[发明专利]一种制备功能型蓝藻生物炭并应用于强化厌氧消化的方法

说明书

本发明提供一种制备功能型蓝藻生物炭并应用于强化厌氧消化的方法，属于固体废弃物资源化处理技术领域。本发明利用过氧化氢表面氧化的方法定向调控蓝藻生物炭表面含氧官能团种类及数量，显著提升蓝藻生物炭材料的得失电子能力及氧化还原活性。本发明首次建立了一种基于表面含氧官能团定向调控的功能型蓝藻生物炭制备方法，并将其应用到强化厌氧消化体系中可实现缩短产甲烷启动期、加快产甲烷速率的同时提升甲烷产量，有利于进一步提升有机废弃物厌氧消化处理处置的整体效能。

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化处理技术领域，具体涉及一种制备功能型蓝藻生物炭并应用于强化厌氧消化的方法。

背景技术

蓝藻是水体富营养化的生态产物，蓝藻暴发给我国淡水湖泊水质及周边居民生活环境质量造成了严重影响。目前，基于“藻水分离”的集中打捞是太湖流域等区域应对蓝藻问题的主要控制方法，打捞期间会产生大量的蓝藻泥生物质。以太湖流域为例，每年为治理水体环境需要打捞的蓝藻泥量达到百万吨。蓝藻泥得到妥善的处置才能实现水体中污染物质的最终消除，但由于蓝藻泥含水率较高(85％-97％，w/w)，运输及处理成本都较高，并且蓝藻泥长时间堆放会由于腐烂、酸败等进一步产生相关的环境污染问题。因此为缓解集中打捞期间产生的大量蓝藻泥给水体环境治理工作带来的压力，必需要开发一种合理的蓝藻泥处理处置方法。

蓝藻泥是一种高有机质含量的生物质，其挥发性有机质含量占比可达干重的90％以上，因此具备制备高品质功能生物炭的基本条件。前期的专利申请“一种促进蓝藻泥快速脱水并制备棒状生物炭的方法，申请号CN202010673671.X”也确认了制备蓝藻生物炭的可行性。相比之下利用蓝藻生物质制备高氧化还原能力的功能型生物炭材料在厌氧消化、土壤修复等环保领域具备更广的应用前景，这是因为高有机质的蓝藻生物质在低温慢速热解条件下制备得到的初级蓝藻生物炭具有较为丰富的表面官能团结构，其中表面含氧官能团被认为能够赋予蓝藻生物炭一定的氧化还原能力。具有氧化还原活性的功能型生物炭材料能够介导生物/化学的电子传递过程，进而能够起到强化厌氧消化过程功能微生物种间电子传递过程的作用，最终通过强化厌氧功能微生物种间互营作用实现厌氧消化过程强化。

需要指出的是通过低温慢速热解制备的初级蓝藻生物炭虽然具有较为丰富的表面官能团结构，但其中与生物炭材料的氧化还原能力密切相关的特定官能团(如表面含氧官能团)并非占主导地位，这也导致初级蓝藻生物炭的氧化还原能力有限，应用到复杂的厌氧消化体系中会受到其他因素的干扰而无法发挥作用。但由于热解过程的不可控因素众多，目前尚难以在生物炭热解阶段实现生物炭材料的表面官能团调控。因此，有必要开发一种新型蓝藻生物炭特性定向调控新技术，为蓝藻高值资源化处理以及功能型生物炭材料开发及改造提供了新思路和新方案。

发明内容

针对现有技术存在的问题与不足，本发明的目的在于提供一种制备功能型蓝藻生物炭并应用于强化厌氧消化的方法。本发明以固体废弃物处理处置的基本原则-减量化、无害化、稳定化、资源化为基础，通过过氧化氢表面氧化方法实现初级蓝藻生物炭表面含氧官能团的定向调控，显著提升蓝藻生物炭的氧化还原能力，将制备得到的功能型蓝藻生物炭、应用于强化有机质厌氧消化提升甲烷产量。本发明为蓝藻有机质的减量化、资源化处理提供一种有竞争力的解决方案，更为功能型生物炭材料开发及改造提供了新的思路及新方案。

本发明的技术方案，具体通过以下方式实现：

一种制备功能型蓝藻生物炭并应用于强化厌氧消化的方法，包括以下步骤：

(1)收集的蓝藻粉生物质经过筛处理剔除杂质，蓝藻粉生物质中有机质含量在90％(w/w)以上，对所述蓝藻粉生物质进行破碎处理，控制蓝藻粉生物质平均粒径范围为1-5mm；

(2)采用高温慢速热解方法处理步骤(1)中得到的蓝藻粉生物质，进一步对其热解处理，制备得到初级蓝藻生物炭；