CN107604008A

CN107604008A - 一种添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法

Info

Publication number: CN107604008A
Application number: CN201710882406.0A
Authority: CN
Inventors: 汪群慧; 邹惠; 高明; 于淼; 任媛媛
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本发明涉及生物发酵技术领域，尤其涉及一种添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法，即：在所述酸化产沼***中，添加钢渣量1.2~2.2g/(L‑发酵液)，使得体系初始pH值调至6.0~8.5，于33~37℃条件下进行恢复产气。本发明所述的酸化产沼***中pH值不低于4.50，酸化时间（从不产气开始计算）不超过5d；所述的钢渣氧化钙含量为40%~60%，氧化镁含量为2%~10%，该方法能够使停止产气的酸化产沼***恢复产气，且钢渣中含有铁，锰，磷等元素能促进甲烷菌的生长，进而提高了沼气产量；而且该方法步骤简单，成本低廉。

Description

一种添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法

技术领域

本发明涉及生物发酵技术领域，尤其涉及一种通过添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法。

背景技术

厌氧消化最先在1950s规模化应用于生活污水和禽兽粪便污水的降解工艺中，特别适合于高含水、易降解的物料特性。通过厌氧消化可以实现垃圾的减量化处理，并把生活垃圾等生物质废弃物转化为高品位的生物燃气和有机肥料，然而在厌氧消化过程中，当沼气发酵***进料过多、温度骤变或混入有毒物质时，产甲烷菌会受到抑制，沼气发酵***内的水解产物不能及时消耗，水解产酸和产甲烷之间失衡，从而造成有机酸积累，降低pH值，进一步抑制产甲烷菌，最终产气率下降甚至停止产气。

对于酸化产沼***的恢复，工业上常用的是化学恢复法，主要为投加NaOH、Ca(OH)₂等氢氧化物，该法可有效提升酸化产沼***的pH，实现短期内厌氧体系中pH 的恢复。然而投加的氢氧化物如Ca(OH)₂大多被碳酸盐所消耗，由于缺乏酸碱缓冲能力，厌氧反应器内pH 会出现大幅度震荡过程，难以保持长期稳定，不利于耗氢产乙酸菌及产甲烷菌的活性恢复，部分情况下甚至会导致厌氧消化***崩溃。此法将pH值调至中性，投加量较大，且需要长期投加以维持厌氧消化***的稳定运行，这导致较高的酸化恢复成本。

而钢渣作为炼钢过程中产生的主要副产品，占粗产量的12%~20%，其包含CaO、MgO、SiO₂、FeO等多种元素，而且作为碱性富硅物质，钢渣是一种潜在的厌氧发酵功能促进剂，可以在一定程度上提高厌氧消化***的产甲烷效率和稳定性，因此将钢渣用于调节pH值使酸化体系恢复产气是将钢渣进行废物利用的有效手段，使环境保护和经济发展能够协调进行。

发明内容

为了解决上司上述问题，本发明的目的是提供一种能够使停止产气的酸化产沼***恢复产气，提高沼气产量；而且该方法步骤简单，成本低廉，原料易得的添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法。

本发明的技术方案是：一种通过添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法，具体步骤如下：

步骤1：在酸化产沼***中，添加钢渣量1.2-2.2g/(L-发酵液)，搅拌均匀，使得酸化产沼***中初始pH值调至6.0~8.5，

步骤2：充入足量的氮气，在温度为33℃-37℃条件下进行厌氧沼气发酵，使酸化产沼***恢复产气，得到沼渣。

进一步，该方法还可为：在酸化产沼***中，添加钢渣量1.4~1.7g/(L-发酵液)，搅拌均匀，使得酸化产沼***中初始pH值调至6.5~7.5，充入足量的氮气，在温度为35℃-37℃条件下进行厌氧沼气发酵，使酸化产沼***恢复产气。

