[发明专利]一种基于剩余污泥蛋白质回收技术的多相泡沫灭火剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于剩余污泥蛋白质回收技术的多相泡沫灭火剂及其制备方法和应用，所述多相泡沫灭火剂包括气相和液固相，气相和液固相单独包装，所述液固相为质量比1：0.12‑0.20的泡沫蛋白和纳米二氧化硅颗粒的混合物，所述气相为驱动气体；所述泡沫蛋白为从剩余污泥中回收的泡沫蛋白。本发明以剩余污泥中回收的泡沫蛋白为液相，实现了剩余污泥的绿色环保处理，也为剩余污泥的再利用提供了新的思路，降低了灭火剂的制造成本。本发明将纳米级二氧化硅加入泡沫蛋白中，弥补了传统泡沫灭火剂泡沫易破裂的不足，增强了灭火效果。本发明灭火剂制备方法简单，蛋白质提取效率高，臭氧逸散量少，灭火剂中各成分可生物降解性好，绿色环保。

技术领域

本发明涉及一种多相泡沫灭火剂及其制备方法和应用，具体涉及一种基于剩余污泥蛋白质回收技术的多相泡沫灭火剂及其制备方法和应用，属于灭火剂技术领域。

背景技术

我国城镇污水处理规模超过2亿m³/d，位居世界第一，由此产生的污泥量突破6000万m³/年(以含水率80%计)。污泥是污水处理过程中的副产物，富集了污水中大量有机物、污染物质与营养物质，具有污染和资源的双重属性。

污泥中富含多种营养物质，其中蛋白质含量最高，在污泥干重中占比达 30%~60%，具有丰富的回收价值。从污泥中回收的蛋白质具备优异的发泡性能和营养价值，可用于制备泡沫灭火器和动物饲料等，能够产生可观的经济效益。

CN 108892703 A 中采用碱性条件下加热水解破解细胞壁释放蛋白质并通过加入HCl并过滤的方法得到蛋白质乳胶。虽然热水解法提取蛋白质是在实验室规模下较为常用的技术，但此类方法往往需要加热至100℃以上，因此将消耗大量能源。因此不适合现实中规模化生产。

CN 112028433 A中采用常温酸水解法破解细胞壁从而释放蛋白质，再加入Fe²⁺和过氧化钙并进行离心最终得到蛋白质上清液。尽管该种方法克服了加热的弊端，但酸性水解条件同样对设备的耐腐蚀性有一定要求，后续pH值调节也易造成二次污染。

CN 108753883 A 中在碱性条件下采用超声波-酶法破解细胞壁释放蛋白质，再加入NaOH或CaOH或KOH提取蛋白质。生物酶法虽然较为绿色环保，但存在着反应时间过长、易受外界环境干扰等问题，且生物酶制剂价格较贵；并且若超声波强度过大还可能破坏酶的结构使所加的酶失活。

综上所述，蛋白质提取方法主要包括热水解法、碱热法、酸热法、生物酶法等。以上方法虽都在某些方面各有优势，但普遍需要加热消耗大量能源。生物酶法则存在经济成本高、耗时较长、反应过程难调控等问题。

超声波法兼有空化、热解和自由基氧化作用，超声波能有效的均质化生物质，还能加强生化反应过程中的能量和质量传递，从而提高了蛋白质提取的效率。该过程的基本原理是将电能通过换能器转换为超声波，当功率密度达到一定范围后即会发生超声空化效应。空化产生的微射流引起湍流和剪切力增加，从而均质化污泥体系并使大分子物质的分子链断开，导致污泥絮体结构破坏、细胞裂解。且超声波分解水分子形成的羟基自由基，氧化污泥颗粒和大分子物质，使细胞膜破解而释放胞内物。

臭氧具有极强的强氧化性，是自然界最强的氧化剂之一，在水中氧化还原电位仅次于氟而居第二位，在水中可与水反应生成羟基自由基，所产生的羟基自由基可有效氧化分解胞外聚合物及细胞壁、细胞膜，从而溶解胞外聚合物和污泥细胞，释放污泥中细胞间及细胞内的蛋白质。同时该反应对温度要求不敏感，在常温或是较低温度下均可发生氧化反应，且其使用后不存在任何残留物，是理想的绿色强氧化剂。

虽然如CN 111116705 A中所采用超声波-臭氧法取得了较好的效果。但臭氧存在着在水中停留时间较短、传质效率不高的问题。若通过提高臭氧曝气量、加深池深增大臭氧的停留时间的方式来提高传质效率、提高蛋白质提取效率，则易增加建设成本，增大臭氧逸散量，造成环境污染。

发明内容