專利名稱：一體式沼氣生物脫硫裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種一體式沼氣生物脫硫裝置，適用于沼氣脫硫工程。
背景技術：
沼氣是一種可再生能源，在目前能源短缺的情況下日益受到人們的重視。充分利 用沼氣能，可以緩解我國能源緊缺帶來的壓力。沼氣是一種可燃性混合氣體，一般含甲烷、 二氧化碳、以及少量的氨氣、氫氣和一氧化碳等，不同的原料制成的沼氣中往往含有不同含 量的硫化氫(H2S)。H2S是一種劇毒的有害氣體，它對管道、儀表及設備有強烈的腐蝕作用， 泄漏在空氣中將污染大氣，危害人體健康。因此，為了保護人體健康，延長設備使用壽命，必 須采取有效措施進行沼氣脫硫。我國環(huán)保標準嚴格規(guī)定利用沼氣能源時，沼氣氣體中H2S 含量不得超過20mg/m3。沼氣中的H2S質量濃度一般為1 12g/m3，遠遠高于我國環(huán)保標準 的規(guī)定。所以，H2S的脫除成為沼氣使用過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)。沼氣脫硫的方法有化學法、物化法和生物法。常用的物理法和化學法一般可分為 直接脫硫和間接脫硫兩大類。沼氣直接脫硫方法的原理可分為濕式法和干式法兩類。濕法 脫硫是利用特定的溶劑與氣體逆流接觸而脫除其中的H2S,溶劑通過再生后重新進行吸收； 干法脫硫是以O2使H2S氧化成硫或硫氧化物的一種方法，也可稱為干式氧化法。目前，國內 脫硫技術已比較成熟，脫硫方法及脫硫工藝眾多，但總體而言都存在著以下缺點干法脫硫 效率不高，脫硫劑再生困難，硫容相對較低，主要適用于精細脫硫；濕法脫硫處理量大，脫硫 效率高，可連續(xù)操作，但投資運行費用也高，沼氣利用一般用戶難以承受。隨著環(huán)保法規(guī)的 日趨嚴格，開發(fā)高效、低投入、資源化和無二次污染的技術已成為脫硫技術發(fā)展的主流。為 了解決物化法脫硫的一些弊端，尋求更加高效低耗的脫硫技術，生物脫硫法應運而生。生物 脫硫因具有少污染、低能耗和高效率，并可回收單質硫等特點，成為研究的熱點。生物脫硫是利用微生物的代謝作用將沼氣中的硫化氫轉化為單質硫或硫酸鹽。其 反應式分別為2HS>02 — 2S+20F(1)2HS>402 — 2S+2H+(2)目前，生物脫硫已得到了一定的推廣應用，但仍然存在諸多問題亟待解決。正如反 應式(2)所示，在氧過量的情況下硫化物會被氧化為硫酸鹽從而影響脫硫的效率。這是在 脫硫過程中不希望發(fā)生的。如何控制合理的曝氣量，保證生物脫硫安全性(沼氣中若氧氣 含量超過1%，遇明火便會發(fā)生爆炸)的同時使生物脫硫后的終產物控制為硫單質儼然已 成為沼氣生物脫硫技術的關鍵所在。此外，如何保證生物脫硫裝置內脫硫細菌的高效運作 是沼氣生物脫硫技術的難點。而目前這兩方面的缺陷尚未得到有效解決，進而阻礙了沼氣 生物脫硫技術的推廣與應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足，提供一種一體式沼氣生物脫硫裝置。
一體式沼氣生物脫硫裝置包括相連接的單質硫沉淀區(qū)I、沼氣噴淋液再生區(qū)II和 生物填料區(qū)III，單質硫沉淀區(qū)I從下到上依次設有排硫管和倒錐形沉淀室；沼氣噴淋液 再生區(qū)II從下到上依次設有沼氣噴淋液回流管、曝氣管、盤形曝氣器、堿液輸入管、溶解氧 探頭、三相分離器、集氣室、沼氣進氣管和盤形布氣器，回流管上連有回流泵，盤形曝氣器上 設有微孔曝氣頭，盤形布氣器和微孔布氣頭，集氣室上設有管口朝下的導氣管，沼氣噴淋液 再生區(qū)II外壁中部設有環(huán)形環(huán)形液位調節(jié)槽，環(huán)形環(huán)形液位調節(jié)槽上從下到上依次設有 營養(yǎng)液連通管、溢流管和補料管；生物填料區(qū)III從下到上依次設有生物填料層、盤形噴淋 器和沼氣收集管，盤形噴淋器上連接有微孔噴頭，盤型噴淋器通過沼氣噴淋液回流管與回 流泵相連。所述的單質硫沉淀區(qū)I、沼氣噴淋液再生區(qū)II和生物填料區(qū)III的體積比為
