專利名稱：一種好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置，適用于沼氣脫硫 工程。
背景技術(shù)：
沼氣及其電力是一類清潔能源，它的開發(fā)和利用本身就是一種環(huán)境友好的措施， 它不象石化能源那樣，需要社會花費大量的代價去治理其污染以避免環(huán)境損壞。因此，這項 技術(shù)在近十幾年受到廣泛重視與積極推廣，在部分發(fā)達國家已形成了新的產(chǎn)業(yè)群。在當今 世界能源短缺的情況下，充分利用沼氣能，可以緩解我國能源緊缺帶來的壓力。沼氣是一種可燃性混合氣體，一般含甲烷、二氧化碳、以及少量的氨氣、氫氣和一 氧化碳等，不同的原料制成的沼氣中往往含有不同含量的硫化氫。硫化氫是一種劇毒的有 害氣體，它對管道、儀表及設(shè)備有強烈的腐蝕作用，泄漏在空氣中將污染大氣，危害人體健 康。因此，為了保護人體健康，延長設(shè)備使用壽命，必須采取有效措施進行沼氣脫硫。我國 環(huán)保標準嚴格規(guī)定利用沼氣能源時，沼氣氣體中硫化氫含量不得超過20mg/m3。沼氣中的 硫化氫質(zhì)量濃度一般為1 12g/m3，遠遠高于我國環(huán)保標準的規(guī)定。因此，硫化氫的脫除成 為沼氣使用過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)。沼氣脫硫的方法有化學法、物化法和生物法等。常用的物化法和化學法一般可分 為直接脫硫和間接脫硫兩大類，直接脫硫就是將沼氣中硫化氫氣體直接分離，而間接脫硫 是指采用具體方法，減少或抑制沼氣生產(chǎn)中硫化氫氣體的產(chǎn)生。沼氣直接脫硫方法的原理 可分為濕式法和干式法兩類，濕式法主要有水洗法、ADA法、改良ADA法、砷堿法和堿性鹽液 法等。目前，國內(nèi)脫硫技術(shù)已比較成熟，脫硫方法及脫硫工藝眾多，普遍應(yīng)用的脫硫技術(shù)以 物理化學法為主。但總體而言，利用物化法沼氣脫硫存在著以下缺點干法脫硫效率不高， 脫硫劑再生困難，硫容相對較低，主要適用于精細脫硫；濕法脫硫處理量大，脫硫效率高，可 連續(xù)操作，但投資運行費用也高，沼氣利用一般用戶難以承受。隨著環(huán)保法規(guī)的日趨嚴格， 開發(fā)高效、低投入、資源化和無二次污染的技術(shù)已成為脫硫技術(shù)發(fā)展的主流。為了解決物化 法脫硫的一些弊端，尋求更加高效低耗的脫硫技術(shù)，生物脫硫法應(yīng)運而生。生物脫硫因具有 少污染、低能耗和高效率，并可回收單質(zhì)硫等特點，成為研究的熱點。生物脫硫是利用微生物的代謝作用將沼氣中的硫化氫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸鹽。其 反應(yīng)式分別為2HS>02 — 2S+20F(1)2HS>402 — 2 S042>2H+ (2)目前，生物脫硫已得到了一定的推廣應(yīng)用，但仍然存在諸多問題亟待解決。正如反 應(yīng)式(2)所示，在氧過量的情況下硫化物會被氧化為硫酸鹽從而影響脫硫的效率。這是在 脫硫過程中不希望發(fā)生的。如何控制合理的曝氣量，使生物脫硫后的終產(chǎn)物控制為硫單質(zhì) 儼然已成為沼氣生物脫硫技術(shù)的關(guān)鍵所在。此外，空氣與沼氣的直接混合帶有爆炸的安全 隱患，如何排除爆炸隱患是沼氣生物脫硫技術(shù)的難點。最近，有研究者發(fā)現(xiàn)了一類具有同步脫氮除硫功能的微生物，它們可以在完全無氧的條件下發(fā)生如下反應(yīng)5HS>2N03>7H+ — 5S+N2+6H20。(3)該反應(yīng)避免了沼氣與空氣的直接接觸，可排除爆炸的安全隱患。該反應(yīng)還具有同 步沼氣脫硫和廢水脫氮的應(yīng)用前景，但目前尚未發(fā)現(xiàn)有將此反應(yīng)運用于沼氣脫硫工程。