沼氣無氧生物脫硫方法與裝置的製作方法

2023-06-12 22:07:16

專利名稱：沼氣無氧生物脫硫方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體分離淨化技術，具體是一種沼氣無氧生物脫硫方法與裝 置，適用於畜禽養殖廢棄物、高濃度工業有機廢水、城市汙水廠剩餘汙泥、作物秸稈以 及有機垃圾等厭氧消化處理沼氣工程產生的沼氣的脫硫淨化處理，也適宜於垃圾填埋氣 或者天然氣的脫硫。
背景技術：
沼氣發酵原料如畜禽養殖廢棄物、高濃度工業有機廢水、城市汙水廠剩餘汙 泥、作物秸稈以及有機垃圾等都是生物質類物質，含有相當數量的有機硫或無機硫，在 厭氧消化過程中被轉化成硫化氫，而隨沼氣排除，因此，沼氣中都含有一定數量的硫化 氫。硫化氫不僅對燃燒動力設備和金屬管道具有很強的腐蝕作用，並且還會引發潤滑油 的變質從而加速發動機的磨損。沼氣經過燃燒後，硫化氫會轉化為硫的氧化物60x)並 釋放到空氣中，造成大氣汙染。硫化氫還具有極強的急性毒性，硫化氫含量達0.6mg/L 時可使人在0.5 Ih內致死，含量在1.2 2.8mg/L時可使人立即致死。因此，為了達 到安全利用和環境保護的目標，必須在使用前對沼氣進行人工脫硫處理。
目前，沼氣中硫化氫脫除方法主要有物理化學法(包括幹法脫硫、溼法脫硫)和 生物法。物理化學法中，幹法脫硫是採用粉狀或顆粒脫硫劑(如鐵系、鋅系、銅系、 鈣系化合物、複合金屬氧化物以及鹼性固體、分子篩、活性炭類等)來脫除硫化氫。而 溼法脫硫主要採用液體吸附劑(如砷基化合物、鐵螯合物、三氯化鐵、萘醌、蒽醌二 磺酸鹽、雙核酞菁鈷磺酸、鹼性溶液等)來去除硫化氫。物理化學法脫硫過程基本上是 以吸附劑或者脫硫劑吸附硫化氫或與硫化氫反應生成硫化物，再以氧氣為電子受體將硫 化氫(硫化物)氧化成單質硫，使吸附劑或者脫硫劑再生。由於物理化學脫硫方法存在 能耗高、處理費用昂貴，汙泥處置難等缺點，近年來生物脫硫受到了高度重視，研究較 多的是光合細菌和無色硫細菌脫硫。
光合細菌脫硫是在厭氧光照條件下，光合細菌以H2S為供氫體還原CO2合成菌 體細胞，而H2S被氧化成單質硫S°或進一步氧化成硫酸。光合細菌在硫的轉化過程中需 要大量的輻射能，同時生成硫的微顆粒後，使廢水變得混濁，透光率將大大降低，從而 影響脫硫效率，因此，光合細菌脫硫受到很大限制。
無色硫細菌能夠氧化硫化氫等生成單質或者硫酸，從氧化過程中獲得能量，從 而達到脫硫的目的。無色硫細菌在代謝過程中可將代謝產物硫顆粒釋放到細胞外，在好 氧且氧的濃度為生化反應限速因素或者硫化物負荷較高的狀態下，可以達到脫硫目的。 與光合細菌脫硫相比，無色硫細菌脫硫更具優勢，研究得比較深入，並且在工程上已經 應用。無色硫細菌脫硫與物理化學脫硫在本質上是相同的，需要提供氧作為電子受體， 因此需要消耗能量供應氧氣(空氣)，但是氧氣(空氣)供應量不易控制，並且氧氣殘留 在沼氣中容易引起爆炸危險。發明內容
本發明是一種沼氣無氧生物脫硫方法與裝置，採用含有NO」 NO2 ,份3+等氧 化物的廢水，或者含有NO」 NO2 > Fe3+等氧化物的好氧生物處理工程、氧化塘、人工 溼地的出水作為生物脫硫的脫硫噴淋液。以NO」 NO2 > Fe3+為電子受體，沼氣中的H2S 為電子供體，在微生物的作用下進行生化反應，達到脫除硫化氫的目的。主要解決的技 術問題包括克服化學脫硫運行費用高並且脫硫劑更換勞動強度大的問題，解決加氧生 物脫硫氧氣供應量控制困難以及過量氧氣導致危險等問題。
本發明的新穎性及有益效果表現在以下幾方面
(1)生物脫硫不需要供應氧氣(空氣)，避免了過量供應氧氣帶來的危險性；
(2)避免了沼氣中空氣含量增加導致的沼氣熱值降低；
(3)減少了鼓風的能耗；
(4)可控性好，運行穩定，脫硫效果好，硫化氫脫除效率可達95%以上；
(5)運行費用低，比物理化學脫硫節約80%以上，比有氧生物脫硫節約30%以上。


