一种利用冶金副产物捕集二氧化碳并驯化硫自养反硝化菌群的装置与方法与流程

本发明涉及一种利用冶金副产物捕集二氧化碳并驯化硫自养反硝化菌群的装置与方法，属于碳捕集。

背景技术：

1、捕集和利用二氧化碳是一种有效的方法，旨在减少温室气体排放并降低对化石燃料的依赖。钢渣作为一种冶金副产物，其中主要成分是钙、镁、铁和硅等元素，氧化钙的含量达到40％-60％，是一种极具资源化潜力的物质。目前，钢渣的资源化常用于制备各种建筑材料、水泥和路基材料，在其它领域涉及相对较少，因此，如何资源化利用钢渣来进行二氧化碳捕集利用是一个需要探索的方向。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种利用冶金副产物捕集二氧化碳并驯化硫自养反硝化菌群的装置与方法。由于钢渣具有微细颗粒的结构特点，表面积大且具有较高的孔隙率，这使得钢渣具有良好的吸附性能和大量的活性位置，可以作为一种理想的二氧化碳捕集材料。硫自养反硝化(sadn)是一种以还原态硫源为电子供体，co32-、hco3-、co2作为无机碳源，在缺氧环境下对污水进行脱氮的自养反硝化技术。sadn的特点是无需投加碳源即可完成脱氮，节约成本，在深度脱氮领域具有很大的前景，但是硫自养菌群在进行反硝化作用时需要消耗碱度，而sadn中碱度的补充会增加工艺的运行成本。由于钢渣中有较高比例的氧化钙含量，氧化钙能够在水中与二氧化碳结合反应生成co32-、hco3-，以下是反应方程式：

2、① cao+h2o＝ca(oh)2

3、②ca(oh)2+co2＝caco3(沉淀)+h2o

4、③ caco3+h2o+co2＝ca(hco3)2

5、所以，利用钢渣为sadn提供无机碳源并提供碱度成为钢渣新的资源化方向，拓宽钢渣的资源化途径，也促进硫自养反硝化的技术的发展。

6、本发明提供一种利用冶金副产物捕集二氧化碳并驯化硫自养反硝化菌群的装置，该装置由二氧化碳捕集装置和硫自养反应器组成，其中通过泵将二氧化碳捕集装置的出水口和硫自养反应器的进水口相连。

7、进一步的，所述二氧化碳捕集装置由反应区和沉淀区组成，反应区为圆柱罐体，沉淀区为梯形圆锥体，沉淀区位于反应区的下方，两者相连；在反应区的顶部设有气管进口3、进料口4以及传感器12，其中通过气管进口3向捕集装置通过co2时需使用气管将co2通入捕集装置的底部；反应区靠近顶部处开设有捕集装置出水口2，该出水口通过水管和泵相连，向硫自养反应器的进水口6输水；反应区内部设有恒温电热棒14、co捕集材料收集隔层9，收集隔层9上有co捕集材料10；反应区靠近底部处开设有捕集装置进水口1；沉淀区底部开设有废渣排放口5。

8、进一步的，所述硫自养反应器在顶部设有传感器13；反应器靠近顶部设有反应器出水口7；反应器中装填有硫填料11；反应器底部设有反应器进水口6以及硝态氮进水口8。

9、本发明还提供一种利用冶金副产物捕集二氧化碳并驯化硫自养反硝化菌群进行脱氮的方法，所述方法使用上述装置进行，方法包括以下步骤：

10、(1)钢渣颗粒的处理：对熔融液态钢渣喷水产生饱和蒸汽，使水蒸汽与其中的f-cao和f-mgo反应产生膨胀应力面开裂粉化，制得稳定化处理的钢渣；之后将稳定化处理的钢渣研磨，过10～20目筛网后，得到钢渣颗粒；

11、(2)钢渣固定co2：将废水向二氧化碳捕集装置中进水，将钢渣颗粒通过进料口上料，钢渣颗粒进入罐体后自由沉淀由捕集材料收集隔层收集；通入二氧化碳，与钢渣颗粒充分反应；之后继续保持进水、进料和通气；

12、(3)除氮：之后将二氧化碳捕集装置出水口连接至硫自养反应器的进水口，由泵控制进水，同时硝态氮进水口也开始通入污水，将硫自养反应器总hrt控制在2～3h，5～7天后出水达到排放标准。

13、进一步的，步骤(1)中钢渣颗粒的氧化钙含量为10～50％。

14、进一步的，步骤(2)中进水的hrt为25～30h。

15、进一步的，步骤(2)中钢渣颗粒的进料速度为0.25～0.4g/h。

16、进一步的，步骤(2)中二氧化碳的通气流量为0.15～0.3l/h。

17、进一步的，步骤(2)中进水、进料和通气的保持时间为20～28h。

18、进一步的，步骤(3)中硝态氮进水口的进水hrt为14～16h。

19、进一步的，步骤(3)中所述污水含有硫自养反硝化菌所需的微量元素，包括ca2+3～5mg/l、mg2+4～6mg/l、fe2+1～2mg/l、co2+1～2mg/l、mn2+0.1～0.5mg/l、cu2+0.01～0.03mg/l、zn2+0.01～0.05mg/l、na+0.04～0.1mg/l和ni2+0.01～0.05mg/l。

20、有益效果：

21、本发明设计了一种利用冶金副产物捕集二氧化碳并驯化硫自养反硝化菌群的装置，将钢渣作为二氧化碳捕集材料，从而为硫自养反硝化菌提供无机碳源及碱度，实现了硫自养反硝化菌的驯化，也达到了对钢渣的资源化利用。

技术特征：

1.一种利用冶金副产物捕集二氧化碳并驯化硫自养反硝化菌群的装置，其特征在于，该装置由二氧化碳捕集装置和硫自养反应器组成，其中通过泵将二氧化碳捕集装置的出水口和硫自养反应器的进水口相连；

2.一种利用冶金副产物捕集二氧化碳并驯化硫自养反硝化菌群进行脱氮的方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1中所述的装置进行；

3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤(1)中钢渣颗粒的氧化钙含量为10～50％。

4.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤(2)中进水的hrt为25～30h。

5.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤(2)中钢渣颗粒的进料速度为0.25～0.4g/h。

6.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤(2)中二氧化碳的通气流量为0.15～0.3l/h。

7.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤(2)中进水、进料和通气的保持时间为20～28h。

8.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤(3)中硝态氮进水口的进水hrt为14～16h。

技术总结
本发明公开了一种利用冶金副产物捕集二氧化碳并驯化硫自养反硝化菌群的装置与方法，属于碳捕集技术领域。本发明设计的装置由二氧化碳捕集装置和硫自养反应器组成，其中通过泵将二氧化碳捕集装置的出水口和硫自养反应器的进水口相连。所述方法使用上述装置进行，方法包括以下步骤：(1)钢渣颗粒的处理；(2)钢渣固定CO<subgt;2</subgt;；(3)除氮。本发明设计的装置，将钢渣作为二氧化碳捕集材料，从而为硫自养反硝化菌提供无机碳源及碱度，实现了硫自养反硝化菌的驯化，也达到了对钢渣的资源化利用。

技术研发人员：刘崇,周雨晨,李玉光,黄风光,周雪媚,付慧群,王阳阳,孙俊芳,王硕
受保护的技术使用者：民政部一零一研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/7/15