一种木质素及其衍生炭在厌氧消化中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种木质素磺酸盐及其衍生炭在厌氧消化中的应用。本发明专利技术该公开了一种实现木质素磺酸盐的高值化利用途径同时改变或影响厌氧消化过程中甲烷产量的方法，以木质素磺酸钠(钙)为原材料制备衍生炭并将二者用于厌氧消化过程中，可以研究木质素磺酸盐对厌氧消化过程的抑制机理，为富含木质素磺酸盐废水的生化治理技术提供了理论基础。同时，厌氧消化过程中添加木质素磺酸盐衍生炭技术，能够富集厌氧微生物、提高它们的活性和甲烷产量。

Application of a Lignin and Its Derived Carbon in Anaerobic Digestion

The invention relates to the application of lignosulfonate and its derived carbon in anaerobic digestion. The invention discloses a method for realizing high value utilization of lignosulfonate and changing or affecting methane production in anaerobic digestion process. The derived carbon is prepared from sodium lignosulfonate (calcium) and used in anaerobic digestion process. The inhibition mechanism of Lignosulfonate on anaerobic digestion process can be studied, which is biochemical process of wastewater rich in lignosulfonate. Governance technology provides a theoretical basis. At the same time, adding lignosulfonate-derived carbon technology in anaerobic digestion process can enrich anaerobic microorganisms, improve their activity and methane production.

【技术实现步骤摘要】
一种木质素及其衍生炭在厌氧消化中的应用
本专利技术属于环境保护
，具体涉及一种木质素磺酸盐及其磺酸盐基衍生炭制备和应用，并将木质素磺酸盐及其衍生炭分别添加到厌氧消化系统中，分析木质素磺酸盐及其衍生炭添加量对厌氧消化产气量的影响。
技术介绍
木质素是地球上可自然再生、来源丰富的天然大分子有机物。据估计，全世界每年约可产生6×1014t木质素，是极具潜力的一种资源。木质素是造纸工业的副产品，在制浆过程中，绝大部分木质素溶解在废液中，是制浆废液的主要成分。由于原料和制浆方法的不同，木质素在制浆废液中的存在形式也不同。碱木质素存在于碱法制浆废液中，是一种具有分散、粘合以及表面活性的天然高分子化合物。由于其缺乏强亲水性官能团，可发生反应的位置较少，因此水溶性和化学反应性能都较差，尤其是在中性和酸性条件下溶解度很低，这些特性都极大限制了它的应用范围。木质素磺酸盐产生于亚硫酸盐制浆过程，也可由木质素磺化制得。由于磺酸基的存在，木质素磺酸盐具有较强的亲水性，因此其应用范围相较碱木质素更为广泛。但是到目前为止，大部分木质素的回收就是经浓缩后进行焚烧，这一方面造成了极大的资源浪费，另一方面富含木质素的工业废水被排放后会对环境造成严重的危害。因此，对木质素进行合理有效的利用，对环境保护以及经济发展均有积极意义。木质素是以苯丙烷为骨架的疏水性非极性基团和羧基等亲水性极性基团组成的天然多芳环大分子化合物。木质素磺酸盐是一种阴离子有机化合物，既有亲水部分(磺酸基)，又有疏水部分(苯环、侧链等)，因而可以作为阴离子表面活性剂。木质素表面活性剂具有良好的表面活性、黏合性、络合性等，可作为乳化剂、稀释剂、分散剂、絮凝剂等。但是，木质素磺酸盐的高附加值利用效率不高。此外，含有木质素磺酸盐废水的可生化性较差和易对微生物产生毒性抑制等因素。因此，这类废水的生化处理一直是行业难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种木质素磺酸盐及其衍生炭制备和应用，实现木质素磺酸盐高值化利用途径同时改变或影响厌氧消化过程中甲烷产量的方法，为木质素磺酸盐类废水的生化处理提供理论依据。为了完成本申请的专利技术目的，本申请采用以下技术方案：本专利技术提供一种木质素磺酸盐及其衍生炭制备和应用，用于厌氧消化产甲烷过程中。如无特别说明，本申请中，木质素是指木质素磺酸盐，木质素磺酸盐为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙，衍生炭是木质素磺酸钠和木质素磺酸钙分别经过200～600℃碳化制备的衍生炭。如无特别说明，本申请中所述的室温，为20～40℃。本专利技术还提供一种实现木质素磺酸盐的高值化利用途径同时改变或影响厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，使用了改变或影响厌氧消化甲烷产量的添加剂；改变或影响厌氧消化甲烷产量的添加剂为木质素磺酸盐及其衍生炭，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。厌氧消化过程加入木质素磺酸盐或木质素磺酸盐的衍生炭。利用木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、及其衍生炭(木质素磺酸钠基炭、木质素磺酸钙基炭)，上述物质分别添加到葡萄糖模拟废水的厌氧消化系统中，研究它们各自对厌氧消化过程的抑制或促进作用(产甲烷)。所述木质素磺酸钠与木质素磺酸钙均为工业级木质素磺酸盐，廉价易得。优选的，所述厌氧消化反应以葡萄糖为底物，反应温度为36～38℃或53～55℃，木质素磺酸盐及其衍生炭的添加浓度为0～20g/L。木质素磺酸盐为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。本专利技术提出的一种实现木质素磺酸盐的高值化利用途径同时改变或影响厌氧消化过程甲烷产量的方法，包括以下步骤：1)以木质素磺酸盐为原材料制备衍生炭；2)培养接种污泥；3)以木质素磺酸盐和步骤1)得到的衍生炭分别添加至厌氧消化系统中。步骤3)中，测量实验过程中产气(甲烷)量以判定木质素磺酸盐及其衍生炭对厌氧消化性能的影响。优选的，所述实现木质素磺酸盐的高值化利用途径同时改变(增加或减少)厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于：步骤1)木质素还酸盐衍生炭的制备包括以下步骤：a)将木质素磺酸盐粉碎，于80～100℃烘干。b)称取步骤A)中的干燥木质素磺酸盐置于陶瓷坩埚中，表面覆盖鹅卵石(或采用充氮气方法)以创造缺氧氛围，以5～15℃/min升温速率由室温程序升温至一定温度(200～600℃)进行热解，并保温1～3h。c)将热解后的碳化产物冷却至室温后，并粉碎成粒径为100～200目的粉末，即获得木质素磺酸盐基衍生炭。优选的，步骤a)中，将木质素磺酸盐用高速粉碎机粉碎成粒径为80～120目的粉末。优选的，步骤b)中，鹅卵石为大小不一的鹅卵石。本专利技术对鹅卵石没有特别限定，能营造却氧氛围即可。优选的，步骤b)中，干燥木质素磺酸盐的称取量本领域技术人员可以根据实际情况选择，比如称取30～50g。优选的，步骤b)中，将坩埚置于程序升温炉膛恒温区中部。优选的，所述实现木质素磺酸盐的高值化利用途径同时改变(增加或减少)厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于：步骤2)中接种污泥的培养包括以下步骤：a)剩余污泥取自某城市污水处理厂，其性质如下：pH7～7.2，固含量(TS，％)17～20，挥发性组分(VS，％)50～60，氨氮(NH4+-N，mg/L)100～130，可溶性化学需氧量(SCOD，mg/L)600～900。剩余污泥置于4℃保存，以备下一步使用。进行厌氧消化前，将剩余污泥置于中温(36～38℃)或高温(53～55℃)厌氧培养20～25d，直至不再产气为止。b)将步骤a)中的污泥静置6～8h后去掉上清液，接种污泥培养完成。接种污泥性质如下：pH7～7.2，TS(％)7.5～8.5，VS(％)65～75，NH4+-N(mg/L)220～260，SCOD(mg/L)5500～7000。优选的，所述实现木质素磺酸盐的高值化利用途径同时改变(增加或减少)厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于：步骤3)中的厌氧消化实验包括以下步骤：a)厌氧消化反应在生化反应器内进行。每个生化反应器中加入0～10份木质素磺酸盐或它们的衍生炭、4～6份葡萄糖后加入200～400份自来水，充分混匀。所述份数为重量份；b)向每个反应器中加入100～200份步骤2)所述接种污泥，用自来水稀释并定容为500份，此时，反应器的顶部空间体积为反应器体积的1/3～1/5。c)每个反应器连接一个装有浓度为5～15％的NaOH溶液的吸收瓶，用于去除气体中的硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)。每个反应器顶部空间均通氮气20～30s，快速密封后于中温(36～38℃)或高温(53～55℃)条件下厌氧消化14～25d。优选的，所述实现木质素磺酸盐的高值化利用途径同时改变(增加或减少)厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于：步骤3)中的厌氧消化实验包括以下步骤：a)厌氧消化反应在500ml生化反应器内进行。每个反应器中加入0～10g木质素磺酸盐或它们的衍生炭、4～6g葡萄糖后加入200～400ml自来水，充分混匀。随后调节溶液pH至6.8～7.6；b)向每个反应器中加入100～200ml步骤2)所述接种污泥，用自来水稀释葡萄糖、木质素磺酸盐或衍生炭和接种污泥的混合物，并定容为500ml，此时，反应器的顶部空间体积约为125ml。c)每个反应器连接一个装有浓度为5～10％的NaOH溶液的吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木质素磺酸盐及其衍生炭的应用，用于厌氧消化产甲烷过程中。

