CN102002408A

CN102002408A - 一种沼气生物脱硫的节能方法

Info

Publication number: CN102002408A
Application number: CN2010105914716A
Authority: CN
Inventors: 韩洪军; 周飞祥; 欧阳力; 张怡
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2011-04-06

Abstract

一种沼气生物脱硫的节能方法，它涉及一种沼气脱硫方法。它解决了现有生物脱硫存在过程不易控制，条件要求苛刻，硫化氢容易被细菌直接转化为硫的氧化物从而不易从***中排除的问题。方法：1.向营养液中投加脱氮硫杆菌和硝化细菌，然后喷洒到填料上，培养至形成生物膜；2.沼气与生物膜接触进行反应，即完成。本发明中沼气生物脱硫的节能方法，易控制，条件要求宽松，避免了硫化氢容易被细菌直接转化为硫的氧化物并重新释放到沼气中的问题，当沼气中硫化氢的含量为1000～4000mg/L时，脱硫效率可达95％以上，并可以回收单质硫；脱氮硫杆菌和硝化细菌为共生体系，基本依靠沼气实现自给自足，实现节能。

Description

一种沼气生物脱硫的节能方法

技术领域

本发明涉及一种沼气脱硫方法。

背景技术

随着工农业废弃物厌氧生物处理技术的广泛应用，沼气作为一种可再生的生物质能源，在化石能源日益匮乏的今天，越来越受到人们的关注和重视。正常状态下，沼气的主要成分为甲烷(50％到70％)和二氧化碳(30％到40％)，并含有少量的一氧化碳、氢气、硫化氢、氧气和氮气等。沼气中的硫化氢产生于蛋白质和其他含硫化合物的降解过程.因此硫化氢浓度取决于沼气发生器的进料情况.并在0.1％和2％之间变化。硫化氢浓度过高是沼气作为燃气使用最大的限制因素之一，因为硫化氢对燃烧动力设备和金属管道具有很强的腐蚀作用，并且还会引发润滑油的变质从而加速发动机的磨损；此外，沼气在经过燃烧后，硫化氢会转化为硫的氧化物(SO_X)并释放到空气中，造成大气污染。因此，在沼气燃烧利用之前，必须去除其中的硫化氢。

常用的沼气脱硫方式有化学法和生物法。化学脱硫通常采用干法氧化铁吸收的方法，在常温下将沼气通过脱硫剂床层，沼气中的H₂S与活性氧化铁接触，生成三硫化二铁，然后含有硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单质硫。这种脱硫再生过程可循环进行多次，直至氧化铁脱硫剂表面的大部分空隙被硫或其他杂质覆盖而失去活性为止。化学脱硫需要使用脱硫剂，而且当沼气中硫化氢含量较高时，脱硫剂更换频繁，不但增加成本，而且操作起来比较困难。失活得脱硫剂若不妥善处置易造成二次污染。

所谓生物脱硫，就是在适宜的温度、湿度、养分和微氧条件下，通过脱硫细菌的代谢作用将H₂S转化为单质硫。反应过程为：

H₂S+2O₂→H₂SO₄

2H₂S+O₂→2S+2H₂O

脱硫微生物菌群的作用结果是将沼气中的H₂S气体转化为单质硫和稀硫酸后达到沼气脱硫的效果。缺点：过程不易控制，条件要求苛刻，硫化氢会容易被细菌直接转化为硫的氧化物从而不易从***中排除。

发明内容

本发明目的是为了解决现有生物脱硫存在过程不易控制，条件要求苛刻，硫化氢容易被细菌直接转化为硫的氧化物从而不易从***中排除，而提供的一种沼气生物脱硫的节能方法。

沼气生物脱硫的节能方法按以下步骤进行：一、向营养液中投加脱氮硫杆菌和硝化细菌，然后喷洒到填料上，在温度为27～28℃，pH值为6.7～7.3的条件下培养2周，形成生物膜；二、沼气与生物膜接触进行反应，即完成沼气生物脱硫；其中步骤一中脱氮硫杆菌和硝化细菌的体积比为2∶1；步骤一中营养液的每1L由5g的Na₂S₂O₃·5H₂O、1g的K₂HPO₄、1g的KNO₃、1g的NaHCO₃、0.2g的MgSO₄·7H₂O、1g的NH₄Cl、4g的NaNO₂、0.5g的FeSO₄·7H₂O和余量的蒸馏水组成；步骤一中填料采用两层聚氨酯泡沫填料，分别为软质聚氨酯泡沫填料层和硬质聚氨酯泡沫填料层，厚度比为2∶1。