进一步，步骤1中所述酸化产沼***的pH值不低于4.50，酸化时间不超过5d。

进一步，所述钢渣中氧化钙含量为40%~60%，氧化镁含量为2%-10%。

进一步，所述钢渣中重金属的As≤30mg/kg，Cr≤300 mg/kg，Pb≤100 mg/kg，Hg≤5 mg/kg，Cd≤3 mg/kg。

进一步，所述恢复产气所得的沼渣、沼液完全符合NY/T 2065－2011 中重金属允许范围。沼渣可作为燃料，亦可作为有机肥料使用。

本发明具有如下优点：通过向酸化产沼***添加钢渣，可以迅速调节pH值，使得产甲烷菌在合适的pH值生长范围（6.8-7.2），使得酸化体系较快恢复产气，进而提高了沼气发酵***的产气量及利用效率；而且钢渣中含有的缓冲物质（CaO，MgO等）可以较好在整个过程平衡体系碱度，使恢复产气***更加稳定。钢渣中多种微量元素，可以提高产甲烷菌活性，最终提高甲烷产量，该法不但步骤少，方法简便，而且钢渣作为炼钢产业的副产物，成本低廉。

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明所述的使酸化产沼***恢复产气的方法，通过向酸化的沼气发酵液中添加钢渣，即可使酸化沼气发酵恢复产气，因此提高了沼气发酵液的利用效率。该方法不但使酸化沼气发酵液恢复产气，且钢渣中含有的CaO，MgO可以起到缓冲作用，使得产甲烷***在较长时间稳定产气，进一步提高沼气产量，因此该方法取得了这一预料不到的技术效果；

在本发明范围内添加的钢渣量，产生的沼渣和沼液中重金属含量满足技术规范(NY/T2065－2011 )中允许指标，不影响沼渣，沼液农用。经测定钢渣上清液pH值稳定在7.5左右，因此可以通过回用上清液达到预防或恢复酸化的发生，此法可以作为本发明的改进措施，停止添加钢渣而回用钢渣上清液，因此相比传统方法而言，成本更低。

附图说明

图1是采用本发明方法后各个实施例的累计甲烷产量的曲线示意图。

图2是采用本发明方法后各个实施例的过程中挥发性脂肪酸变化的曲线示意图。

图3是本发明实施例1和对比例1的碱度变化曲线示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

本发明所用酸化沼液为餐厨垃圾与污泥厌氧消化过程中产生的酸化液，需要说明的是，该酸化沼气发酵液仅为示例和描述起见给出的，而不是说本发明所述方法仅适用于该酸化沼气发酵液。

所述酸化沼气发酵液的产生方法为：餐厨垃圾2000ml，接种长期驯化污泥2000ml（接种驯化污泥选自肖家河污水处理厂二沉池出泥），充分混合后充入氮气以获得厌氧环境，并于35℃下进行厌氧发酵，3天后沼气***pH值降至5.85，第7d的pH值为5.15，此时的沼液即为所需酸化沼气发酵液。

以下实施例的钢渣为冶金工业排出的废渣。

本发明一种通过添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法，该方法具体步骤如下：

步骤2：充入足量的氮气，在温度为33℃-37℃条件下进行厌氧沼气发酵，使酸化产沼***恢复产气，并得到沼渣。

步骤1：在酸化产沼***中，添加钢渣量1.4~1.7g/(L-发酵液)，搅拌均匀，使得酸化产沼***中初始pH值调至6.5~7.5，

步骤2：充入足量的氮气，在温度为35℃-37℃条件下进行厌氧沼气发酵，使酸化产沼***恢复产气。

所述步骤1中所述酸化产沼***的pH值不低于4.50，酸化时间不超过5d。

所述步骤1中所述钢渣中氧化钙含量为40%~60%，氧化镁含量为2%-10%。

所述钢渣中重金属的As≤30mg/kg，Cr≤300 mg/kg，Pb≤100 mg/kg，Hg≤5 mg/kg，Cd≤3 mg/kg。

所述恢复产气所得的沼渣、沼液完全符合NY/T 2065－2011 中重金属允许范围，沼渣可作为燃料，亦可作为有机肥料使用。

实施例1：

本实施例提供了一种通过添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法，即：取酸化沼气发酵液400ml，钢渣加入量1.2g/L-发酵液，同时搅拌5min使得混合均匀，此时pH值约为6.0，充入氮气保证厌氧环境，于35℃下进行厌氧沼气发酵。

