量的蛋白質和多糖等有機物質，厭氧發酵不僅能將污泥中的有機物質釋放到發酵系統中，同時能夠將其進一步轉化成生物處理過程的優質碳源，如可揮發性短鏈脂肪酸剩余污泥厭氧發酵可分為水解、酸的限制性步驟，同時產甲烷菌消耗酸化產物生成CH₄，因此，如何提高污泥水解和抑制產甲烷菌活性是提高污泥發酵性能和污泥發酵產酸的關鍵。研究發現，通過物理、化學、加熱或者生物處理等方法能夠有效的促進污泥水解和降低產甲烷菌活性，然而能源消耗及二次污染是抑制污泥厭氧發酵的主要因素。但由于微生物細胞的半剛性結構及污泥胞外聚合物(EPS)的包裹，導致厭氧消化水解和酸化過程受限。因此，現階段只能通過預處理污泥以解決這一難題，導致工藝繁瑣，處理成本增加。亞硝酸是一種很強的滅菌劑，其及其衍生產物能破壞脂質、蛋白質、糖類和脫氧核糖核酸(DNA)。例如亞硝酸可有效殺死微生物細胞(41%~80%)，增強污泥溶胞。亞硝酸預處理后污泥與煙草廢物共消化，可強化有機物水解酸化進程并為產甲烷菌提供基質，所以可將亞硝酸用于污泥預處理強化污泥水解產酸的可行性。然而，亞硝酸鈉屬于致癌物質，易引起二次污染，加之傳統的厭氧消化存在發酵時間長，有機物利用率低，能源回收率低等問題。

研究人員利用微生物電解池通過陽極富集的產電微生物氧化有機物(乙酸、葡萄糖、蛋白質和甘油等)，在外接電壓(0.2-0.8V)條件下產生電子和質子，分別經外電路和溶液內部進行傳輸，在陰極結合產生氫氣。其庫倫效率和能源回收效率(氫氣)可高達90%和200%以上，但現有的微生物電解池，在剩余污泥的電解過程中溶解性有機物的釋放還是較為緩慢，不能為陽極產電微生物提供

充足的底物，使后續溶解性有機物的水解還是偏弱，而且現有的微生物電解池普遍使用的緩沖溶液為磷酸鹽，引入的過量磷酸鹽易導致二次污染。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種氨基修飾氧化石墨烯/碳納米管復合材料作為微生物電解池的陽極，以實現對剩余污泥的高效環保處理。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于微生物電解池處理剩余污泥的方法，包括制備氨基修飾氧化石墨烯/碳納米管復合材料以及用該氨基修飾氧化石墨烯/碳納米管復合材料制作微生物電解池的陽極處理剩余污泥；

所述氨基修飾氧化石墨烯/碳納米管復合材料的制備方法包括以下步驟：

步驟a：秤取氧化石墨烯與純化碳納米管，將兩者分別分散在無水乙醇中，并超聲處理，將純化碳管逐滴滴加到氧化石墨烯分散液中，持續超聲處理，使兩者均勻混合，

步?b：將混合后的產物進行過濾，在過濾過程中分別用去離子水與無水乙醇洗滌，隨后將產物置入真空干燥箱中，在50-70 ℃下抽真空干燥10-15 h，之后取出研磨得到氧化石墨烯/碳納米管；

步驟c：秤取的氧化石墨烯/碳納米管，加無水乙醇超聲分散，隨后通入氮氣5-10min排凈瓶內空氣，在氮氣保護以及攪拌過程中，向反應產物中緩慢加入的丙酮繼續反應4-8 h，在室溫且在氮氣保護下向分散液中加入水合肼反應5-9 h；

步驟d：取出反應后的產物用孔徑0.45 μm的濾膜抽濾，抽濾時用分別無水乙醇與去離子水洗滌，隨后將產物在40-80℃抽真空干燥8-12 h，再進行研磨后得到氨基修飾氧化石墨烯/碳納米管復合材料；

將得到的氨基修飾氧化石墨烯/碳納米管復合材料作為微生物電解池的陽極后，將剩余污泥放入微生物電解池，并啟動微生物電解池處理剩余污泥。