生物脫硫設備的製作方法

2023-04-24 00:42:01 2

專利名稱：生物脫硫設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於特別是通過厭氧消化處理有機排水(比如汙水和工業 排水)產生的生物氣的生物脫硫設備。
背景技術：
甲垸發酵過程經常用作處理下水道淤泥、有機廢棄物(比如生垃圾)，和 有機排水(比如食品廠汙水)的方法。所述甲垸發酵過程是這樣的處理過程 將有機廢棄物或有機排水引入生物反應罐中，以使生物反應罐中的甲垸發 酵細菌群分解有機物，從而形成主要由甲烷氣體組成的生物氣，同時分解 並除去排水中的有機物。然而，當排水中含有硫組分(比如那些源於蛋白質 的組分)時，硫組分被硫酸鹽還原細菌的作用還原，因此在所述生物氣中形 成硫化氫氣體。
當生物氣中含有的甲垸氣體用作鍋爐(boiler)、發電機等中的燃料時， 應除去生物氣中含有的硫化氫氣體。這是因為在生物氣燃燒時，生物氣中 的硫化氫氣體被氧化，形成可以腐蝕設備的硫氧化物。
用於除去生物氣中含有的硫化氫氣體的方法包括幹脫硫法(通過吸附 於主要由氧化鐵組成的吸附劑而除去氣體)，和溼脫硫法(通過使用鹼等吸收 進入水溶液中而除去氣體)。然而，使用這些方法的系統的運行費用飛速上 升，因為吸附需要化學品(比如吸附劑)，而吸附後的吸附劑變成廢品。
因此，作為運行成本低的脫硫系統，本發明人之前提出通過用填充材 料填充反應罐除去生物氣中的硫化氫的技術，所述填充材料附著有通過氧 化分解硫化氫的微生物(日本專利申請No. 2007-20018)。該技術利用這樣的 設備在用附著有微生物的填充材料填充的生物反應罐中，使經過需氧處 理的已處理水向下流，從而供給微生物所需的水和鹼度，而含硫化氫的生 物氣和空氣向上引入，從而處理並氧化除去所述氣體中的硫化氫。
這一在先發明涉及包括下列組件的生物脫硫設備裝有用於附著微生物的填充材料的生物反應罐，向所述生物反應罐中引入含硫化氫氣體的氣 體，向所述生物反應罐供給含氧氣體的構件，和在生物反應罐的上部噴灑 微生物所需的水(例如，生物處理後的已處理水)的噴灑構件。然而，啟動所 述設備存在下列問題
(1) 除非所述生物脫硫設備快速啟動，否則因為諸如可由氣體中的硫化 氫濃度造成的腐蝕的問題，生物氣在鍋爐或發電機中有效利用是不可行的。
(2) 幾乎不能同時實現快速啟動和啟動後的穩定處理。
(3) 噴灑單元堵塞。
為了解決這些問題，使硫氧化細菌附著於填充材料，以及用一些指示
(indkator)判斷附著於所述填充材料的硫氧化細菌的量是否足以實現預定的 硫化氫除去是重要的。

發明內容
本發明的目的是提供生物脫硫設備，所述設備可以在含微生物的液體 或淤泥的循環下通過使硫氧化細菌附著於載體填充層而啟動，並可判斷從 含微生物的液體或淤泥的循環轉換至噴灑水的時機，以及啟動所述設備的 方法。
在本發明的一方面，所述生物脫硫設備包括向其中引入含硫化氫氣體 的氣體的生物反應罐，設置於所述生物反應罐中並填充用於附著微生物的 載體的載體填充層，向所述生物反應罐供給含氧氣體的構件，和兩個或更 多個噴灑機件，所述噴灑機件在所述生物反應罐的上部噴灑生物體所需的 水。
根據本發明，可以提供生物脫硫設備，其可以在含微生物的液體或淤 泥的循環下通過使硫氧化細菌附著於載體填充層而啟動，並可判斷從含微 生物的液體或淤泥的循環轉換至噴灑水的時機，以及啟動所述設備的方法。


圖1A是實施例1中本發明生物脫硫設備的整體示意圖。 圖1B是圖1A中第一噴灑機件中的管道的仰視圖。 圖2是實施例2中本發明生物脫硫設備的整體示意圖。圖3是實施例3中本發明生物脫硫設備的整體示意圖。 圖4是實施例4中本發明生物脫硫設備的整體示意圖。 圖5是實施例5中本發明生物脫硫設備的整體示意圖。