圖1是本發明設計的結構示意圖，其中
1-沼氣進口，2-沼氣出口，3-噴淋液進口，4-噴淋液出口，5-多孔布氣板， 6-球形填料，7-彈性填料，8-噴淋嘴。
具體實施方式
結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
實施例1。見圖1，本發明的沼氣無氧生物脫硫裝置為一個豎立式填料塔。沼 氣進口 1與沼氣出口 2分別設在塔的頂部與底部。塔內放置高比表面積的Φ 25 50mm 的塑料空氣球6與彈性填料7，兩種填料交替放置，彈性填料7設在塑料空氣球6上面， 塑料空氣球6放置在多空布氣板5上。最上層的填料上方設置噴淋嘴8，並與噴淋液進口 3相連接。噴淋液出口 4位於塔外側中上部並與塔底部相通，保證塔內形成高30 50cm 的脫硫液段。連接塔底部與噴淋液出口 4的豎管高度為沼氣壓力(水柱)的2倍左右。
本發明的實施步驟如下
(1)將含有N03_、NO2 > :Fe3+等氧化物的廢水，或者含有N03_、NO2 > Fe3+等 氧化物的好氧生物處理工程、氧化塘、人工溼地的出水從噴淋液進口 3引入脫硫塔，通 過噴淋嘴8均勻噴灑在彈性填料7上。
(2)沼氣通過脫硫塔底部的沼氣進口 1進入脫硫塔，經過多孔布氣板5均勻分布 後，交替穿過附著有微生物的塑料空氣球6與彈性填料7，然後從塔頂部的沼氣出口 2排出ο
C3)塑料空氣球6與彈性填料7交替布置，有利於沼氣與脫硫液的均勻分布，避 免短流，並且節約造價。
(4)在脫硫塔9中培養馴化以NO」 NO2 > Fe3+為電子受體，以沼氣中的H2S為 電子供體脫硫微生物，脫硫微生物附著在塑料空氣球6與彈性填料7上或被填料阻擋於反應液中，將硫化氫轉化成單質硫或硫酸鹽，達到沼氣脫硫的目的。
(5)脫硫後的噴淋液進入脫硫塔底部，通過噴淋液出口 4排出，噴淋液出口 4位 於塔外側中上部並與塔底部相通，保證塔內形成高30 50cm的脫硫液段。連接塔底部 與噴淋液出口4的豎管高度應為沼氣壓力(水柱)的2倍左右，保證沼氣不會從噴淋液出 口 4逸出。
(6)根據噴淋液NO」 NO2 > Fe3+的濃度以及沼氣中硫化氫的含量，通過調節噴 淋液流量或者噴淋時間調節沼氣脫硫過程氣液比，保證脫硫效果。
權利要求
1.一種沼氣脫硫淨化方法與裝置，是一個帶沼氣進口(1)和沼氣出口(2)的脫硫塔， 塔內交替放置Φ 25 50mm的塑料空氣球(6)與彈性填料(7)。塔內最上層的填料上方 設置噴淋嘴(8)，並與噴淋液進口 3相連接。噴淋液出口(4)位於塔外側中上部並與塔底 部相通。其特徵在於在脫硫塔中培養馴化以NO」 N02-、Fe3+為電子受體，以沼氣中 的H2S為電子供體脫硫微生物。脫硫微生物附著在塑料空氣球(6)與彈性填料(7)上或被 填料阻擋於反應液中，將沼氣中硫化氫轉化成單質硫或硫酸鹽，達到沼氣脫硫的目的。
2.根據權利要求1所述沼氣脫硫淨化方法與裝置，其特徵在於含有NO」NO」 Fe3+等氧化物的廢水或的處理出水從噴淋液進口(3)引入脫硫塔，通過噴淋嘴(8)均勻噴 灑在彈性填料(7)上。
3.根據權利要求1所述沼氣脫硫淨化方法與裝置，其特徵在於沼氣通過脫硫塔底 部的沼氣進口(1)進入脫硫塔，經過多孔布氣板(5)均勻分布後，交替穿過附著有微生物 的塑料空氣球(6)與彈性填料(7)，脫硫後沼氣從塔頂部的沼氣出口(2)排出。
4.根據權利要求1或3所述沼氣脫硫淨化方法與裝置，其特徵在於塑料空氣球(6) 與彈性填料(7)交替布置，塑料空氣球(6)與彈性填料(7)用於附著、阻擋脫硫微生物以 及均勻布水布氣。
5.根據權利要求1所述沼氣脫硫淨化方法與裝置，其特徵在於脫硫後的噴淋液進 入脫硫塔底部，通過噴淋液出口(4)排出。連接噴淋液出口(4)與塔底部的豎管高度應 為沼氣壓力(水柱)的2倍左右。
全文摘要
本發明是一種沼氣脫硫淨化方法與裝置。發明內容包括將含有NO3-、NO2-、Fe3+等氧化物的廢水或的處理出水從噴淋液進口(3)引入脫硫塔，通過噴淋嘴(8)均勻噴灑在彈性填料(7)上。沼氣通過脫硫塔底部的沼氣進口(1)進入脫硫塔，經過多孔布氣板(5)均勻分布後，交替穿過附著有微生物的塑料空氣球(6)與彈性填料(7)。塑料空氣球(6)與彈性填料(7)交替布置。脫硫微生物附著在塑料空氣球(6)與彈性填料(7)上或被填料阻擋於反應液中，以NO3-、NO2-、Fe3+為電子受體將硫化氫轉化成單質硫或硫酸鹽，達到沼氣脫硫的目的。脫硫後沼氣從塔頂部的沼氣出口(2)排出。脫硫後的噴淋液進入脫硫塔底部，通過噴淋液出口(4)排出。連接噴淋液出口(4)與塔底部的豎管高度應為沼氣壓力(水柱)的2倍左右。
文檔編號C10L3/10GK102021055SQ20091016439
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月10日 優先權日2009年9月10日
發明者鄧良偉 申請人:農業部沼氣科學研究所