1 3 4 1 4 5;環(huán)形環(huán)形液位調節(jié)槽內液體與沼氣噴淋液再生區(qū)II液體的體積 百分比為40% 50%。所述的整個沼氣生物脫硫裝置的高徑比為7 9 1;沼氣噴淋液 再生區(qū)II的高徑比為3 4 1 ；生物填料區(qū)III的高徑比為4 5 1。所述的倒錐形 沉淀室的底角為50 60°。所述的盤形噴淋器距生物填料層的高度為10 20cm ；生物填 料層距沼氣噴淋液再生區(qū)液面高度為40 60cm。所述的環(huán)形環(huán)形液位調節(jié)槽內的溢流管與沼氣噴淋液再生區(qū)II內的液面持平。 所述的回流管距盤形曝氣器的距離為5 IOcm ；三相分離器頂端距沼氣噴淋液再生區(qū)II 液面高度為10 15cm ；三相分離器與管壁的夾角為30 40° ；導氣管出口插入環(huán)形環(huán)形 液位調節(jié)槽液面5 10cm。本發(fā)明與現有技術相比具有的有益效果①脫硫細菌的培養(yǎng)與沼氣脫硫融于一體 式裝置，外結構簡潔，加工工藝簡便，便于以后的推廣和批量生產；②利用沼氣噴淋液再生 區(qū)的生物作用以及生物填料層的生物和化學作用的強化，沼氣脫硫速率快，處理效果好；③ 沼氣噴淋液再生區(qū)三相分離器的設置使空氣進入到集氣室，并通過導氣管排出一體式生物 脫硫裝置外，排除了沼氣和氧氣混和易爆炸的安全隱患，實現了安全的沼氣生物脫硫；④通 過溶解氧探頭控制曝氣量和堿液輸入管維持脫硫細菌生長代謝的合適外部環(huán)境，實現了沼 氣生物脫硫的高效運行；⑤通過環(huán)形液位調節(jié)槽的溢流管調節(jié)沼氣噴淋液再生區(qū)液位，是 沼氣生物脫硫正常進行；⑥脫硫細菌將沼氣中的H2S氧化成單質硫，可回收硫資源。


附圖是一體式沼氣生物脫硫裝置的結構示意圖，圖中排硫管1、倒錐形沉淀室2、 曝氣管3、盤形曝氣器4、微孔曝氣頭5、溢流管6、補料管7、環(huán)形液位調節(jié)槽8、導氣管9、沼 氣進氣管10、微孔布氣頭11、盤形布氣器12、生物填料層13、微孔噴頭14、盤形噴淋器15、 沼氣收集管16、三相分離器17、集氣室18、回流泵19、營養(yǎng)液連通管20、溶解氧探頭21、堿 液輸入管22和沼氣噴淋液回流管23。
具體實施例方式如附圖所示，一體式沼氣生物脫硫裝置包括相連接的單質硫沉淀區(qū)I、沼氣噴淋液 再生區(qū)II和生物填料區(qū)III，單質硫沉淀區(qū)I從下到上依次設有排硫管1和倒錐形沉淀室
2；沼氣噴淋液再生區(qū)II從下到上依次設有沼氣噴淋液回流管23、曝氣管3、盤形曝氣器4、 堿液輸入管22、溶解氧探頭21、三相分離器17、集氣室18、沼氣進氣管10和盤形布氣器12，回流管23上連有回流泵19，盤形曝氣器4上設有微孔曝氣頭5，盤形布氣器12和微孔布氣 頭11，集氣室18上設有管口朝下的導氣管9，沼氣噴淋液再生區(qū)II外壁中部設有環(huán)形環(huán)形 液位調節(jié)槽8，環(huán)形環(huán)形液位調節(jié)槽8上從下到上依次設有營養(yǎng)液連通管20、溢流管6和 補料管7 ；生物填料區(qū)III從下到上依次設有生物填料層13、盤形噴淋器15和沼氣收集管 16，盤形噴淋器15上連接有微孔噴頭14，盤型噴淋器15通過沼氣噴淋液回流管23與回流 泵19相連。所述的單質硫沉淀區(qū)I、沼氣噴淋液再生區(qū)II和生物填料區(qū)III的體積比為 1 3 4 1 4 5 ；環(huán)形環(huán)形液位調節(jié)槽8內液體與沼氣噴淋液再生區(qū)II液體的體 積百分比為40% 50%。所述的整個沼氣生物脫硫裝置的高徑比為7 9 1;沼氣噴淋 液再生區(qū)II的高徑比為3 4 1 ；生物填料區(qū)III的高徑比為4 5 1。所述的倒錐 形沉淀室2的底角為50 60°。