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種好氧/厭氧一體化沼氣安全 生物脫硫裝置。好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置包括相連接的單質(zhì)硫沉淀區(qū)、好氧沼氣 生物脫硫段、厭氧沼氣生物脫硫段和噴淋系統(tǒng)，單質(zhì)硫沉淀區(qū)從下到上依次設(shè)有排硫管和 倒錐形排硫斗；好氧沼氣生物脫硫段從下到上依次設(shè)有盤形曝氣器、溶解氧探頭、環(huán)形擋氣 斜板、集氣室、錐形集氣器和導氣管，盤形曝氣器上設(shè)有微孔曝氣頭，盤形曝氣器與空氣進 氣管相連，好氧沼氣生物脫硫段上部外壁上設(shè)有營養(yǎng)液輸入筒和營養(yǎng)液輸出筒，營養(yǎng)液輸 入筒底部設(shè)有營養(yǎng)液輸入管并與好氧沼氣生物脫硫段相連，營養(yǎng)液輸出筒底部設(shè)有營養(yǎng)液 輸出管并與好氧沼氣生物脫硫段相連，營養(yǎng)液輸出筒上部設(shè)有溢流管；厭氧沼氣生物脫硫 段從下至上依次設(shè)有盤形布氣器、生物填料層和沼氣收集管，盤形布氣器上設(shè)有微孔布氣 頭，盤形布氣器與沼氣進氣管相連；厭氧沼氣生物脫硫段上部設(shè)有盤形噴淋器，盤形噴淋器 上設(shè)有微孔噴頭，盤形噴淋器依次與噴淋管、蠕動泵和進水箱相連。所述的單質(zhì)硫沉淀區(qū)、好氧沼氣生物脫硫段和厭氧沼氣生物脫硫段的體積比為 1 4 6 1 4 8。所述的整個沼氣生物脫硫裝置的高徑比為6 8 1 ；好氧沼氣 生物脫硫段的高徑比為2 3 1 ；厭氧沼氣生物脫硫段的高徑比為4 5 1。所述的 營養(yǎng)液輸入筒、營養(yǎng)液輸出筒和好氧沼氣生物脫硫段內(nèi)的液面持平。所述的生物填料層內(nèi) 填充有用于微生物的掛膜生長的軟性填料；盤形噴淋器距生物填料層上端的高度為10 15cm,生物填料層下端距好氧沼氣生物脫硫段的液面高度為60 80cm。所述的倒錐形排 硫斗的底角α為55 60°。所述的環(huán)形擋氣斜板與沼氣生物脫硫裝置的側(cè)壁夾角β為 50 60° ；錐形集氣器上端距好氧沼氣生物脫硫段液面的高度為10 20cm，錐形集氣器 上端的底角Y為30 40°，錐形集氣器下端與環(huán)形擋氣斜板間的垂直距離為5 IOcm ； 導氣管插入營養(yǎng)液輸出筒液面以下10 20cm。所述的進水箱內(nèi)的營養(yǎng)液pH維持在7. 5 8. 0。所述的好氧沼氣生物脫硫段內(nèi)通過控制空氣曝氣量，使溶解氧探頭所測溶解氧濃度維 持在0. 08 0. lmg/L之間。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果①沼氣的好氧與厭氧生物脫硫融 于一體化裝置，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，便于未來的推廣與應(yīng)用；②好氧沼氣生物脫硫段內(nèi)利 用溶解氧探頭測定反應(yīng)液內(nèi)的溶解氧濃度，通過控制空氣的曝氣量，使溶解氧濃度控制在 0. 08 lmg/L之間，促使硫化氫氣體向單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化，并防止反應(yīng)液的酸化，實現(xiàn)沼氣生物脫 硫的高效運行；③好氧沼氣生物脫硫段環(huán)形擋氣斜板和錐形集氣器的設(shè)計以及厭氧沼氣生 物脫硫段與空氣的完全隔絕，保證了沼氣生物脫硫的安全進行；④營養(yǎng)液輸入筒和營養(yǎng)液 輸出筒的設(shè)置實現(xiàn)了沼氣生物脫硫裝置內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的更新與液位調(diào)節(jié)；⑤沼氣中硫化氫氣 體經(jīng)好氧、厭氧脫硫細菌的共同作用下，可使凈化后沼氣達標利用；⑥形成單質(zhì)硫，可回收 部分處理費用。
