CN113353928A - 一种改性活性炭及其制备方法与在餐厨垃圾处理中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性活性炭及其制备方法与在餐厨垃圾处理中的应用。本发明改性活性炭的制备方法，包括步骤如下：（1）将活性炭原料破碎过筛，然后清水洗涤、酸洗、烘干；（2）经步骤（1）处理的所述活性炭原料依次经两次核黄素溶液中振荡浸泡、过滤、清洗后，烘干即得到改性活性炭。本发明改性活性炭应用于餐厨垃圾处理中。本发明改性活性炭在餐厨垃圾处理中能提高厌氧消化效率，同时避免餐厨垃圾厌氧消化常有的酸化现象，减少处理过程中强碱的投加，降低运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性活性炭及其制备方法与在餐厨垃圾处理中的应用，属于固体废物处理技术领域。
背景技术
随着我国经济发展，人民物质生活水平的提升，餐厨垃圾产生量逐年增加，据统计中国每年产生超过1亿吨餐厨垃圾。同时，垃圾分类政策的实施也使得高效餐厨垃圾处理方法被迫切需求。
厌氧消化技术可以有效处理有机废物并产生清洁能，是许多国家处理餐厨垃圾的主要方法之一。厌氧消化产甲烷过程中，餐厨垃圾中的有机组分经微生物的水解发酵作用分解成小分子的有机酸、醇等物质，再经过产氢产酸过程将这些小分子酸、醇分解成乙酸、氢气和CO2，最后在乙酸营养型甲烷菌的作用下将乙酸转化为甲烷和CO2，在氢营养型甲烷菌的作用下将氢气和CO2转化为甲烷和水。然而，餐厨垃圾成分复杂且易降解有机质含量高，对其进行厌氧消化处理经常出现有机质水解发酵产生的挥发酸大量积累、进而引发长时间的酸化现象，影响餐厨垃圾的高效处理。针对这一问题，通常投加强碱以调节pH，这增加了餐厨垃圾处理成本，同时长期投加强碱会导致体系盐度提升，不利于体系的长期稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性活性炭及其制备方法与在餐厨垃圾处理中的应用。
本发明能够通过改性活性炭富集厌氧功能菌群提高餐厨垃圾降解过程中的电子传递效率，降低有毒有害中间代谢产物的积累，实现高效稳定的餐厨垃圾厌氧消化处理。
本发明提供了一种改性活性炭的制备方法，包括步骤如下：
（1）将活性炭原料破碎过筛，然后清水洗涤、酸洗、烘干；
（2）经步骤（1）处理的所述活性炭原料依次经两次核黄素溶液中振荡浸泡、过滤、清洗后，烘干即得到改性活性炭。
上述的方法中，所述活性炭原料选自为玉米芯、果壳和秸秆中的至少一种。
本发明中，所述果壳和秸秆为本领域中公知的常用原料。
上述的方法中，所述活性炭原料破碎过筛后的粒径可为1~6mm。
上述的方法中，所述清水洗涤为用清水冲洗2~3遍并在其中浸泡去除浮渣；
所述酸洗可为0.8~1.5M 硝酸水溶液浸泡2小时清洗；
所述酸洗的浸泡温度具体可为35±1℃。
上述的方法中，所述核黄素溶液浓度可为0.9~1.1mM；
每100mL核黄素溶液中加入1.0±0.1g步骤（1）处理的所述活性炭原料；
步骤（2）中，所述清洗的次数可为3~5次。
上述的方法步骤（1）-（2）中，所述烘干温度均可为50±2℃。
本发明还提供了上述的方法制备得到的所述改性活性炭。
本发明所述改性活性炭应用于餐厨垃圾处理中。
本发明进一步提供了一种采用上述改性活性炭处理餐厨垃圾的方法，包括如下步骤：将采用所述改性活性炭与餐厨垃圾及厌氧颗粒污泥混合，进行厌氧消化处理，以实现餐厨垃圾的处理。
上述的方法中，所述改性活性炭、所述餐厨垃圾与所述厌氧颗粒污泥的质量比可为1 : 8~10 : 2~3，具体可为1:9:2、1 : 9~10 : 2~3或1 : 8.5~9.5 : 2~3；
所述餐厨垃圾在加入时破碎至粒径可为0~5mm，具体可为1~2mm、2~4mm；
所述厌氧消化处理的条件：pH＝7.0±1.0，温度可为35±2℃。
本发明中，所述厌氧颗粒污泥为本领域公知的名词，具体包括处理高浓度COD废水的厌氧污泥。
本发明具有以下优点：
本发明改性活性炭在餐厨垃圾处理中能提高厌氧消化效率，同时避免餐厨垃圾厌氧消化常有的酸化现象，减少处理过程中强碱的投加，降低运行成本。