所述的盤形噴淋器15距生物填料層13的高度為10 20cm ；生物填料層13距沼氣噴淋液再生區(qū)液面高度為40 60cm。所述的環(huán)形環(huán)形液位調 節(jié)槽8內的溢流管6與沼氣噴淋液再生區(qū)II內的液面持平。所述的回流管23距盤形曝 氣器4的距離為5 IOcm ；三相分離器17頂端距沼氣噴淋液再生區(qū)II液面高度為10 15cm ；三相分離器17與管壁的夾角為30 40° ；導氣管9出口插入環(huán)形環(huán)形液位調節(jié)槽 8液面5 IOcm0本發(fā)明三個系統(tǒng)工作過程如下(1)沼氣噴淋液再生系統(tǒng)。主要包括曝氣管3、盤形曝氣器4、微孔曝氣頭5、導氣 管9、沼氣進氣管10、微孔布氣頭11、盤形布氣器12、三相分離器17、集氣室18、回流泵19、 溶解氧探頭21、堿液輸入管22和回流管23。沼氣從沼氣進氣管10進入到生物脫硫裝置， 氧氣則從曝氣管3進入到沼氣噴淋液再生區(qū)，盤形布氣器12和盤形曝氣器4分別實現了沼 氣和氧氣在生物脫硫裝置內的均勻分布。沼氣進氣管10上向下設置的微孔布氣頭11有效 防止了向下跌落的液滴和硫單質堵塞微孔布氣頭11。通過溶解氧探頭21調節(jié)裝置內的曝 氣量，并利用堿液輸入管22提供適合脫硫細菌生長代謝的外部環(huán)境，強化沼氣的生物脫硫 過程，使沼氣中的硫化氫與氧氣在脫硫細菌的作用下轉化為硫單質。沼氣噴淋液再生系統(tǒng) 中過剩的氧氣不斷向上擴散，遇到三相分離器17的阻擋后，這部分空氣便進入到了集氣室 18，通過導氣管9排放到生物脫硫裝置外部的環(huán)形液位調節(jié)槽8內，防止了氧氣進一步向上 擴散與沼氣的混合，排除了沼氣與氧氣混合遇明火爆炸的安全隱患?；亓鞴?3和回流泵19 實現了沼氣噴流液的再生，使噴淋液重新回到裝置頂部進行對沼氣中硫化氫氣體的噴淋。(2)生物填料系統(tǒng)。主要包括生物填料層13、微孔噴頭14、盤形噴淋器15和沼氣 收集管16。生物填料層13內填充了軟性填料，形成一個立體的網狀結構，供微生物生長。 通過盤形噴淋器15使噴淋液從脫硫裝置頂部均勻的向下噴淋，使大量的硫化氫氣體溶于 噴淋液中，由于噴淋液中含有較多的脫硫細菌，軟性填料表面能夠生長一定量的脫硫細菌， 這些脫硫細菌與不斷上升的沼氣逆向接觸，使沼氣中的硫化氫氣體得以進一步去除。未被 去除部分含硫化氫的液體滴落至沼氣噴淋液再生系統(tǒng)中進入下一循環(huán)的生物脫硫過程。通 過監(jiān)測沼氣收集管16中硫化氫含量可監(jiān)測裝置脫硫效率，保證了沼氣中硫化氫含量小于 20mg/m3，達到沼氣回收利用的標準。(3)營養(yǎng)液補給和外排系統(tǒng)。主要包括營養(yǎng)液溢流管6、補料管7、環(huán)形液位調節(jié)槽 8、導氣管9和營養(yǎng)液連通管20。通過補料管7使營養(yǎng)液進入到環(huán)形液位調節(jié)槽8，利用營 養(yǎng)液連通管20最后進入到沼氣噴淋液再生區(qū)，可為脫硫細菌的生長提供新鮮的營養(yǎng)物質。通過溢流管6還可調節(jié)沼氣噴淋液再生區(qū)內的液位高度，有效防止了因液位過高使液體從 導氣管9流出生物脫硫裝置外，也有效防止了因液位過低使三相分離器失去應有的作用， 允許大量空氣進入到生物填料區(qū)，帶來安全隱患。通過將導氣管7插入到環(huán)形液位調節(jié)槽 8的營養(yǎng)液內，使過量氧氣從生物脫硫裝置排除外，同時可使營養(yǎng)液內吸收一定的氧氣并防 止了外界空氣進入到生物脫硫裝置內。 (4)單質硫收集排放系統(tǒng)。主要包括排硫管1和倒錐形沉淀室2。含硫污泥密度 較一般污泥大，在重力作用下，含硫污泥逐漸沉淀至倒錐形沉淀室2，通過排硫管1排出生 物脫硫裝置，達到回收單質硫的目的。
權利要求