附圖是好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中排硫管1、 倒錐形排硫斗2、空氣進氣管3、微孔曝氣頭4、盤形曝氣器5、營養(yǎng)液輸入管6、營養(yǎng)液輸出筒 7、環(huán)形擋氣斜板8、微孔布氣頭9、盤形布氣器10、沼氣進氣管11、生物填料層12、微孔噴頭 13、盤形噴淋器14、沼氣收集管15、噴淋管16、蠕動泵17、錐形集氣器18、集氣室19、導氣管 20、營養(yǎng)液輸出筒21、溢流管22、營養(yǎng)液輸出管23、溶解氧探頭24和進水箱25。
具體實施方式
如附圖所示，好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置包括相連接的單質(zhì)硫沉淀 區(qū)、好氧沼氣生物脫硫段、厭氧沼氣生物脫硫段和噴淋系統(tǒng)，單質(zhì)硫沉淀區(qū)從下到上依次設(shè) 有排硫管1和倒錐形排硫斗2 ；好氧沼氣生物脫硫段從下到上依次設(shè)有盤形曝氣器5、溶解 氧探頭24、環(huán)形擋氣斜板8、集氣室19、錐形集氣器18和導氣管20，盤形曝氣器5上設(shè)有微 孔曝氣頭4，盤形曝氣器5與空氣進氣管3相連，好氧沼氣生物脫硫段上部外壁上設(shè)有營養(yǎng) 液輸入筒7和營養(yǎng)液輸出筒21，營養(yǎng)液輸入筒7底部設(shè)有營養(yǎng)液輸入管6并與好氧沼氣生 物脫硫段相連，營養(yǎng)液輸出筒21底部設(shè)有營養(yǎng)液輸出管23并與好氧沼氣生物脫硫段相連， 營養(yǎng)液輸出筒21上部設(shè)有溢流管22 ；厭氧沼氣生物脫硫段從下至上依次設(shè)有盤形布氣器 10、生物填料層12和沼氣收集管15，盤形布氣器10上設(shè)有微孔布氣頭9，盤形布氣器10與 沼氣進氣管11相連；厭氧沼氣生物脫硫段上部設(shè)有盤形噴淋器14，盤形噴淋器14上設(shè)有 微孔噴頭13，盤形噴淋器14依次與噴淋管16、蠕動泵17和進水箱25相連。所述的單質(zhì)硫 沉淀區(qū)、好氧沼氣生物脫硫段和厭氧沼氣生物脫硫段的體積比為1 4 6 1 4 8。 所述的整個沼氣生物脫硫裝置的高徑比為6 8 1 ；好氧沼氣生物脫硫段的高徑比為2 3 1 ；厭氧沼氣生物脫硫段的高徑比為4 5 1。所述的營養(yǎng)液輸入筒7、營養(yǎng)液輸出筒 21和好氧沼氣生物脫硫段內(nèi)的液面持平。所述的生物填料層12內(nèi)填充有用于微生物的掛 膜生長的軟性填料；盤形噴淋器14距生物填料層12上端的高度為10 15cm，生物填料層 12下端距好氧沼氣生物脫硫段的液面高度為60 80cm。所述的倒錐形排硫斗2的底角α 為55 60°。所述的環(huán)形擋氣斜板8與沼氣生物脫硫裝置的側(cè)壁夾角β為50 60° ； 錐形集氣器18上端距好氧沼氣生物脫硫段液面的高度為10 20cm，錐形集氣器18上端的 底角Y為30 40°，錐形集氣器18下端與環(huán)形擋氣斜板8間的垂直距離為5 IOcm;導 氣管20插入營養(yǎng)液輸出筒21液面以下10 20cm。所述的進水箱25內(nèi)的營養(yǎng)液pH維持 在7. 5 8. 0。所述的好氧沼氣生物脫硫段內(nèi)通過控制空氣曝氣量，使溶解氧探頭24所測 溶解氧濃度維持在0. 08 0. lmg/L之間。本實用新型的工作過程如下(1)好氧沼氣生物脫硫段。好氧沼氣生物脫硫段內(nèi)的接種污泥來源廣泛，可選取各 種好氧或厭氧活性污泥。在該反應(yīng)段內(nèi)，通過溶解氧探頭24測定脫硫反應(yīng)液內(nèi)的溶解氧濃 度，并通過控制空氣曝氣量使脫硫反應(yīng)液內(nèi)溶解氧濃度維持在0. 08 0. lmg/L之間，促使 硫化氫在脫硫細菌的作用下向單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化，并防止脫硫反應(yīng)液的酸化。