CN102010768A - 沼气厌氧生物脱硫设备及方法 - Google Patents
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Abstract
沼气厌氧生物脱硫设备及方法,它涉及一种沼气生物脱硫设备及方法。本发明解决了光能自养型微生物脱硫过程中生成硫的微颗粒后,透光率降低,影响脱硫效率的问题。脱硫设备的反应柱为有机玻璃反应柱或无机玻璃反应柱,沼气进入管上安装有加湿器,出液管与气液分离器连通,透气隔板安装在反应柱内,填料放置在透气隔板上,补光灯设置在反应柱的外部。沼气经加湿器加湿雾化以后进入反应柱中,形成下降流并流经填料,光能自养型细菌利用CO2合成细胞物质,同时将S2-转化为单质硫并释放在细胞外部,单质硫从填料上分离下来后排出,脱除CO2和H2S的沼气液自出液管流出,经气液分离器分离。本发明尤其适合小型沼气处理工程和作为家庭脱硫处理中。
Description
技术领域
本发明涉及一种沼气生物脱硫设备及方法,具体涉及一种沼气厌氧生物脱硫设备及方法。
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(SOX)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。失活的脱硫剂若不妥善处置易造成二次污染。
生物脱硫是替代化学脱硫的一种新技术,它能够在很多方面克服化学脱硫的不足。在生物脱硫过程中,涉及两大类微生物,即光能自养型微生物和化能自养型微生物。
近几年,国内外对于利用化能自养型微生物脱硫的研究比较多,最成熟的代表菌是T.f菌(氧化亚铁硫杆菌)。荷兰、德国、日本、美国等国在这方面取得了一些成功,也有几个生物脱硫专利。有:(1)荷兰Paques公司开发的“气体脱硫方法”与“生物脱出硫化物的方法”可将气流中的硫化氢转化为元素硫并分离出去,从而脱硫;(2)日本的KATO REIHO等发明的“沼气生物脱硫***”通过硝化液与沼气逆向接触,吸收、氧化沼气中的硫化氢;(3)日本的Suzuki Tsuneo等开发的“脱硫方法与脱硫设置”将沼液导入生物脱硫塔内,并放入载体固定硫细菌从而去除沼气中的硫化氢;(4)Ike Take开发的“生物脱硫装置”将好氧曝气污泥喷入脱硫塔内与含硫气体逆向接触脱硫,脱硫污泥回流入曝气池中进行再生活化;(5)青岛建工学院发明的“生物氧化催化脱硫装置”利用生物填料装置脱硫,含硫液体进入另外的再生活化装置中曝气活化。
在光能自养型微生物技术去除沼气中的硫化氢方面,光能自养型细菌是一种较为理想的微生物,因为它能利用无机碳源,同时这种微生物的脱硫效率高,并且代谢产物单质硫释放在细胞外部,比较容易分离。
光能自养型细菌能够将硫化物氧化为单质硫,其生长只对光、C02和无机营养物有要求,并且要保持严格的厌氧环境。光能自养型细菌不能移动.并且在胞外沉积单质硫。光能自养型细菌将C02还原为碳水化合物、并将S2-氧化为S0的总光化学反应如式
光能自养型细菌表现吸光性的活体光吸收频谱范围在350和850mm之间,并在760mm时出现峰值。
但是,由于在反应过程中生成硫的微颗粒后,透光率将大大降低,从而影响脱硫效率等原因使得目前世界上关于光能自养型微生物处理硫化氢的装置的研制几乎处于空白,业内人士也普遍认为控制光照强度和解决单质硫的分离问题是其脱硫的关键。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的光能自养型微生物脱硫过程中生成硫的微颗粒后,透光率降低,从而影响脱硫效率的问题,进而提供一种沼气厌氧生物脱硫设备及方法。
本发明的技术方案是:沼气厌氧生物脱硫设备包括补光灯、反应柱、沼气进入管、排泥管、出液管、气液分离器、沼气流出管和排液管;沼气厌氧生物脱硫设备还包括附着有光能自养型细菌的填料、透气隔板和加湿器,所述反应柱为有机玻璃反应柱或无机玻璃反应柱,反应柱的顶端开有沼气进口,沼气进入管安装在沼气进口处,所述沼气进入管上安装有加湿器,反应柱的下部开有排泥口,排泥管的一端穿过排泥口置于反应柱内,且延伸到反应柱的底,排泥管的另一端置于反应柱的外部,所述反应柱的下部为液体段,所述反应柱的下部开有出液口,出液管的一端安装在出液口处,出液管的另一端与气液分离器连通,气液分离器的上端连接有沼气流出管,气液分离器的下端连接有排液管,所述透气隔板安装在反应柱内,且位于出液管的上方,反应柱内设有附着有光能自养型细菌的填料,附着有光能自养型细菌的填料放置在透气隔板上,所述补光灯设置在反应柱的外部,补光灯与反应柱之间的距离为50mm-60mm。