一體式沼氣生物脫硫裝置，其特征在于包括相連接的單質硫沉淀區(qū)I、沼氣噴淋液再生區(qū)II和生物填料區(qū)III，單質硫沉淀區(qū)I從下到上依次設有排硫管(1)和倒錐形沉淀室(2)；沼氣噴淋液再生區(qū)II從下到上依次設有沼氣噴淋液回流管(23)、曝氣管(3)、盤形曝氣器(4)、堿液輸入管(22)、溶解氧探頭(21)、三相分離器(17)、集氣室(18)、沼氣進氣管(10)和盤形布氣器(12)，回流管(23)上連有回流泵(19)，盤形曝氣器(4)上設有微孔曝氣頭(5)，盤形布氣器(12)和微孔布氣頭(11)，集氣室(18)上設有管口朝下的導氣管(9)，沼氣噴淋液再生區(qū)II外壁中部設有環(huán)形環(huán)形液位調節(jié)槽(8)，環(huán)形環(huán)形液位調節(jié)槽(8)上從下到上依次設有營養(yǎng)液連通管(20)、溢流管(6)和補料管(7)；生物填料區(qū)III從下到上依次設有生物填料層(13)、盤形噴淋器(15)和沼氣收集管(16)，盤形噴淋器(15)上連接有微孔噴頭(14)，盤型噴淋器(15)通過沼氣噴淋液回流管(23)與回流泵(19)相連。
2.根據權利要求1所述的一種一體式沼氣生物脫硫裝置，其特征在于所述的單質硫 沉淀區(qū)I、沼氣噴淋液再生區(qū)II和生物填料區(qū)III的體積比為1 3 4 1 4 5;環(huán) 形環(huán)形液位調節(jié)槽(8)內液體與沼氣噴淋液再生區(qū)II液體的體積百分比為40% 50%。
3.根據權利要求1所述的一種一體式沼氣生物脫硫裝置，其特征在于所述的整個沼 氣生物脫硫裝置的高徑比為7 9 1 ；沼氣噴淋液再生區(qū)II的高徑比為3 4 1;生物 填料區(qū)III的高徑比為4 5 1。
4.根據權利要求1所述的一種一體式沼氣生物脫硫裝置，其特征在于所述的倒錐形 沉淀室⑵的底角為50 60°。
5.根據權利要求1所述的一種一體式沼氣生物脫硫裝置，其特征在于所述的盤形噴 淋器(15)距生物填料層(13)的高度為10 20cm ；生物填料層(13)距沼氣噴淋液再生區(qū) 液面高度為40 60cm。
6.根據權利要求1所述的一種一體式沼氣生物脫硫裝置，其特征在于所述的環(huán)形環(huán) 形液位調節(jié)槽(8)內的溢流管(6)與沼氣噴淋液再生區(qū)II內的液面持平。
7.根據權利要求1所述的一種一體式沼氣生物脫硫裝置，其特征在于所述的回流管 (23)距盤形曝氣器(4)的距離為5 IOcm ；三相分離器(17)頂端距沼氣噴淋液再生區(qū)II 液面高度為10 15cm ；三相分離器(17)與管壁的夾角為30 40° ；導氣管(9)出口插入 環(huán)形環(huán)形液位調節(jié)槽(8)液面5 10cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一體式沼氣生物脫硫裝置。它包括單質硫沉淀區(qū)I、沼氣噴淋液再生區(qū)II和生物填料區(qū)III。單質硫沉淀區(qū)設有倒錐形沉淀室和排硫管；沼氣噴淋液再生區(qū)設有盤形曝氣器、溶解氧探頭、三相分離器、集氣室、導氣管、環(huán)形液位調節(jié)槽、沼氣進氣管和盤形布氣器；生物填料區(qū)設有生物填料層、盤形噴淋器和沼氣回收管。本裝置的優(yōu)點有①脫硫細菌的培養(yǎng)與沼氣脫硫融于一體式裝置，結構簡潔，加工簡便，便于推廣與應用；②沼氣噴淋液再生區(qū)三相分離器的設置排除了沼氣和氧氣混和易爆炸的安全隱患，實現安全的沼氣生物脫硫；③通過溶解氧探頭控制曝氣量和利用環(huán)形液位調節(jié)槽補給營養(yǎng)液強化脫硫細菌的生長代謝，實現高效的沼氣生物脫硫，并可回收硫單質。
文檔編號C10L3/10GK101948704SQ201010251399
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權日2010年8月10日
發(fā)明者葉天強, 沈李東, 胡寶蘭, 蔡琛, 鄭平, 陸慧峰, 陳小光 申請人:浙江大學