液相中發(fā)生的主反 應(yīng)為2HS_+02 — 2S+20H—。過量的氧氣則通過錐形集氣器利用導氣管引出沼氣生物脫硫裝 置，避免了厭氧沼氣生物脫硫段內(nèi)氧氣與沼氣的混合，排除爆炸隱患。錐形集氣器18上連接的導氣管20出口端插入營養(yǎng)液調(diào)節(jié)筒21液位10 20cm以下，可有效防止外部空氣進 入到沼氣生物脫硫裝置內(nèi)部。通過營養(yǎng)液輸入筒7補充脫硫裝置內(nèi)的營養(yǎng)液，而通過營養(yǎng) 液輸出筒21的溢流管22可排出脫硫裝置內(nèi)過多的營養(yǎng)液。通過營養(yǎng)液輸入筒7和營養(yǎng)液 輸出筒21，保證了沼氣生物脫硫裝置內(nèi)液位的恒定。(2)厭氧沼氣生物脫硫段。將厭氧沼氣生物脫硫段內(nèi)生物調(diào)料層12的軟性調(diào)料 放入長期穩(wěn)定運行的同步厭氧脫氮除硫反應(yīng)器內(nèi)進行掛膜培養(yǎng)，經(jīng)掛膜后的軟性填料重新 放回生物填料層12內(nèi)。此時，在該反應(yīng)段內(nèi)，從厭氧段底部進入的硫化氫氣體不斷向上輸 送，與向下噴淋的經(jīng)除氧后含N03_ (考慮到N02_對微生物的毒害作用較大，故選用N03_作為 脫硫反應(yīng)的電子受體)的堿性噴淋液逆向接觸，使硫化氫氣體溶于堿性溶液，在具有同步 脫氮除硫功能的脫硫細菌的作用下，使硫化氫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。厭氧沼氣生物脫硫段內(nèi)發(fā)生 的主反應(yīng)為5HS-+2N03-+7H+ — 5S+N2+6H20,該反應(yīng)為致堿反應(yīng)，有利于增強液體對硫化氫的 吸收性能。液相中未被去除的液相中硫化氫跌落至好氧沼氣生物脫硫段得以進一步去除。 由于厭氧沼氣生物脫硫段完全處于無氧狀態(tài)，也避免了沼氣與氧氣的混合，實現(xiàn)了沼氣生 物脫硫的安全運行。厭氧沼氣生物脫硫段內(nèi)形成的單質(zhì)硫?qū)⒙淙牒醚跽託馍锩摿蚨蝺?nèi)， 在環(huán)形擋氣斜板8和重力作用下，硫單質(zhì)最終落入倒錐形排硫斗2內(nèi)。(3)噴淋系統(tǒng)。進水箱25中含有一定量N03-(視沼氣的進氣量和沼氣中硫化氫的 含量而定)的營養(yǎng)液(噴淋液)，營養(yǎng)液的PH控制在7.5 8.0之間，促使脫硫細菌生長的 同時，可增強營養(yǎng)液對氣相中硫化氫氣體吸收。營養(yǎng)液經(jīng)蠕動泵17泵入盤形噴淋器14，經(jīng) 微孔噴頭13實現(xiàn)了噴淋液的均勻噴灑。(4)單質(zhì)硫收集排放系統(tǒng)。沼氣中的硫化氫氣體經(jīng)好氧、厭氧脫硫細菌的共同作用 下，形成單質(zhì)硫。含硫污泥密度較一般污泥大，在重力作用下，含硫污泥逐漸沉淀至倒錐形 排硫斗2，通過排硫管1排出生物脫硫裝置，達到回收單質(zhì)硫的目的。
權(quán)利要求1.一種好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置，其特征在于包括相連接的單質(zhì)硫沉 淀區(qū)、好氧沼氣生物脫硫段、厭氧沼氣生物脫硫段和噴淋系統(tǒng)，單質(zhì)硫沉淀區(qū)從下到上依次 設(shè)有排硫管(1)和倒錐形排硫斗(2)；好氧沼氣生物脫硫段從下到上依次設(shè)有盤形曝氣器 (5)、溶解氧探頭(24)、環(huán)形擋氣斜板(8)、集氣室(19)、錐形集氣器(18)和導氣管(20)，盤 形曝氣器(5)上設(shè)有微孔曝氣頭(4)，盤形曝氣器(5)與空氣進氣管(3)相連，好氧沼氣生 物脫硫段上部外壁上設(shè)有營養(yǎng)液輸入筒(7)和營養(yǎng)液輸出筒(21)，營養(yǎng)液輸入筒(7)底部 