具體實施例方式
下面詳細描述根據本發明的生物脫硫設備。
(1) 如上所述，本發明的生物脫硫設備包括生物反應罐、載體填充層、 向所述生物反應罐供給含氧氣體的構件、和兩個或更多個噴灑機件。所述 噴灑機件具有第一噴灑機件和第二噴灑機件，所述第一噴灑機件用於引入 含微生物的液體或淤泥作為微生物脫硫的種泥(seed sludge),並使其在所述 生物反應罐中循環，所述第二噴灑機件在所述生物反應罐中的載體填充層 上噴灑具有少量固體的水(生物處理水(biologically treated water))。所述第一 噴灑機件具有循環罐、循環泵和管道(循環管)，所述管道將它們連接，以將 含微生物的液體或淤泥作為微生物脫硫的種泥引入並循環至例如所述生物 反應罐。
(2) 啟動根據本發明的生物脫硫設備的方法是啟動上述(1)的生物脫硫 設備的方法，所述方法包括在含微生物的液體或淤泥的循環下，通過將含 硫化氫氣體和含氧氣體供給生物反應罐而使微生物附著於載體的同時，啟 動生物脫硫設備，其中所述生物脫硫設備具有第一和第二噴灑機件，其中 所述第一噴灑機件具有循環罐、循環泵和管道，所述管道用於引入含微生 物的液體或淤泥作為微生物脫硫用的種泥，並使其在所述生物反應罐中循 環，且在所述第一噴灑機件中，用於連接循環罐和生物反應罐的管道延伸 至生物反應罐的內部，且所述管道的延伸部分具有直徑為5到20 mm的孔， 所述第二噴灑機件設置於生物反應罐的頂部並具有在載體填充層上噴灑水 的管道，且在第二噴灑機件中的所述管道延伸至生物反應罐的內部，且所 述管道的延伸部分具有分散水的能力優異的噴嘴。
轉換至在生物反應罐的上部噴灑水的方法包括
(2-l)下述方法測量從生物反應罐排出的水的pH和域鹼度，且當從 生物反應罐排出的水的pH和/或鹼度降低時，停止循環含微生物的液體或 淤泥並轉換至在生物反應罐的上部噴灑水。(2-2)下述方法測量在生物反應罐出口處的氣體中的硫化氫氣體濃度， 且當所述出口處的氣體中的硫化氫濃度降低時，停止循環含微生物的液體 或淤泥並轉換至在生物反應罐的上部噴灑水。
(2-3)下述方法檢測循環罐中的水的濁度，且當確認循環罐中渾濁時， 停止循環含微生物的液體或淤泥並轉換至在生物反應罐的上部噴灑水。
(2-4)下述方法通過上述(2-l)到(2-3)中兩種或多種的方法，通過判斷
轉換的時機而從循環含微生物的液體或淤泥轉換至在生物反應罐的上部噴 灑水。
在本發明中，來自進行厭氧消化處理的消化液體或消化淤泥可用作所 述種泥。
現在，參考附圖詳細描述根據本發明實施方案的生物脫硫設備的具體 實施例。然而，本發明實施方案不局限於下列描述。 實施例1
參考圖1A和圖1B描述實施例1中的本發明生物脫硫設備。圖1A是 所述生物脫硫設備的整體示意圖，圖1B是圖1A中的第一噴灑機件中的管 道的仰視圖。
在圖中，1是向其中引入含硫化氫氣體的氣體的生物反應罐。各自填充 用於附著微生物的載體的載體填充層2a、 2b豎直地設置於所述生物反應罐 1中。所述生物反應罐1從底部供給含硫化氫的氣體和空氣。在生物反應罐 1上部噴灑生物體所需的水的第一噴灑機件3和第二噴灑機件4分別設置於 生物反應罐1中和它附近。
第一噴灑機件3是一個將含微生物的液體或淤泥作為微生物脫硫的種 泥引入生物反應罐1中，並使其在生物反應罐中1循環的機件。第一噴灑 機件3具有循環罐5、循環泵6、和用於將循環罐5和生物反應罐1連接的 循環管7。所述循環管7延伸至生物反應罐1的內部，且該管道的延伸部分 具有多個直徑為5到20 mm的孔8(參見圖1A)。孔8將含微生物的液體或 淤泥噴在載體填充層2a、 2b上，並設置為大於後面描述的噴嘴的孔直徑。 循環管7中插有閥門9a。
