(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210581442.4 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 沈阳航空航天大 学 地址 110136 辽宁省沈阳市道义经济开发 区道义南大街37号 (72)发明人 张万里　刘平　李彦龙　邢万丽　 李润东　杨天华　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 王思齐 (51)Int.Cl. C12P 5/02(2006.01) C12N 1/20(2006.01) C01B 32/05(2017.01) C01G 49/00(2006.01) (54)发明名称 改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中 的应用方法 (57)摘要 本发明属于生物炭制备领域和固体废物处 理技术领域， 尤其涉及一种改性生物炭在餐厨垃 圾厌氧消化产甲烷中的应用方法。 基于负载了铁 镍复合氧化物NiFe2O4的改性生物炭颗粒的特 性， 将其投加到餐厨垃圾厌氧消化产甲烷系统 中， 负载了铁镍复合氧化物NiFe2O4的改性生物 炭优化了生物炭的导电性能， 补 充厌氧消化所需 的金属微量元素， 富集厌氧功能菌群， 强化产酸 菌与产甲烷菌之间的电子传递过程， 缓解系统酸 化问题， 显著提高餐厨垃圾厌氧消化的甲烷产 量， 并且改性生物炭具有磁性， 便于回收循环利 用。 本发明还提出了一种用于以上用途的改性生 物炭的制备方法， 成本低廉、 工艺简单， 适合改性 生物炭在餐厨垃圾厌氧消化过程中的大批量应 用。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 114752632 A 2022.07.15 CN 114752632 A 1.一种改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 将改性生物炭与餐厨垃圾充分混合， 混合后的物料投加到厌氧反应器中， 调节厌氧反 应器中溶液的初始pH为中性， 并在中温下进行厌氧消化产甲烷； 所述改性 生物炭为负载了 铁镍复合氧化物N iFe2O4的生物炭颗粒。 2.根据权利要求1所述的改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法， 其特 征在于， 厌氧消 化产甲烷结束后， 对沼渣和沼液进行分离， 在分离获得的沼渣中， 采用磁性 分离对其中改性 生物炭进行回收， 回收得到的改性 生物炭经 过清洗、 干燥后循环利用。 3.根据权利要求1或2所述的改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法， 其 特征在于， 所述改性 生物炭的制备 方法包括以下步骤： 将Ni2+盐和Fe3+盐放入去离子水中混合搅匀， 接着加入柠檬酸作为络合剂， 调节pH至中 性， 搅拌至溶胶产生， 停止搅拌， 将获得的溶胶干燥后， 热解得到粉体； 将粉体与生物炭混合后置于水中， 搅拌均匀后进行固液分离， 将分离出的固体干燥后 热解， 得到改性 生物炭。 4.根据权利要求3所述的改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法， 其特 征在于， 所述生物炭的制备方法为： 以生物质废弃物作为原料， 经过烘干后， 破碎、 过筛后得 到生物质废弃物粉末， 热解炭化后洗涤至中性， 干燥后得到生物炭。 5.根据权利要求1或2所述的改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法， 其 特征在于， 所述餐厨垃圾经预处理后再进行混合， 所述预处理为经过分选去除餐厨垃圾中 难以生化降解的物质， 并将分选后的餐厨垃圾打成浆状。 6.根据权利要求1或2所述的改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法， 其 特征在于， 所述改性生物炭在餐厨垃圾中的添加浓度为 1‑15g/L， 所述厌氧消化产甲烷的方 法和条件为： 采用序批式厌氧消化， 将厌氧反应器中的初始液体pH调节到7.0 ‑7.5， 加水稀 释至含固率为10％ ‑30％， 温度为30 ‑40℃， 接种率kg  VS餐厨垃圾/kg VS接种物为1： (1‑3)， 有机负 荷为10‑20gVS/L。 7.