一种钢铁冶炼尘泥灰强化餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的方法

1.本发明属于固体废弃物能源化利用领域，尤其涉及一种钢铁冶炼尘泥灰强化餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的方法。


背景技术：

2.随着我国经济的不断发展和人口的持续增长，餐厨垃圾的产量也逐年递增。目前，我国餐厨垃圾年产量已高达1.2～1.3亿吨。若不加以处置，会导致严重的水-土-气复合污染。餐厨垃圾中富含碳水化合物、蛋白质、脂质等易生物降解成分，通过厌氧消化技术可转化为沼气(主要成分为甲烷)，同步实现餐厨垃圾污染控制与资源化能源化利用，前景广阔。但是，大量研究表明餐厨垃圾厌氧消化产甲烷系统容易受到有机酸累积抑制，而且餐厨垃圾缺少厌氧微生物生长、代谢所必需的多种微量元素，导致厌氧微生物活性差、系统稳定性不佳，甲烷产率不高。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种钢铁冶炼尘泥灰强化餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的方法，包括以下步骤：
4.(1)收集钢铁冶炼过程中的尘泥灰，烘干、粉碎、过筛，形成粉末，优选地，可采用100～300目筛进行筛分。
5.其中钢铁冶炼过程中的尘泥灰为钢铁冶炼过程中不同工艺环节的尘泥灰，比如包括烧结灰、高炉尘泥、转炉尘泥、电炉粉尘、轧钢污泥中的一种或几种，将尘泥灰充分混合均匀后再进行烘干、粉碎、过筛。
6.可以根据钢铁冶炼过程不同工艺环节实际产生的尘泥之间的比例进行混合，即不用经过太多的筛选或称量过程，直接将钢铁冶炼过程不同工艺环节实际产生的尘泥混合在一起即可。
7.(2)将餐厨垃圾与钢铁冶炼尘泥灰粉末混合，加入厌氧消化反应器。为了达到良好的厌氧消化效果，钢铁冶炼尘泥灰在餐厨垃圾中的投加量为10～40g/l，同时可将厌氧消化反应器中的物料加水稀释至系统含固率为10％～20％，调节ph值至中性(6.8～7.2)，在后续厌氧消化过程中不再对ph进行控制。
8.餐厨垃圾可以通过分选去杂除去难以生物降解的成分(如骨头、鱼刺、纸巾等)，之后制成匀质浆液，再与钢铁冶炼尘泥灰混合。
9.(3)在厌氧消化反应器中，进行厌氧消化产甲烷。
10.厌氧消化反应温度控制在30～40℃，搅拌频率为120rpm～150rpm，有机负荷为5～25gvs/l，接种泥与餐厨垃圾接种比为1：1～2：1，厌氧消化时间在25～40天。
11.钢铁冶炼尘泥灰来源于钢铁冶炼过程中的不同工艺环节，主要包括烧结灰、高炉尘泥、转炉尘泥、电炉粉尘、轧钢污泥，其成分中含有大量的sio2、fe2o3、fe3o4、al2o3、cao、mgo、mno等金属氧化物和碱性成分以及co、cr、cu、ni、pb等多种金属微量元素。将钢铁冶炼
尘泥灰作为添加剂加入餐厨垃圾厌氧消化产甲烷系统中，一方面利用钢铁冶炼尘泥灰中大量的碱性成分，能够显著提高餐厨垃圾厌氧系统的碱度和缓冲能力，有效缓解餐厨垃圾有机物快速水解导致的系统酸化问题。另一方面，钢铁冶炼尘泥灰中丰富的金属微量元素能够为厌氧微生物提供充足的微量营养，有效提高微生物特别是产甲烷菌活性，提高甲烷产量。此外，钢铁冶炼尘泥灰含有多种导电成分如fe及fe的氧化物，能够介导细菌和产甲烷菌之间的直接电子传递，提高种间电子传递效率，促进有机酸的互营代谢，避免有机酸累积，显著提高系统稳定性和甲烷产率。
12.本发明的有益效果在于：
13.(1)本发明所采用的钢铁冶炼尘泥灰和餐厨垃圾原料，产量大，易获得，有利于大规模推广利用。
14.(2)钢铁冶炼尘泥灰来源于钢铁冶炼过程中的不同工艺环节，主要包括烧结灰、高炉尘泥、转炉尘泥、电炉粉尘、轧钢污泥等，其成分中含有大量的sio2、fe2o3、fe3o4、al2o3、cao、mgo、mno等金属氧化物和碱性成分以及co、cr、cu、ni、pb等多种金属微量元素。钢铁冶炼尘泥灰中铁及铁的氧化物具有良好的导电性，能够介导细菌和产甲烷菌之间的直接电子传递，促进有机酸互营代谢过程中厌氧微生物间的直接种间电子传递，强化种间电子传递效率，进而促进有机酸的互营代谢，避免有机酸累积，显著提高系统稳定性和甲烷产率。
15.(3)钢铁冶炼尘泥灰中含有丰富的碱性金属氧化物成分，如cao、mgo、al2o3，可以中和餐厨垃圾厌氧消化过程中产生的大量有机酸，稳定厌氧系统ph值，防止系统酸化抑制微生物活性，显著提高餐厨垃圾厌氧系统的碱度和缓冲能力，有效缓解餐厨垃圾有机物快速水解导致的系统酸化问题，进而提高系统稳定性，增强餐厨垃圾厌氧消化产甲烷性能。
16.(4)钢铁冶炼尘泥灰中蕴含丰富的厌氧微生物生长代谢所必需的多种金属微量元素，如fe、co、ni、cu、zn、mn等元素。钢铁冶炼尘泥灰中丰富的金属微量元素能够为厌氧微生物提供充足的微量营养，有效提高微生物特别是产甲烷菌活性，提高甲烷产量，无需额外加入金属微量元素添加剂，节约成本。
