CN101870894B - 用微生态原理去除沼气内二氧化碳、硫化氢和氨气方法和生物装置 - Google Patents
用微生态原理去除沼气内二氧化碳、硫化氢和氨气方法和生物装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的是利用微生态学的原理，利用甲烷气体难溶于水，氨气易溶于水，而二氧化碳和硫化氢气体在溶液呈碱性的条件下易溶于水的特性。根据蓝藻可以在氮、磷等营养成分存在的条件下，通过光合作用吸收溶解在水中的二氧化碳并释放氧气；利用硝化细菌和亚硝化细菌在有氧的条件下，将水中的溶解的氨气氧化成硝酸根离子去除氨气；利用在弱氧条件下，硫细菌可以将水中溶解的硫化氢氧化成单体硫沉淀去除水中溶解的硫化氢气体。本发明就是利用上述微生物反应的原理，建立一套依赖微生态反应去除沼气内的二氧化碳，硫化氢和氨气的方法和装置。
Description
一、技术领域：
B01D 53/84；C12P5/00
利用微生态原理和微生物反应去除沼气内二氧化碳、硫化氢和氨气方法和生物装置。
二、背景技术：
沼气是一种混合气体，由甲烷，二氧化碳，以及少量氢气，硫化氢，氨气，一氧化碳等组成的混合可燃性气体。通常，甲烷占55％左右，二氧化碳占40％，余下由氢气，硫化氢，一氧化碳等少量气体组成。比例过高的二氧化碳含量会降低沼气的燃烧热值，高含量的硫化氢气体在燃烧后形成强腐蚀性溶液，对发电设备和管道的金属部件形成腐蚀。上述两项缺点严重的限制了沼气的应用范围，目前的沼气净化装置的功能都比较单一，结构比较复杂，造价较高，因此一般只有大型沼气设施才条件采用。
三、发明内容：
发明原理：
本发明的目的是利用微生态学的原理，利用沼气发酵的副产品和简单的设备，推出一种简便，造价低廉，原材料易得的去除沼气内二氧化碳，硫化氢和氨气的方法和装置。
本发明是这样实现的：沼气是一种主要由甲烷，二氧化碳，以及少量氢气，硫化氢，氨气，一氧化碳等组成的混合可燃性气体。通常，甲烷占55％左右，二氧化碳占40％，余下由氢气，硫化氢，一氧化碳等少量气体组成。甲烷气体难溶于水，而二氧化碳和硫化氢气体在溶液呈碱性的条件下易溶于水。发酵后的沼液里含有丰富的易于被植物吸收的营养成分，如氮、磷及其他营养成分等。蓝藻是一种低等的原核微生物，可以生存在缺氧的水中。同时利用水中氮、磷等无机营养盐，通过光合作用吸收溶解在水中的二氧化碳并释放氧气。硝化细菌和亚硝化细菌在有氧的条件下，可以将水中的游离氨氧化成硝酸根离子，而硝酸根离子是蓝藻可以直接吸收利用的最好的氮的形态。同时，在微弱氧存在的条件下，很多硫细菌可以将水中溶解的硫化氢氧化成单体硫沉淀，从而去除水中溶解的硫化氢气体。本发明就是利用上述微生物反应的原理，建立一套依赖微生态***的生物反应器，来去除沼气内的二氧化碳，硫化氢和氨气。
有益效果：
由于沼气内含有大量的二氧化碳气体，通常可达40％(V/V)，严重的降低了沼气的燃烧热值。同时，沼气内含有大量的硫化氢气体，在燃烧时产生强腐蚀性的气体损坏金属的管道和发电设备。这极大地限制了使用沼气发电的普及。本方法利用沼气生产的副产品和自然界中容易获得的微生物，通过微生态学的方法，联合降低沼气内的二氧化碳，硫化氢和游离氨的含量。本方法原理明确，实施工艺简单，设备构造简单，整套设备成本造价低廉，所用原料均来自沼气发酵产生的副产品，因此适宜各种类型的沼气池采用，净化所产生的沼气用于发电需要。
四、附图说明：
见附图1、微生物沼气净化设备图示说明
1、进气管道；2、多出口的气体扩散器；3、由沼液为主配制的偏碱性营养液；4、出气管道和限压阀门；5、接有蓝藻藻种的光合反应溶液；6、氧化硝化反应器；7、生物亲和性多孔填料；8、水泵；9、光合反应器；10、氧气排空限压阀门；11、氧气排空管道
五、具体的实施方式：
反应器R由多个散布口的气体的扩散器2，内部微弱碱性的营养液3，和上部带有限压阀门4的出气管道组成。
沼气沿进气管道1通过有多个散布口的扩散器2进入反应器R内的液体3中。扩散器2设计有多个散布口是为了增加沼气与反应器R内液体3的接触面积，增加沼气内二氧化碳，硫化氢和氨气的溶解度。反应器R上部有个限压阀门，可维持反应器R内维持一定的压力。反应器R内的营养液3由沼气发酵后的沼液为主加入少量无机盐稀释配制而成，并加入适量碳酸钠，维持营养液3在pH7.5-pH8.5的弱碱性。加入碳酸钠使营养液3呈现弱碱性可增加营养液3对于二氧化碳和硫化氢的溶解能力。