本发明中形成的生物膜内的微生物为脱氮硫杆菌和硝化细菌，这两种细菌为共生体系；在好氧或厌氧条件下，脱氮硫杆菌利用氧气或硝酸盐作为电子受体都可以降解H₂S，硝酸盐(NO₃ ^-)在硝化细菌作用下可以从氨的硝化作用中获得；脱氮硫杆菌可以同时将H₂S氧化为单质硫或硫酸盐并将硝酸盐还原为氮气；脱氮硫杆菌和硝化细菌组成的共生体系，不需要再向脱硫塔中人为添加空气，通过利用沼气中含有的氧气和氨，生物膜内的微生物体系可以达到完全的自给自足。

本发明中沼气生物脱硫的节能方法，其运行设备为一体的，方便了制造和使用，易控制，条件要求宽松，且安全可靠，操作简单，避免了硫化氢容易被细菌直接转化为硫的氧化物从而不易从***中排除的问题，自动控制脱硫过程中塔内温度，产生生物污泥量少，无二次污染，当沼气中硫化氢的含量为1000～4000mg/L时，脱硫效率可达95％以上，并可以回收单质硫；脱氮硫杆菌和硝化细菌为共生体系，基本依靠沼气实现自给自足，实现节能；采用软、硬双层填料，更加适宜微生物菌落的生存和繁殖。

附图说明

图1为具体实施方式一沼气生物脱硫的节能方法中运行设备的示意图，其中1表示沼气进口，2表示沼气出口，3表示沼气鼓风机，4表示排放口，5表示球阀，6表示气体监测器，7表示喷嘴，8表示保温层，9表示支架，10表示加热管，11表示透气隔板，12表示硬质聚氨酯泡沫填料，13表示软质聚氨酯泡沫填料，14表示测温探头，15表示输送管，16表示回流泵，17表示丝网除沫器。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：结合图1所示，本实施方式沼气生物脱硫的节能方法按以下步骤进行：一、向营养液中投加脱氮硫杆菌和硝化细菌，然后喷洒到填料上，在温度为27～28℃，pH值为6.7～7.3的条件下培养2周，形成生物膜；二、沼气与生物膜接触进行反应，即完成沼气生物脱硫；其中步骤一中脱氮硫杆菌和硝化细菌的体积比为2∶1；步骤一中营养液的每1L由5g的Na₂S₂O₃·5H₂O、1g的K₂HPO₄、1g的KNO₃、1g的NaHCO₃、0.2g的MgSO₄·7H₂O、1g的NH₄Cl、4g的NaNO₂、0.5g的FeSO₄·7H₂O和余量的蒸馏水组成；步骤一中填料采用两层聚氨酯泡沫填料，分别为软质聚氨酯泡沫填料层和硬质聚氨酯泡沫填料层，厚度比为2∶1。

本实施方式步骤一中聚氨酯泡沫填料的表面积为2400m²/m³，孔隙度为97％，具有网状结构，微生物能在其上密实而迅速的增殖，形成生物膜。

本实施方式步骤一中形成生物膜，生物膜内的微生物为脱氮硫杆菌和硝化细菌，这两种细菌为共生体系；在好氧或厌氧条件下，脱氮硫杆菌利用氧气或硝酸盐作为电子受体都可以降解H₂S，硝酸盐(NO₃ ^-)在硝化细菌作用下可以从氨的硝化作用中获得；脱氮硫杆菌可以同时将H₂S氧化为单质硫或硫酸盐并将硝酸盐还原为氮气；脱氮硫杆菌和硝化细菌组成的共生体系，不需要再向脱硫塔中人为添加空气，通过利用沼气中含有的氧气和氨，生物膜内的微生物体系可以达到完全的自给自足。

当沼气中的H₂S被脱氮硫杆菌转换为S单质以后，被向下流动的营养液在流动剪切作用下，脱落到反应器底部，底部排放口的阀门定期打开排放S；排放S单质的周期是2天一次。

本实施方式步骤一中向营养液中投加脱氮硫杆菌和硝化细菌，然后喷洒到填料上，这个过程是循环进行的，形成生物膜后的循环喷洒是为了把部分脱落的生物膜被回流泵打至运行设备顶部，这样在营养液(其中含有两种生物)和沼气相向流动过程中反映，接触更好，反应更彻底。