本发明的技术方案是:沼气厌氧生物脱硫方法的具体过程为:沼气经加湿器加湿雾化以后从沼气进入管进入反应柱中,形成下降流并流经附着有光能自养型细菌的填料,光能自养型细菌利用CO2合成细胞物质,同时将S2-转化为单质硫并释放在细胞外部,在下降流的作用下,单质硫从附着有光能自养型细菌的填料上分离下来,并逐渐沉降到反应柱的底部,经排泥管排出反应柱外,已经实现脱除CO2和H2S的沼气液流至反应柱的底部,自出液管流出,经气液分离器分离,处理后的沼气自沼气流出管排出,反应柱运行过程中,补光灯为光能自养型细菌生长提供光源。
本发明与现有技术相比具有以下效果:1.装置简单、小巧,自动排泥,易于搬运,尤其适合小型沼气处理工程和作为家庭脱硫设备。2.采用光能自养型细菌脱除硫化氢,***流程简单,无二次污染,沼气中硫化氢几乎全部转变为硫单质,无副产物,可回收单质硫。3.形成下降流,解决了光能自养型细菌应用于脱硫中硫单质聚集影响透光率的难题。4.处理效果好,当沼气中硫化氢的含量为300-1500mg/L时,脱硫效率可达90%以上。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图,图2是透气隔板10的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1-2说明本实施方式,本实施方式的沼气厌氧生物脱硫设备包括补光灯1、反应柱2、沼气进入管4、排泥管5、出液管6、气液分离器7、沼气流出管8和排液管9;沼气厌氧生物脱硫设备还包括附着有光能自养型细菌的填料3、透气隔板10和加湿器11,所述反应柱2为有机玻璃反应柱或无机玻璃反应柱,反应柱2的顶端开有沼气进口2-1,沼气进入管4安装在沼气进口2-1处,所述沼气进入管4上安装有加湿器11,反应柱2的下部开有排泥口2-2,排泥管5的一端穿过排泥口2-2置于反应柱2内,且延伸到反应柱2的底,排泥管5的另一端置于反应柱2的外部,所述反应柱2的下部为液体段,所述反应柱2的下部开有出液口2-3,出液管6的一端安装在出液口2-3处,出液管6的另一端与气液分离器7连通,气液分离器7的上端连接有沼气流出管8,气液分离器7的下端连接有排液管9,所述透气隔板10安装在反应柱2内,且位于出液管6的上方,反应柱2内设有附着有光能自养型细菌的填料3,附着有光能自养型细菌的填料3放置在透气隔板10上,所述补光灯1设置在反应柱2的外部,补光灯1与反应柱2之间的距离为50mm-60mm。
本实施方式中的透气隔板10为带有布水孔的板。
本实施方式中的反应柱2采用有机玻璃反应柱,具有安全、坚固、质轻、透光的优点。
本实施方式中采用在沼气进入管4设置加湿器11,水经加湿器11雾化后和沼气一起进入并形成下降流,更容易使生成的单质硫沉淀下来进行分离。
本实施方式中的补光灯1,有效地提高了光照效率,为微生物生长创造了适宜的条件。
本实施方式中在出液管6上设置气液分离器7,使处理后的沼气和液体分离。
本实施方式中在反应柱2的下部设置排泥管5,利用反应柱2中液体段的静水压力使微生物产生的硫颗粒排出***。
本实施方式的沼气厌氧生物脱硫设备在实际应用可以独立工作,也可以多个联合并联工作。
本实施方式中采用光能自养型细菌处理沼气中的硫化氢。