第二噴灑機件4具有延伸至生物反應罐的內部的管道10。分散水的能力優異的噴嘴11設置於管道10的延伸部分。閥門9b插入管道10中。具 有少量固體的水(例如，由排出的水的生物處理得到的已處理水；下稱生物 處理水)從管道10的噴嘴11噴在載體填充層2a、 2b上。在圖中，數字12 指排水管，數字13指己處理氣體管，數字14指用於向生物反應罐1供給 空氣的空氣供給管(供給含氧氣體的構件)。
如圖1所示，實施例1中的生物脫硫設備具有向其中引入含硫化氫氣 體的氣體的生物反應罐l，設置於所述生物反應罐中並填充用於附著微生物 的載體的載體填充層2a、 2b，向生物反應罐供給含氧氣體的構件，向生物 反應罐上部引入含微生物的液體或淤泥的第一噴灑機件3，和向生物反應罐 上部噴生物處理水的第二噴灑機件4。
當這樣構成的生物脫硫設備啟動後，已經引入含微生物的液體或淤泥 的循環罐5、循環泵6和循環管7用於將含微生物的液體或淤泥循環並供給 至生物反應罐l，同時向所述生物反應罐供給含硫化氫的氣體和空氣，並使 微生物附著於載體填充層2a、 2b的載體。通過這樣的啟動，使硫氧化細菌 附著於填充層2a、 2b，並用作種菌(seedbacteria)以增殖為附著於填充層2a、 2b的硫氧化細菌。
在圖1中，如果含有大量固體的液體(比如消化淤泥)在與具有用於噴灑 生物處理水的噴嘴的管道相同的管道中循環，則將擔心噴嘴被固體堵塞。 即使被循環的原液是具有少量固體的液體，在硫氧化細菌的作用下，氣體 中的硫化氫氧化時可以部分形成固體元素硫，引起噴嘴的堵塞。
在實施例1中，用於啟動生物脫硫設備的噴灑管10和循環管7可以設 置為單獨的線路以解決上述噴嘴ll的堵塞。在噴灑生物處理水時，水完全 通過噴嘴11分散，由此可以有效地促進硫化氫氣體在液體中的溶解反應及 其在載體填充層中的生物反應。
在實施例1中，含微生物的液體或淤泥可以是含有硫氧化細菌的任何 一種，所述硫氧化細菌的生長環境是含有硫化氫、很少量的氧氣和水的環 境下。具體地，所述含微生物的液體或淤泥可以是經另一操作中的生物脫 硫設備處理的溶液、由厭氧消化處理得到的消化液體、消化淤泥等。發明 人已證實當消化液體或消化淤泥的表面的一部分暴露於氧氣後，生物脫硫 設備可通過消化液體或消化淤泥中存在的硫氧化細菌快速啟動。實施例2
參考圖2，詳細描述實施例2中的本發明生物脫硫設備。和圖1中相同 的元件指定同樣的標記數字，以省略對它們的描述，這裡僅描述主要部分。 實施例2中的生物脫硫設備的特徵在於，在排水管12中設置用於測量從生 物反應罐1排出的排出水的pH的pH計21。可選地，可以代替用於測量 pH的pH計而設置用於測量鹼度的測量計。
在圖2中，將含微生物的液體或淤泥引入循環罐5中，在循環所述液 體或淤泥的同時，用含硫化氫氣體的氣體和含氧氣體(空氣)通氣，以啟動設 備。當硫氧化細菌由此己充分附著於填充層2a、 2b後，氣體中的硫化氫被 氧化成元素硫(So)，其中的一部分進一步氧化成硫酸。
當硫酸的濃度增大時，排出的水的pH和鹼度將迅速下降。隨著pH和 鹼度下降的時機，停止循環含微生物的液體或淤泥，並轉換至用生物處理 水噴灑。
主要可歸因於硫酸的pH和鹼度下降是不理想的，因為該下降引起生物 脫硫設備中的管道和生物反應罐1的主體的腐蝕。另一方面，該下降作為 硫氧化細菌充分附著至載體填充層2a、 2b的指示。
根據實施例2，排水管12設有pH計21，且當檢測到低於預定水平的 pH或鹼度時，轉換至用生物處理水噴灑，從而防止腐蝕同時快速啟動生物 脫硫設備，甚至在啟動後，也可實現穩定處理。