光合反应器9的上端有管道和氧化硝化反应器6相连接。光合反应器9由透明材料制作，内有接种有蓝藻藻种。氧化硝化反应器6内部有生物亲和性的填料7，填料上接种硝化细菌和亚硝化细菌以及脱氮硫杆菌、氧化硫硫杆菌等硫细菌。
当外界照明条件较好时，水泵8工作，将饱和有二氧化碳和硫化氢以及溶解有氨气的液体3经过水泵8进入光合反应器9，由于由沼液配制的液体3本身含有丰富氮、磷营养元素，以及饱和溶解的二氧化碳CO2气体，非常适宜蓝藻生长。蓝藻通过光合作用，消耗营养液3内的二氧化碳并释放氧气，反应方程式(a)。光合作用产生的大量氧气通过限压阀门10通过管道11排入特定的容器回收利用或放空。此时，营养液3由溶解饱和二氧化碳的状态转变为溶解饱和氧气的状态，含有丰富氧气的营养液3自然流进氧化硝化反应器6中。氧化硝化反应器6的填料7上段生长有好氧的硝化细菌和亚硝化细菌。在高氧的条件下，水中的游离氨被氧化成为硝酸根离子，并消耗水中的溶解氧，反应方程式(b)；经过氧化硝化反应器6内填料7好氧段的细菌的消耗，营养液3内溶解的饱和氧气被消耗，营养液3转为低氧状态，在氧化硝化反应器6内填料7的下部形成低氧区域，在高氧或低氧的条件下，脱氮硫杆菌、氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、排硫硫杆菌、丝状硫细菌、氏硫菌属、辨硫菌属、发硫菌属等硫细菌可以将硫化氢氧化成单质S或SO4 2-，从而将沼气内的硫化氢气体去除。反应方程式(c)，(d)。
经过上述循环，营养液3由反应器R出来时溶解有饱和二氧化碳，硫化氢和溶解氨气被消耗或转化，重新进入反应器R中，继续溶解反应器R内沼气中的二氧化碳，硫化氢和氨气。并继续被水泵8泵入光合反应器9内，重复前述的循环。如此往复，整个***可不断吸收反应器R上部沼气内的二氧化碳，硫化氢和氨气。当营养液3内的营养被消耗光，或蓝藻生长密度过高时，可通过加入新的营养液或排出过量的蓝藻维持反应的稳定进行。
6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2 (a)
NH3+2O2→NO3 -+H2O+H+ (b)
2H2S+O2→2S+2H2O (c)
2S+3O2+2H2O→2H2SO4 (d)
Claims (1)
1.一种利用微生态原理和微生物反应去除沼气内二氧化碳、硫化氢和氨气的方法，它由气体反应器R，透明的光合反应器和装有多孔生物亲和性填充材料的氧化硝化反应器组成，其特征是：所述气体反应器R内充满由沼气发酵后的沼液为主配制而成的营养液，并通过加入碳酸盐使营养液呈弱碱性，增加营养液对于二氧化碳和硫化氢的溶解能力，所述的光合反应器的上端有管道和氧化硝化反应器相连接，所述的光合反应器内接种有蓝藻藻种，在光照条件下，将饱和有二氧化碳和硫化氢及溶解有氨气的营养液经过水泵进入光合反应器，通过光合作用，蓝藻利用营养液中的氮、磷成分，吸收二氧化碳并放出氧气，营养液由溶解饱和二氧化碳的状态转变为溶解饱和氧气的状态，含有丰富氧气的营养液自然流进氧化硝化反应器，所述的氧化硝化反应器内部有多孔的生物亲和性填料，所述填料上接种有硝化细菌、亚硝化细菌以及硫细菌，氧化硝化反应器的填料上段生长有好氧的硝化细菌及亚硝化细菌，在高氧条件下水中的游离氨被氧化成硝酸根离子，并消耗水中的溶解氧，氧化硝化反应器内填料的下部形成低氧区域，在高氧或低氧的条件下，硫细菌可以将硫化氢氧化成单质S或SO4 2-，从而将沼气内的硫化氢气体去除，经过上述循环，营养液由反应器R出来时溶解的饱和二氧化碳、硫化氢和溶解的氨气被消化或转化，重新进入反应器R中，继续溶解反应器R内沼气中的二氧化碳，硫化氢和氨气，并继续被水泵泵入光合反应器内，重复前述循环，如此往复，整个***可不断吸收反应器R上部沼气内的二氧化碳，硫化氢和氨气。
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