附图说明
图1为本发明固定核黄素的改性活性炭模拟图。
图2为本发明实施例中厌氧发酵设备的结构示意图。
图2中各个标记如下：
1 进出料口；2 气袋；3 餐厨垃圾；4 厌氧颗粒污泥和改性活性炭。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
（1）将玉米芯活性炭破碎至1~2mm，先清水冲洗浸泡去除浮渣，再用1.0M稀硝酸浸泡2小时，过滤后50℃烘干备用；
（2）将1.0g经步骤（1）处理后的玉米芯活性炭加入100mL浓度为0.1mM的核黄素溶液中，在摇床中振荡浸泡2小时，温度为35℃，过滤后用清水洗涤3遍，再次振荡浸泡于上述核黄素溶液中2小时，二次固定核黄素，过滤后用清水洗涤3遍，50℃烘干后在干燥阴凉处储存，即得到玉米芯改性活性炭。
采用本发明实施例1中制备得到的玉米芯改性活性炭处理餐厨垃圾的方法，包括如下步骤：将含固率（固体的质量百分含量）为10％的餐厨垃圾、厌氧颗粒污泥和本发明玉米芯改性活性炭加入到厌氧发酵设备（如图2所示）中，其中，将啤酒废水处理厂UASB反应器中的厌氧颗粒污泥作为接种污泥，餐厨垃圾、厌氧颗粒污泥和本发明玉米芯改性活性炭的质量比为9:2:1，在初始pH为7.0，温度35℃环境下进行厌氧发酵，记为实验组1。
对照组1-1：将与上述实验组1相同质量比的餐厨垃圾和厌氧颗粒污泥加入到厌氧发酵设备中，采用与实验组1相同的条件进行厌氧发酵。
作为对照组1-2：将与上述实验组1相同质量比的餐厨垃圾和厌氧颗粒污泥加入到厌氧发酵设备中，并加入未改性的玉米芯活性炭，采用与实验组1相同的条件进行厌氧发酵。
利用分光光度法检测上述实验组1和对照组1-1、1-2在厌氧消化餐厨垃圾过程中体系COD浓度变化，结果表明，本发明实验组1有机物去除负荷为6.8 kg COD/(m3·d)，比对照组1-1高83%，比对照组1-2高48%。同时，本发明实验组1的pH稳定在6.7~7.2之间，而对照组1-1的pH逐渐下降至4.3，对照组1-2的pH逐渐下降至5.4。
实施例2
（1）将椰壳活性炭破碎至2~4mm，先清水冲洗浸泡去除浮渣，再用1.0M稀硝酸浸泡2小时，过滤后50℃烘干备用；
（2）将4.0g经步骤（1）处理后的椰壳活性炭加入400mL浓度为0.1mM的核黄素溶液中，在摇床中振荡浸泡2小时，温度为35℃，过滤后用清水洗涤3遍，再次振荡浸泡于上述核黄素溶液中2小时，二次固定核黄素，过滤后用清水洗涤3遍， 50℃烘干后在干燥阴凉处储存，即得到椰壳改性活性炭。
采用本发明实施例2中制备得到的椰壳改性活性炭处理餐厨垃圾的方法，包括如下步骤：将含固率为10％的餐厨垃圾、厌氧颗粒污泥和本发明椰壳改性活性炭加入到厌氧发酵设备（如图2所示）中，其中，将啤酒废水处理厂UASB反应器中的厌氧颗粒污泥作为接种污泥，餐厨垃圾、厌氧颗粒污泥和本发明椰壳改性活性炭的质量比为10:2:1，在初始pH为7.0，温度35℃环境下进行厌氧发酵，记为实验组2。
对照组2-1：将与上述实验组2相同质量比的餐厨垃圾和厌氧颗粒污泥加入到厌氧发酵设备中，采用与上述实验组2相同的条件进行厌氧发酵。
对照组2-2：将与上述实验组2相同质量比的餐厨垃圾和厌氧颗粒污泥加入到厌氧发酵设备中，并加入未改性的椰壳活性炭，采用与上述实验组2相同的条件进行厌氧发酵。
利用分光光度法检测本发明实验组2和对照组2-1、2-2在厌氧消化餐厨垃圾过程中体系COD浓度变化，结果表明，本发明实验组2有机物去除负荷为6.5 kg COD/(m3·d)，比对照组2-1高74%，比对照组2-2高39%。同时，实验组2的pH稳定在6.5~7.0之间，而对照组2-1的pH逐渐下降至4.0，对照组2-2的pH逐渐下降至5.2。
实施例3
（1）将玉米秸秆活性炭破碎至1~2mm，先清水冲洗浸泡去除浮渣，再用1.0M稀硝酸浸泡2小时，过滤后50℃烘干备用；