在發明人進行的試驗中，實際上觀察到當通過含有10000 ppm硫化氫 氣體的氣體，同時循環含有約4000 mg/L鹼的消化液體時，鹼度在約3到4 天內降至約1000mg/L，隨後pH快速下降(從約7降至2-3)。由此結果，據 估計，優選當鹼度降至1000 mg/L或更小或pH降至6或更小時轉換至用生 物處理水噴灑。
實施例3
參考圖3，詳細描述實施例3中的本發明生物脫硫設備。和圖1中相同 的元件指定同樣的標記數字，以省略對它們的描述，這裡僅描述主要部分。 實施例3中的生物脫硫設備的特徵在於，在引自生物反應罐1的已處理氣體管13中設置用於測量硫化氫濃度的硫化氫濃度檢測器22。
在圖3中，將含微生物的液體或淤泥引入循環罐5中，在循環所述液 體或淤泥的同時，用含硫化氫氣體的氣體和含氧氣體通氣，以啟動設備。 當硫氧化細菌由此已充分附著於載體後，所述氣體中的硫化氫的一部分被 氧化成元素硫(So)，其中的一部分進一步氧化成硫酸。
這伴隨著所述氣體中硫化氫的脫硫，以降低已處理氣體中的硫化氫濃 度。當已處理氣體中的硫化氫的濃度滿足預定的除去性能時，可以假定載 體附著有足量的生物體。從而在該時機，停止循環含微生物的水或淤泥並 轉換至用生物處理水噴灑。
根據實施例3，已處理氣體管13設有硫化氫濃度檢測器22，從而通過 已處理氣體中的硫化氫濃度判斷轉換至用生物處理水噴灑的時機。因此， 可以快速啟動生物脫硫設備以穩定處理。
在發明人進行的試驗中，實際上觀察到當通過含有10000 ppm硫化氫 氣體的氣體同時循環含有約4000 mg/L鹼的消化液體時，已處理的氣體中 的硫化氫逐漸減少，並在2到4天減至0附近。
實施例4
參考圖4，詳細描述實施例4中的本發明生物脫硫設備。和圖1中相同 的元件指定同樣的標記數字，以省略對它們的描述，這裡僅描述主要部分。 實施例4中的生物脫硫設備的特徵在於，在循環罐5中設置用於檢測循環 罐5中的含微生物的液體或淤泥的濁度的檢測器23(例如，照相機)。當使 用照相機時，通過圖像分析判斷淤泥或液體的色度。
在圖4中，將含微生物的液體或淤泥引入循環罐5中，在循環所述液 體或淤泥的同時，用含硫化氫氣體的氣體和含氧氣體通氣，以啟動設備。 當硫氧化細菌由此已充分附著於載體後，所述氣體中的硫化氫的一部分被 氧化成元素硫(S。)，其中的一部分進一步氧化成硫酸。隨著元素硫增多，循 環液體變渾濁。該濁度用設置於循環罐5中的檢測器23檢測，當濁度增至 預定的水平或更大時，停止循環含微生物的液體或淤泥並轉換至用生物處 理水噴灑。
根據實施例4，循環罐5設有檢測器23，從而檢測循環罐5中的含微生物的液體或淤泥的濁度，以判斷形成的元素硫的增多。通過檢測這一濁 度，可以判斷轉換至用生物處理水噴灑的時機。因此，可以快速啟動生物 脫硫設備以穩定處理。
在實施例4中檢測濁度的方法不局限於上述使用檢測器的檢測方法。 可以設想的檢測方法的實例包括視覺檢查，和包括取出循環罐中的試樣量 (aliquot)的水，然後通過視覺檢查或圖像分析判斷取出的水中的固體的顏色 的方法。
實施例5
參考圖5，詳細描述實施例5中的本發明生物脫硫設備。和圖1中相同 的元件指定同樣的標記數字，以省略對它們的描述，這裡僅描述主要部分。
實施例5中的生物脫硫設備的特徵在於，在排水管12中設置pH計21， 在已處理氣體管13中設置硫化氫濃度檢測器22，且在循環罐5中設置檢測 器23。