具体实施方式二:结合图1说明本实施方式,本实施方式的反应柱2的直径为80-100mm,反应柱2高为1000mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1说明本实施方式,本实施方式的附着有光能自养型细菌的填料3为附着有光能自养型细菌的聚乙烯填料。如此设置,消除了或明显减轻了硫单质积累问题。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式的光能自养型细菌为绿色硫细菌。绿色硫细菌是一种严格厌氧的光能自养型微生物。***不需要添加营养物质,在光照和无机营养物质存在的情况下,绿色硫细菌可以利用CO2合成细胞物质,同时将S2-转化为单质硫并释放在细胞外部,这些特点使光能自养型细菌非常适合生物脱硫,同时达到去除沼气中CO2的目的。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五:结合图1说明本实施方式,本实施方式的补光灯1与反应柱2相互平行。如此设置,更有效地提高了光照效率,为微生物生长创造了更适宜的条件。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六:结合图1说明本实施方式,本实施方式的沼气厌氧生物脱硫方法的具体过程为:沼气经加湿器11加湿雾化以后从沼气进入管4进入反应柱2中,形成下降流并流经附着有光能自养型细菌的填料3,光能自养型细菌利用CO2合成细胞物质,同时将S2-转化为单质硫并释放在细胞外部,在下降流的作用下,单质硫从附着有光能自养型细菌的填料3上分离下来,并逐渐沉降到反应柱2的底部,经排泥管5排出反应柱2外,已经实现脱除CO2和H2S的沼气液流至反应柱2的底部,自出液管6流出,经气液分离器7分离,处理后的沼气自沼气流出管8排出,反应柱2运行过程中,补光灯1为光能自养型细菌生长提供光源。本实施方式中采用的脱硫装置为具体实施方式一、二、三、四或五中所述的沼气厌氧生物脱硫设备。
Claims (6)
1.一种沼气厌氧生物脱硫设备,它包括补光灯(1)、反应柱(2)、沼气进入管(4)、排泥管(5)、出液管(6)、气液分离器(7)、沼气流出管(8)和排液管(9);其特征在于:沼气厌氧生物脱硫设备还包括附着有光能自养型细菌的填料(3)、透气隔板(10)和加湿器(11),所述反应柱(2)为有机玻璃反应柱或无机玻璃反应柱,反应柱(2)的顶端开有沼气进口(2-1),沼气进入管(4)安装在沼气进口(2-1)处,所述沼气进入管(4)上安装有加湿器(11),反应柱(2)的下部开有排泥(2-2),排泥管(5)的一端穿过排泥(2-2)置于反应柱(2)内,且延伸到反应柱(2)的底,排泥管(5)的另一端置于反应柱(2)的外部,所述反应柱(2)的下部为液体段,所述反应柱(2)的下部开有出液(2-3),出液管(6)的一端安装在出液(2-3)处,出液管(6)的另一端与气液分离器(7)连通,气液分离器(7)的上端连接有沼气流出管(8),气液分离器(7)的下端连接有排液管(9),所述透气隔板(10)安装在反应柱(2)内,且位于出液管(6)的上方,反应柱(2)内设有附着有光能自养型细菌的填料(3),附着有光能自养型细菌的填料(3)放置在透气隔板(10)上,所述补光灯(1)设置在反应柱(2)的外部,补光灯(1)与反应柱(2)之间的距离为50mm-60mm。
2.根据权利要求1所述的沼气厌氧生物脱硫设备,其特征在于:反应柱(2)的直径为80-100mm,反应柱(2)高为1000mm。
3.根据权利要求1或2所述的沼气厌氧生物脱硫设备,其特征在于:附着有光能自养型细菌的填料(3)为附着有光能自养型细菌的聚乙烯填料。
4.根据权利要求3所述的沼气厌氧生物脱硫设备,其特征在于:光能自养型细菌为绿色硫细菌。
5.根据权利要求1、2或4所述的沼气厌氧生物脱硫设备,其特征在于:补光灯(1)与反应柱(2)相互平行设置。
6.利用权利要求1所述的沼气厌氧生物脱硫设备进行脱硫的方法,其特征在于:沼气厌氧生物脱硫方法的具体过程为:沼气经加湿器(11)加湿雾化以后从沼气进入管(4)进入反应柱(2)中,形成下降流并流经附着有光能自养型细菌的填料(3),光能自养型细菌利用CO2合成细胞物质,同时将S2-转化为单质硫并释放在细胞外部,在下降流的作用下,单质硫从附着有光能自养型细菌的填料(3)上分离下来,并逐渐沉降到反应柱(2)的底部,经排泥管(5)排出反应柱(2)外,已经实现脱除CO2和H2S的沼气液流至反应柱(2)的底部,自出液管(6)流出,经气液分离器(7)分离,处理后的沼气自沼气流出管(8)排出,反应柱(2)运行过程中,补光灯(1)为光能自养型细菌生长提供光源。
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