【技术特征摘要】
1.一种木质素磺酸盐及其衍生炭的应用，用于厌氧消化产甲烷过程中。2.一种实现木质素磺酸盐的高值化利用途径同时改变或影响厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，使用了改变或影响厌氧消化甲烷产量的添加剂；改变或影响厌氧消化甲烷产量的添加剂为木质素磺酸盐及其衍生炭，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述厌氧消化反应以葡萄糖为底物，反应温度为36～38℃或53～55℃，木质素磺酸盐及其衍生炭的添加浓度为0～20g/L。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以木质素磺酸盐为原材料制备衍生炭；2)培养接种污泥；3)以木质素磺酸盐和步骤1)得到的衍生炭分别添加至厌氧消化系统中。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1)木质素还酸盐衍生炭的制备包括以下步骤：a)将木质素磺酸盐粉碎，于80～100℃烘干。b)称取步骤A)中的干燥木质素磺酸盐置于陶瓷坩埚中，表面覆盖鹅卵石(或采用充氮气方法)以创造缺氧氛围，以5～15℃/min升温速率由室温程序升温至一定温度(200～600℃)进行热解，并保温1～3h。c)将热解后的碳化产物冷却至室温后，并粉碎成粒径为100～200目的粉末，即获得木质素磺酸盐基衍生炭。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤a)中，将木质素磺酸盐用高速粉碎机粉碎成粒径为80～120目的粉末。7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤b)中，鹅卵石为大小不一的鹅卵石。本发明对鹅卵石没有特别限定，能营造却氧氛围即可。优选的，步骤b)中，干燥木质素磺酸盐的称取量本领域技术人员可以根据实际情况选择，比如称取30...

【专利技术属性】
技术研发人员：张记市，臧立华，赵蕾，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37