在圖5中，將含微生物的液體或淤泥引入循環罐5中，在循環所述液 體或淤泥的同時，用含硫化氫氣體的氣體和含氧氣體通氣，以啟動設備。 當硫氧化細菌由此已充分附著於載體後，所述氣體中的硫化氫的一部分被 氧化成元素硫(So)，其中的一部分進一步氧化成硫酸。這伴隨著元素硫的增 多，已處理的氣體中的硫化氫濃度的降低，和可歸因於硫酸增多的pH和鹼 度的降低。
根據實施例5，通過pH計21檢測排出的淤泥或液體的pH，通過硫化 氫濃度檢測器22檢測已處理氣體中的硫化氫濃度，且通過檢測器23檢測 液體或淤泥的濁度。這樣，可以基於多個項目判斷轉換至用生物處理水噴 灑，以使判斷更精確。
實施例5已描述了基於pH、硫化氫濃度和濁度轉換至用生物處理水噴 灑的情形，但這不是限制性的，轉換至用水噴灑可基於兩個或更多個項目 進行，例如pH、硫化氫濃度等。
儘管上面的實施例1到5已描述了使用含微生物的液體或淤泥作為微 生物脫硫的種泥的情形，但也可使用來自進行厭氧消化處理的設備的消化 液體，或消化淤泥。
權利要求
1.生物脫硫設備，其包括向其中引入含硫化氫氣體的氣體的生物反應罐，設置於所述生物反應罐中並填充用於附著微生物的載體的載體填充層，向所述生物反應罐供給含氧氣體的構件，和兩個或更多個噴灑機件，所述噴灑機件在所述生物反應罐的上部噴灑生物體所需的水。
2. 啟動權利要求1的生物脫硫設備的方法，其包括在含微生物的液體 或淤泥的循環下，通過向生物反應罐供給含硫化氫氣體和含氧氣體使微生 物附著於載體的同時，啟動生物脫硫設備，其中所述生物脫硫設備具有第一噴灑機件和第二噴灑機件，其中所述第一噴灑機件具有循環罐、循環泵和管道，所述管道用於引入作 為生物脫硫的種泥的含微生物的液體或淤泥，並使其在所述生物反應罐中 循環，且在所述第一噴灑機件中，用於將循環罐和生物反應罐連接的管道延伸至生物反應罐的內部，且所述管道的延伸部分具有直徑為5到20 mm 的孔，且所述第二噴灑機件設置於所述生物反應罐的頂部，並具有用於在載體 填充層上噴灑水的管道，且所述第二噴灑機件中的所述管道延伸至生物反 應罐的內部，且所述管道的延伸部分具有分散水的能力優異的噴嘴。
3. 根據權利要求2的啟動生物脫硫設備的方法，其中測量從所述生物 反應罐排出的水的pH和/或鹼度，且當從生物反應罐排出的水的pH和/或 鹼度降低時，停止循環所述含微生物的液體或淤泥，並轉換至在生物反應 罐的上部噴灑水。
4. 根據權利要求2的啟動生物脫硫設備的方法，其中測量在生物反應 罐出口處的氣體中的硫化氫氣體濃度，且當所述出口處的氣體中的硫化氫 濃度降低時，停止循環所述含微生物的液體或淤泥，並轉換至在生物反應 罐的上部噴灑水。
5. 根據權利要求2的啟動生物脫硫設備的方法，其中檢測循環罐中的 水的濁度，且當確認循環罐中渾濁時，停止循環所述含微生物的液體或淤 泥，並轉換至在循環罐的上部噴灑水。
6. 啟動生物脫硫設備的方法，其包括利用權利要求3到5中的兩種或 多種方法，通過判斷轉換的時機從循環所述含微生物的液體或淤泥轉換至 在生物反應罐的上部噴灑水。
7. 根據權利要求2到5任意一項的啟動生物脫硫設備的方法，其中來 自進行厭氧消化處理的設備的消化液體、或消化淤泥用作所述種泥。
全文摘要
本申請公開了脫硫設備，其包括向其中引入含硫化氫氣體的氣體的生物反應罐1，設置於生物反應罐1中並填充用於附著微生物的載體的載體填充層2a、2b，向生物反應罐1供給含氧氣體的構件，和兩個或更多個噴灑機件3、4，所述噴灑機件在生物反應罐1的上部噴灑生物體所需的水。
文檔編號C10L3/10GK101622331SQ20088000666
公開日2010年1月6日 申請日期2008年12月16日 優先權日2008年1月16日
發明者小原卓巳, 山森武夫, 永森泰彥, 田村博, 石毛崇之, 足利伸行 申請人:株式會社東芝