設(shè)有營養(yǎng)液輸入管(6)并與好氧沼氣生物脫硫段相連，營養(yǎng)液輸出筒(21)底部設(shè)有營養(yǎng) 液輸出管(23)并與好氧沼氣生物脫硫段相連，營養(yǎng)液輸出筒(21)上部設(shè)有溢流管(22)； 厭氧沼氣生物脫硫段從下至上依次設(shè)有盤形布氣器(10)、生物填料層(12)和沼氣收集管 (15)，盤形布氣器(10)上設(shè)有微孔布氣頭(9)，盤形布氣器(10)與沼氣進氣管(11)相連； 厭氧沼氣生物脫硫段上部設(shè)有盤形噴淋器(14)，盤形噴淋器(14)上設(shè)有微孔噴頭(13)，盤 形噴淋器(14)依次與噴淋管(16)、蠕動泵(17)和進水箱(25)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置，其特征 在于所述的單質(zhì)硫沉淀區(qū)、好氧沼氣生物脫硫段和厭氧沼氣生物脫硫段的體積比為 1 4 6 1 4 8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置，其特征在于 所述的整個沼氣生物脫硫裝置的高徑比為6 8 1 ；好氧沼氣生物脫硫段的高徑比為2 3 1 ；厭氧沼氣生物脫硫段的高徑比為4 5 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置，其特征在于 所述的營養(yǎng)液輸入筒(7)、營養(yǎng)液輸出筒(21)和好氧沼氣生物脫硫段內(nèi)的液面持平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置，其特征在于 所述的生物填料層(12)內(nèi)填充有用于微生物的掛膜生長的軟性填料；盤形噴淋器(14)距 生物填料層(12)上端的高度為10 15cm，生物填料層(12)下端距好氧沼氣生物脫硫段的 液面高度為60 80cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置，其特征在于 所述的倒錐形排硫斗⑵的底角α為55 60°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置，其特征在于 所述的環(huán)形擋氣斜板(8)與沼氣生物脫硫裝置的側(cè)壁夾角β為50 60° ；錐形集氣器 (18)上端距好氧沼氣生物脫硫段液面的高度為10 20cm，錐形集氣器(18)上端的底角、 為30 40°，錐形集氣器(18)下端與環(huán)形擋氣斜板(8)間的垂直距離為5 IOcm ；導氣 管(20)插入營養(yǎng)液輸出筒(21)液面以下10 20cm。
專利摘要本實用新型公開了一種好氧/厭氧一體化沼氣安全生物脫硫裝置。它包括相連接的單質(zhì)硫沉淀區(qū)、好氧沼氣生物脫硫段、厭氧沼氣生物脫硫段和噴淋系統(tǒng)。單質(zhì)硫沉淀區(qū)設(shè)有倒錐形排硫斗和排硫管；好氧沼氣生物脫硫段設(shè)有盤形曝氣器、溶解氧探頭、錐形集氣器、環(huán)形擋氣斜板、導氣管、營養(yǎng)液輸入筒和營養(yǎng)液輸出筒；厭氧沼氣生物脫硫段設(shè)有盤形布氣器、生物填料層和沼氣收集管；噴淋系統(tǒng)設(shè)有進水箱、蠕動泵和盤形噴淋器。本裝置的優(yōu)點有①好氧沼氣生物脫硫段環(huán)形擋氣斜板和錐形集氣器的設(shè)計以及厭氧沼氣生物脫硫段與空氣的完全隔絕，保證了沼氣生物脫硫的安全進行；②沼氣中硫化氫氣體經(jīng)好氧、厭氧脫硫細菌的共同作用下，可使凈化后沼氣達標利用；③形成單質(zhì)硫，可回收部分處理費用。
文檔編號C10L3/10GK201785372SQ20102051315
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者劉帥, 葉天強, 沈李東, 胡寶蘭, 蔡琛, 鄭平 申請人:浙江大學