17.(5)钢铁冶炼尘泥灰颗粒表面通常呈不规则的形态，其有利于微生物的附着，为厌氧微生物提供良好的生长载体和微环境，利于厌氧微生物富集、生长。
18.(6)本发明合理利用废弃物质，将钢铁冶炼尘泥灰加入餐厨垃圾厌氧消化产甲烷系统中，为同步实现钢铁冶炼尘泥灰资源化利用和高效强化餐厨垃圾厌氧消化产甲烷提供了新方法，有效减少了废物的排放，降低了对环境的污染，符合“以废治废”的理念。
附图说明
19.图1是本发明利用钢铁冶炼尘泥灰强化餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的工艺流程示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实验例对本发明作进一步的说明。
21.实施例1
22.一种钢铁冶炼尘泥灰强化餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的方法，如图1所示，包括以下步骤：
23.(1)收集钢铁冶炼过程中不同工艺环节的尘泥灰，根据钢铁冶炼过程不同工艺环节实际产生的尘泥量，取烧结灰14％，高炉尘泥28％，转炉尘泥21％，电炉粉尘30％，及轧钢污泥7％，均匀混合并烘干、研磨过200目筛制成粉末，备用。
24.采用的钢铁冶炼尘泥灰主要元素成分及含量如表1所示。钢铁冶炼尘泥灰中的金属微量元素种类及含量如表2所示。
25.表1钢铁冶炼尘泥灰主要元素成分及含量
[0026][0027]
表2钢铁冶炼尘泥灰中金属微量元素种类及含量
[0028][0029]
(2)本实施例应用的餐厨垃圾含水率为75％，固体成分中有机物含量为85％，ph值为4.5。将餐厨垃圾分选去杂、制成匀质的餐厨垃圾浆液。
[0030]
将餐厨垃圾浆液与钢铁冶炼尘泥灰粉末混合后加入厌氧消化反应器；钢铁冶炼尘泥灰的投加量为25g/l，加水稀释至系统含固率为15％，使用浓度为1mol/l的naoh溶液调节ph值至7.0。
[0031]
(3)用n2吹扫厌氧消化反应器2min，确保反应体系达到充分的厌氧条件，将厌氧消化反应器密封后，进行厌氧消化产甲烷。厌氧消化的接种污泥取自污泥处理厂的厌氧消化罐，厌氧消化条件为：，有机负荷为25gvs/l，接种泥与餐厨垃圾接种比为1：1，搅拌频率为150rpm，保持35℃恒温，厌氧消化时间为28天。
[0032]
对比例
[0033]
与实例1的不同之处在于，不进行添加钢铁冶炼尘泥灰操作，采用等量的餐厨垃圾直接进行厌氧消化。
[0034]
实施例1与对比例相比，餐厨垃圾厌氧消化产甲烷效果增强，甲烷总产量增加35％。
[0035]
实施例2
[0036]
方法同实施例1，不同点在于：
[0037]
步骤(2)中钢铁冶炼尘泥灰的投加量为10g/l；厌氧消化甲烷总产量较对比例增加20％。
[0038]
实施例3
[0039]
方法同实施例1，不同点在于：
[0040]
步骤(2)中钢铁冶炼尘泥灰的投加量为40g/l；厌氧消化甲烷总产量较对比例增加32％。
[0041]
实施例4
[0042]
方法同实施例1，不同点在于：
[0043]
步骤(3)中有机负荷为15gvs/l；厌氧消化甲烷总产量较对比例增加25％。
[0044]
实施例5
[0045]
方法同实施例1，不同点在于：
[0046]
步骤(3)中有机负荷为5gvs/l；厌氧消化甲烷总产量较对比例增加5％。
[0047]
从上述几个实施例对比可以看出，将钢铁冶炼尘泥灰粉末加入餐厨垃圾厌氧消化产甲烷系统中，一方面利用钢铁冶炼尘泥灰中大量的碱性成分如cao、mgo、al2o3，能够显著提高餐厨垃圾厌氧系统的碱度和缓冲能力，有效缓解餐厨垃圾有机物快速水解导致的系统酸化问题，当餐厨垃圾厌氧消化有机负荷为5～25gvs/l时，厌氧消化过程中无需调节ph值，便可将系统ph值稳定在6.5～7.5，减少调节ph值所需的碱性溶液的成本。另一方面，钢铁冶炼尘泥灰中丰富的金属微量元素如fe、co、ni、cu、zn、mn能够为厌氧微生物提供充足的微量营养，有效提高微生物特别是产甲烷菌活性，提高甲烷产量。此外，钢铁冶炼尘泥灰含有多种导电成分如fe及fe的氧化物，能够介导细菌和产甲烷菌之间的直接电子传递，提高种间电子传递效率，促进有机酸的互营代谢，避免有机酸累积，显著提高系统稳定性和甲烷产率。钢铁冶炼尘泥灰还为厌氧微生物提供良好的生长载体和微环境，利于厌氧微生物富集、生长。因此，可以使餐厨垃圾厌氧消化的甲烷产量提高5％～35％。经对比，优选的钢铁冶炼尘泥灰粉末过200目筛进行筛分，投加量为25g/l。当加入25g/l过200目筛的钢铁冶炼尘泥灰粉末时，餐厨垃圾厌氧消化甲烷产量比未添加时增加35％。
[0048]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可做出若干调整和改进，比如可以根据发明内容中的数值范围，对厌氧消化过程的温度和时间等进行调整，这些调整和改进也应视为本发明的保护范围。