[发明专利]一种微生物燃料电池处理废纸浆中提取的淀粉物质新方法

说明书

本发明给出一种微生物燃料电池处理从废纸浆中提取的以淀粉类物质为主要有机污染物处理新方法。该方法包括淀粉液生物酶糖化和微生物电池净化处理两个步骤。糖化采用酶是由a‑淀粉酶、β‑淀粉酶、内切纤维素酶与环糊精酶或支链淀粉酶构成的组合酶。糖化后淀粉糖化液浊度控制在10‑50NTU以下可进入MFC净化和电能转化处理；生物燃料电池阳极室由蠕动泵计量泵入糖化后淀粉提取糖化液，采用间歇式好氧培养活性污泥作为微生物菌体，阳极室通入N₂作为搅拌；阴极室内使用0.2mol/L磷酸氢二钠‑磷酸二氢钾缓冲液作为离子液，并适度通入微量空气，补充溶解氧，阳极采用碳纤维材料、阴极采用不锈钢网作为电极，处理温度为5‑35℃，24小时内COD去除率可去除60％‑85％以上。

技术领域

本发明属于造纸领域，涉及淀粉处理技术，尤其是一种微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)处理从废纸浆中提取的以淀粉类物质为主要有机污染物的新方法。

背景技术

废纸纤维原料经多次受热和收缩，结构变得紧实，纤维表面细小的孔隙被封闭，从而导致纤维弹性和润涨能力大幅减小，会产生纤维的角质化问题。加之多次回用打浆导致纤维较短，造成纸张抄造困难，纸页强度较差，需要大量增强助剂改善这一问题。淀粉分子结构与造纸纤维分子的结构极其相似，加之来源广，价格低廉，被广泛应用于造纸工业中。淀粉及改性淀粉产品在制浆造纸工业中的用量十分巨大，目前国产废纸箱原料中约有10-14％的淀粉类有机物。其中仅施胶过程中淀粉的用量就约占纤维原料的4％以上。

大量淀粉在废纸中存在，给纸张抄造和废水处理带来巨大挑战，一是造纸湿部阴离子垃圾大量积累，增加了湿部化学的复杂性；二是增加了废水处理负荷，使废水处理系统难于应对。箱纸板再生造纸有4％的得率损失由淀粉类物质在制浆和抄造过程中分解流失造成，这些物质在造纸用水中积累并通过微生物分解产生各种有机酸，是造纸白水中的溶解和胶体物质的主要来源。

淀粉类物质在造纸过程中大量使用，导致在回用过程中大量淀粉进入造纸水系统，不仅影响造纸湿部化学平衡，造成造纸助剂用量失效，增加助剂消耗、影响纸机操作和纸张质量，并会对水处理造成很大压力，直接影响造纸循环经济发展。从废纸再生制浆过程中提取淀粉类有机物，避免其在造纸系统中积累，有助于净化浆料，改善造纸湿部化学特性。而提取的淀粉液，如果继续采用传统工艺进行处理，大量淀粉类有机质在水处理过程中被无效消耗掉，不仅增加水处理负担，还会增加处理成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用微生物燃料电池技术处理从废纸浆中提取的淀粉类有机物技术，克服改性淀粉，特别是阳离子淀粉糖化率较低、较难降解特点，提高来源于废纸中的淀粉类物质糖化率，并克服糖化后改性官能团残基对MFC处理及转化效率的影响。

一种微生物燃料电池处理废纸浆中提取的淀粉物质新方法，包括生物酶糖化及微生物燃料电池净化处理两个步骤，其中糖化步骤采用的酶是由a-淀粉酶、β-淀粉酶、内切纤维素酶与环糊精酶或支链淀粉酶构成的组合酶。a-淀粉酶用量为0-25U/100g淀粉类有机物、β-淀粉酶用量为5-50U/100g淀粉类有机物、环糊精酶用量为0-5U/500g淀粉类有机物、支链淀粉酶为0-5U/500g淀粉类有机物、内切纤维素酶用量为500-50000U/吨脱出废液。将组合酶加入到含有淀粉类有机物的的脱出废液中，一定温度、pH下保温一定时间，进行糖化处理，处理后废液浊度控制在10-50NTU以下方可进入微生物燃料电池处理步骤。

针对废纸原料中提取的淀粉液中含有少量细小纤维物质，采用内切纤维素酶对细小组分进行降解，避免细小纤维在离子膜上吸附，堵塞离子膜。且与其他糖化工艺不同，采用浊度指标来控制糖化效果，用来指示淀粉碎片和细小纤维降解的效果，原因是来源于废纸中淀粉类有机物提取液中除淀粉外，还含有细小纤维、半纤维碎片等杂质。