本实施方式沼气生物脱硫的过程，当沼气中硫化氢的含量为1000～4000mg/L时，脱硫效率可达95％以上；当脱硫效率有明显下降的时候，说明两种细菌已经不处于明显的优势地位，此时需要更换新鲜的营养液。

本实施方式的沼气生物脱硫的节能方法，其运行设备可以结合图1所示，可见，设备的下端侧边有沼气入口1，底部有排放口4，顶端有沼气出口2；沼气进口1下端形成营养液段；脱硫塔内放置软质聚氨酯泡沫填料13和硬质聚氨酯泡沫填料12，两层填料之间设支架9；软质聚氨酯泡沫填料13下部设透气隔板11，硬质聚氨酯泡沫填料12上方设置营养液喷嘴7，带回流泵16的输送管15的上端穿过头硫塔壁与喷嘴7连接，其下端穿过脱硫塔壁没入下部的营养液中；塔室内有测温探头14；脱硫塔外设保温层8，保温层中设加热管10；营养液喷嘴7和沼气出口2之间设丝网除沫器17；沼气出口2和排放口4上分别设置球阀5；沼气进口管段1上设沼气鼓风机3；

在沼气出口2设置气体监测器，实时监测处理后沼气中硫化氢的浓度；透气隔板11，起均布气体和支撑填料的作用；丝网除沫器17，可避免上升的气流将产生的雾沫带入沼气出口管和用气设备。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中向营养液中投加脱氮硫杆菌和硝化细菌，然后喷洒到填料上，在温度为27℃，pH值为6.7的条件下培养2周，形成生物膜。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中向营养液中投加脱氮硫杆菌和硝化细菌，然后喷洒到填料上，在温度为28℃，pH值为7.3的条件下培养2周，形成生物膜。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中向营养液中投加脱氮硫杆菌和硝化细菌，然后喷洒到填料上，在温度为27.5℃，pH值为7.0的条件下培养2周，形成生物膜。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式沼气生物脱硫的节能方法按以下步骤进行：一、向营养液中投加脱氮硫杆菌和硝化细菌，然后喷洒到填料上，在温度为28℃，pH值为7.0的条件下培养2周，形成生物膜；二、沼气与生物膜接触进行反应，即完成沼气生物脱硫；其中步骤一中脱氮硫杆菌和硝化细菌的体积比为2∶1；步骤一中营养液的每1L由5g的Na₂S₂O₃·5H₂O、1g的K₂HPO₄、1g的KNO₃、1g的NaHCO₃、0.2g的MgSO₄·7H₂O、1g的NH₄Cl、4g的NaNO₂、0.5g的FeSO₄·7H₂O和余量的蒸馏水组成；步骤一中填料采用两层聚氨酯泡沫填料，分别为软质聚氨酯泡沫填料层和硬质聚氨酯泡沫填料层，厚度比为2∶1。

本实施方式沼气中硫化氢的含量为3000mg/L时，脱硫效率可达98.95％。

Claims

1.一种沼气生物脱硫的节能方法，其特征在于沼气生物脱硫的节能方法按以下步骤进行：一、向营养液中投加脱氮硫杆菌和硝化细菌，然后喷洒到填料上，在温度为27～28℃，pH值为6.7～7.3的条件下培养2周，形成生物膜；二、沼气与生物膜接触进行反应，即完成沼气生物脱硫；其中步骤一中脱氮硫杆菌和硝化细菌的体积比为2∶1；步骤一中营养液的每1L由5g的Na₂S₂O₃·5H₂O、1g的K₂HPO₄、1g的KNO₃、1g的NaHCO₃、0.2g的MgSO₄·7H₂O、1g的NH₄Cl、4g的NaNO₂、0.5g的FeSO₄·7H₂O和余量的蒸馏水组成；步骤一中填料采用两层聚氨酯泡沫填料，分别为软质聚氨酯泡沫填料层和硬质聚氨酯泡沫填料层，厚度比为2∶1。

2.根据权利要求1所述的一种沼气生物脱硫的节能方法，其特征在于步骤一中向营养液中投加脱氮硫杆菌和硝化细菌，然后喷洒到填料上，在温度为27.5℃，pH值为7.0的条件下培养2周，形成生物膜。