实施例2：

本实施例提供了一种通过添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法，与实施例1基本相同，不同点仅在于：钢渣加入量1.6g/L-发酵液，pH值约为7.0，于35℃下进行厌氧沼气发酵。

实施例3：

本实施例提供了一种通过添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法，与实施例1基本相同，不同点仅在于：钢渣加入量2.2g/L-发酵液，pH值约为8.5，于35℃下进行厌氧沼气发酵。

按上述实施例1~3所述方法，酸化产沼***恢复产甲烷后，累计甲烷产量分别为1898ml，2235ml及1729ml（参见图1）。产气过程的挥发性脂肪酸的变化参见图2。

由图1及图2分析可知，在上述三种实施例下，酸化体系当天均能恢复产气，当酸化体系初始pH值调至合适的范围后，给产甲烷菌提供了适宜的生存环境，产甲烷菌大量生长繁殖，利用沼液中的有机酸进行新陈代谢活动，产生大量的甲烷，但到后期由于沼气***的挥发性脂肪酸被耗尽体系产气结束，若及时循环补充底物，即可使该沼气发酵液持续产气。需要说明的是，该循环添加底物的方法及其类似方法，同样在本发明的保护范围之内。

对比例1：

取与上述实施例相同的酸化消化液400ml，用氢氧化钠调节酸化***的pH值至6，氢氧化钠加入量为2.2 g/L-发酵液，与实施例1在相同条件下进行恢复产气实验。

结果分析显示，实施例1所述方法和对比例1所述方法（即传统添加碱液方法）均使得酸化的沼气***恢复产气，添加钢渣调节酸化体系初始pH值为6时的累计产气量为1898ml，较对比例1添加碱液的累计产气量提高了44.6%，从图3可知：钢渣的加入不仅能提高碱度，而且能形成很好的缓存体系，使得恢复产气体系的碱度比较稳定，进而提高沼气产量。将酸化体系pH值调至6时钢渣用量比氢氧化钠用量少，说明同样量的钢渣和氢氧化钠，碱度提高不同。此举说明实施例1所述方法不但可以迅速恢复酸化产沼***产气，而且使得体系更为稳定，为甲烷产量提高奠定了基础。

酸化产沼***酸化产沼***对比例2，

取与上述实施例相同的酸化消化液400ml，不添加任何碱性物质或钢渣调节pH值，厌氧下进行恢复产气实验。

对比例的产气结果见图1，过程中挥发性脂肪酸变化见图2。

对比例2结果说明酸化产沼***在不添加任何提高碱度的物质是不能自行恢复产气。

实施例1和对比例1的碱度变化见图3。图3可知，加钢渣和加碱将酸化体系调至相同的pH值（6.0）时，加钢渣体系碱度较加碱体系高，且加钢渣体系碱度恢复产气前期由于底物降解轻微下降后迅速提高至12.5左右，且稳定直到发酵结束。而加碱组的碱度一直降低，这也是该方法恢复产气后停止产气原因，体系不稳定所致。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种通过添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：

2.一种通过添加钢渣使酸化产沼***恢复产气的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中所述酸化产沼***的pH值不低于4.50，酸化时间不超过5d。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中所述钢渣中氧化钙含量为40%~60%，氧化镁含量为2%-10%。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述钢渣中重金属的As≤30mg/kg，Cr≤300 mg/kg，Pb≤100 mg/kg，Hg≤5 mg/kg，Cd≤3 mg/kg。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述恢复产气所得的沼渣、沼液完全符合NY/T 2065－2011 中重金属允许范围，沼渣可作为燃料，亦可作为有机肥料使用。