根据权利要求4所述的改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法， 其特 征在于， 所述的所有干燥 温度均为80 ‑105℃， 干燥时间为24 ‑48h， 所述的所有热解均为氮气 保护下的热解， 热解温度为 400‑600℃， 升温速率 为5‑10℃/min， 热解时间为1 ‑1.5h。 8.根据权利要求2所述的改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法， 其特 征在于， 所述磁性分离为将磁铁插 入沼渣中来回移动， 吸引改性 生物炭。 9.根据权利要求3所述的改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法， 其特 征在于， 所述改性生物炭的制备过程中， 进行搅拌至溶胶产生时， 温度为80 ‑100℃， 搅拌时 间为0.5‑1.5h， 转速为10 0‑150r/min。 10.根据权利要求3所述的改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法， 其特 征在于， 所述粉体与生物炭混合过程中， 粉体与生物炭的比例为1： (5 ‑10)。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114752632 A 2改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消 化产甲烷中的应用方 法 技术领域 [0001]本发明属于生物炭制备领域和固体废物处理技术领域， 尤其涉及一种改性生物炭 在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法。 背景技术 [0002]随着经济的快速发展， 餐厨垃圾产量逐年递增， 亟需妥善的处理处置。 厌氧消化技 术可有效的处理有机废物并产生清洁能源， 是目前实现餐厨垃圾资源化、 能源化处理的有 效技术手段。 但在餐厨垃圾厌氧消 化产甲烷过程中， 由于有机质快速降解产生大量挥发性 脂肪酸积累， 导致系统过度酸化， 甲烷产率过低等问题。 目前， 向厌氧消化体系中投加 生物 炭被证明是提高餐厨垃圾厌氧消化产甲烷效率的重要途径之一。 一方面， 生物炭具有丰富 的孔隙、 活性官能团和较大的比表面积， 可以为微生物提供适宜的生长微环境， 另一方面生 物炭具有良好的导电性， 可以显著促进互营细菌与产甲烷菌之间的电子传递过程， 提高餐 厨垃圾厌氧消化产 甲烷效率。 此外， 生物炭一般呈碱性， 可以提高餐厨垃圾厌氧系统的碱 度， 有效缓解餐厨垃圾有机物快速水解过酸化导致的酸抑制问题， 提高餐厨垃圾厌氧消 化 工艺稳定性。 然而， 在实际应用过程中， 为达到良好的分散效果， 生物炭粒径往往很小以致 难以回收， 不仅造成了生物炭的浪费， 其对环境 也有一定 污染。 发明内容 [0003]针对现有技术中存在的问题， 本发明提出了一种改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化 产甲烷中的应用方法， 具体包括以下步骤： [0004]将改性生物炭与餐厨垃圾充分混合， 混合后的物料投加到厌氧反应器中， 调节厌 氧反应器中溶液的初始pH为中性， 并在中温下进行厌氧消化产甲烷。 [0005]所述餐厨垃圾在混合之前可以进行预处理， 所述预处理的方法为： 经过分选去除 餐厨垃圾中难以生化降解的部分物质， 比如骨头、 鱼刺、 餐巾纸等， 并将分选后的餐厨垃圾 打成浆状。 [0006]优选地， 所述改性生物炭在餐厨垃圾中的添加浓度为1 ‑15g/L， 所述厌氧消化产甲 烷的方法和条件为： 采用序批式厌氧消化， 将厌氧反应器中的初始液体pH调节到7.0 ‑7.5， 温度为30 ‑40℃， 加水稀释至含固率为10 ‑30％， 接种率(kg  VS餐厨垃圾/kg VS接种物)为1： (1‑3)， 有机负荷为10 ‑20gVS/L， 其中VS为餐厨垃圾的挥发性固体含量。 [0007]所述改性 生物炭为负载了 铁镍复合氧化物N iFe2O4的生物炭颗粒。 [0008]进一步地， 在完成厌氧消化生产甲烷后， 可以对改性生物炭进行回收和循环利用， 具体如下： [0009]厌氧消化产甲烷结束后， 对沼渣和沼液进行分离， 在分离 获得的沼渣中， 采用磁性 分离对其中改性生物炭进 行回收， 回收得到的改性生物炭经过清洗、 干燥后循环利用。 其中 清洗可以先用NaOH等碱液进行清洗后再反复用去离 子水清洗， 直至pH值 为中性。 [0010]优选地， 磁性分离的方法为将磁铁插入沼渣中来回移动， 吸引改性生物炭。 磁铁可说　明　书 1/6 页 3 CN 114752632 A 3