（2）将10.0g经步骤（1）处理后的玉米秸秆活性炭加入1000mL浓度为0.1mM的核黄素溶液中，在摇床中振荡浸泡2小时，温度为35℃，过滤后用清水洗涤4遍，再次振荡浸泡于上述核黄素溶液中2小时，二次固定核黄素，过滤后用清水洗涤4遍，50℃烘干后在干燥阴凉处储存，即得到玉米秸秆改性活性炭。
采用本发明实施例3中制备得到的玉米秸秆改性活性炭处理餐厨垃圾的方法，包括如下步骤：将含固率为10％的餐厨垃圾、厌氧颗粒污泥和本发明玉米秸秆改性活性炭加入到厌氧发酵设备（如图2所示）中，其中，将啤酒废水处理厂UASB反应器中的厌氧颗粒污泥作为接种污泥，餐厨垃圾、厌氧颗粒污泥和本发明玉米秸秆改性活性炭的质量比为10:2:1，在初始pH为7.0，温度35℃环境下进行厌氧发酵，记为实验组3。
对照组3-1：将与实验组3相同质量比的餐厨垃圾和厌氧颗粒污泥加入到厌氧发酵设备中，采用与实验组3相同的条件进行厌氧发酵。
对照组3-2：将与实验组3相同质量比的餐厨垃圾和厌氧颗粒污泥加入到厌氧发酵设备中，并加入未改性的玉米秸秆活性炭，采用与实验组3相同的条件进行厌氧发酵。
利用分光光度法检测本发明实验组3和对照组3-1、3-2在厌氧消化餐厨垃圾过程中体系COD浓度变化，结果表明，本发明实验组3有机物去除负荷为5.9 kg COD/(m3·d)，比对照组3-1高70%，比对照组3-2高42%。同时，本发明实验组3的pH稳定在6.4~7.1之间，而对照组3-1的pH逐渐下降至4.2，对照组3-2的pH逐渐下降至4.8。
Claims (10)
1.一种改性活性炭的制备方法，其特征在于：包括步骤如下：
（1）将活性炭原料破碎过筛，然后清水洗涤、酸洗、烘干；
（2）经步骤（1）处理的所述活性炭原料依次经两次核黄素溶液中振荡浸泡、过滤、清洗后，烘干即得到改性活性炭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活性炭原料选自为玉米芯、果壳和秸秆中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述活性炭原料破碎过筛后的粒径为1~6mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述清水洗涤为用清水冲洗2~3遍并在其中浸泡去除浮渣；
所述酸洗为0.8~1.5M 硝酸水溶液浸泡2小时清洗；
所述酸洗的浸泡温度具体为35±1℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述核黄素溶液浓度为0.9~1.1mM；
每100mL核黄素溶液中加入1.0±0.1g步骤（1）处理的所述活性炭原料；
步骤（2）中，所述清洗的次数为3~5次。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）-（2）中，所述烘干温度均为50±2℃。
7.权利要求1-6中任一项所述的方法制备得到的所述改性活性炭。
8.权利要求7所述改性活性炭在餐厨垃圾处理中的应用。
9.一种采用权利要求7所述改性活性炭处理餐厨垃圾的方法，其特征在于：包括如下步骤：将采用权利要求7所述改性活性炭与餐厨垃圾及厌氧颗粒污泥混合，进行厌氧消化处理，以实现餐厨垃圾的处理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述改性活性炭、所述餐厨垃圾与所述厌氧颗粒污泥的质量比为1 : 8~10 : 2~3；
所述餐厨垃圾在加入时破碎至粒径为0~5mm；
所述厌氧消化处理的条件：pH＝7.0±1.0，温度为35±2℃。
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2021
- 2021-08-11 CN CN202110919470.8A patent/CN113353928B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113353928B (zh) | 2021-11-30 |
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