專利名稱：一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置。
背景技術(shù)：
沼氣是一種可燃性混合氣體，含有CH4 60%-70%，CO2 25%_40%以及少量的H2S、NH3、仏和⑶等。沼氣中的H2S含量一般為1-llg/m3。H2S是一種劇毒的有害氣體，在空氣中或在潮濕的條件下，對(duì)管道、燃燒器以及其它金屬設(shè)備、儀器儀表等有強(qiáng)烈的腐蝕作用。H2S燃燒生成SO2，可直接影響人類身體健康；S02遇水生成硫酸，則有強(qiáng)烈的腐蝕作用。因此在沼氣使用前，必須脫除沼氣中的H2S。我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用作能源時(shí)，沼氣中H2S含量不得超過(guò)20mg/m3。由于沼氣中H2S濃度一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，因此H2S的脫除成為沼氣使用過(guò)程中必不可少的預(yù)處理環(huán)節(jié)。現(xiàn)有的沼氣脫硫方法主要有化學(xué)法、物化法和生物法等。目前，我國(guó)沼氣工程上普遍采用干法氧化鐵脫硫。在常溫下將沼氣通過(guò)脫硫劑床層，使沼氣中的H2S與活性氧化鐵接觸，生成Fe2S3,然后讓含有H2S的脫硫劑與空氣接觸，存在水時(shí)，F(xiàn)e2S3轉(zhuǎn)化成氧化鐵和單質(zhì)硫。雖然干法氧化鐵脫硫技術(shù)比較成熟，但還處在如下幾點(diǎn)缺點(diǎn):運(yùn)行成本較高，操作運(yùn)行繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，硫容較低，廢棄的脫硫劑還會(huì)產(chǎn)生二次污染等。生物脫硫既經(jīng)濟(jì)，又無(wú)污染，是干法脫硫的理想替代技術(shù)。所謂生物脫硫，就是利用微生物的代謝作用將沼氣中的硫化氫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸鹽，其反應(yīng)方程式為:2HS- + O2 — 2S + 20F(I)2HS- + 402 — 2S042- + 2H+ (2)根據(jù)操作方式，可分為厭氧罐內(nèi)生物脫硫和厭氧罐外生物脫硫。在前一生物脫硫工藝中，生物脫硫過(guò)程被放在厭氧發(fā)酵罐內(nèi)完成，厭氧發(fā)酵罐兼有生產(chǎn)沼氣和脫除H2S雙重功能。但由于H2S對(duì)發(fā)酵罐的氣室有腐蝕作用，再加上罐內(nèi)生成的單質(zhì)硫難以清除，該工藝未被普遍應(yīng)用。在厭氧罐外生物脫硫工藝中，生物脫硫過(guò)程被單獨(dú)放在生物脫硫塔內(nèi)進(jìn)行。其優(yōu)點(diǎn)有:不需要化學(xué)催化劑，沒(méi)有二次污染，耗能少，處理成本低等。目前，生物脫硫已得到了一定的推廣應(yīng)用，在德國(guó)等歐洲國(guó)家，沼氣生物脫硫塔已廣泛應(yīng)用于沼氣發(fā)酵工程上，但仍然存在許多問(wèn)題亟待解決。單一的生物脫硫工藝通常脫硫塔體積較大，占地較多，硫化氫去除率低，工藝運(yùn)行不穩(wěn)定等不足。此外，在脫硫塔氧過(guò)量的情況下硫化物會(huì)被直接氧化為硫酸鹽，影響脫硫塔內(nèi)堿液再生，從而影響硫化氫吸收效率，最終導(dǎo)致脫硫效率低下。針對(duì)目前沼氣生物脫硫存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置，可實(shí)現(xiàn)沼氣高效脫硫，同時(shí)控制沼氣脫硫成本。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置。分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置包括化學(xué)吸收層、生物脫硫?qū)雍蛪A液循環(huán)系統(tǒng)；化學(xué)吸收層從上至下依次設(shè)有沼氣出氣管、噴淋頭、填料層、沼氣進(jìn)氣管、沼氣進(jìn)氣泵和沼氣布?xì)獗P，其中沼氣進(jìn)氣泵通過(guò)沼氣進(jìn)氣管與沼氣布?xì)獗P相連；生物脫硫?qū)影ǜ綦x板、沉淀池、生物曝氣池、空氣曝氣盤、空氣進(jìn)氣泵、空氣進(jìn)氣管、排泥排硫管、空氣出氣口、沉淀池溢流口、溶解氧探頭，生物曝氣池上部設(shè)有隔離板、空氣出氣口，生物曝氣池中部外設(shè)有沉淀池，沉淀池上端設(shè)有沉淀池溢流口，生物曝氣池下部側(cè)壁設(shè)有空氣進(jìn)氣管和溶解氧探頭，生物曝氣池內(nèi)下部設(shè)有空氣曝氣盤，空氣進(jìn)氣管一端與空氣曝氣盤相連，空氣進(jìn)氣管另一端與空氣進(jìn)氣泵相連，生物曝氣池底部設(shè)有排泥排硫管；堿液循環(huán)系統(tǒng)包括溢流管、堿液循環(huán)管、堿液循環(huán)泵、pH探頭、補(bǔ)料泵、補(bǔ)料管、儲(chǔ)液槽溢流口、儲(chǔ)液槽，儲(chǔ)液槽內(nèi)設(shè)有pH探頭，儲(chǔ)液槽上端設(shè)有儲(chǔ)液槽溢流口，沉淀池溢流口通過(guò)溢流管與儲(chǔ)液槽相連，噴淋頭通過(guò)堿液循環(huán)管和堿液循環(huán)泵與儲(chǔ)液槽相連，補(bǔ)料泵通過(guò)補(bǔ)料管與儲(chǔ)液槽相連。所述的填料層和生物曝氣池為圓柱形，填料層高徑比為4 5:1，曝氣池高徑比為1.5 2:1，填料層和生物曝氣池直徑比為0.3 0.4:1。所述的填料層與生物曝氣池之間用圓錐形側(cè)壁連接，圓錐的側(cè)邊母線與軸線夾角為4(Γ50°。所述的沉淀池為環(huán)形，其內(nèi)徑為生物曝氣池的直徑，外徑與內(nèi)徑比為1.2 1.3:1，高度與內(nèi)徑比為0.8 0.9:1。所述的填料層與生物曝氣池有效體積比為0.15 0.2:1，沉淀池與生物曝氣池有效體積比為
0.3 0.4:1，儲(chǔ)液槽與生物曝氣池有效體積比為0.1 0.15:1。所述的隔離板由上、下兩部分組成，隔離板上部分為上、下開口的倒圓錐形，圓錐側(cè)面母線與軸線的夾角為4(Γ50°，圓錐上口直徑與下口 直徑比為5 6:1，隔離板下部分為圓錐形，圓錐頂角為85、5°，圓錐的底面直徑與隔離板上部分的下口直徑比為1.8 2:1。所述的沼氣布?xì)獗P與填料層底部之間的距離為l(Tl5cm，空氣曝氣盤與生物曝氣池底部之間的距離為15 20cm。本實(shí)用新型具有的有益效果:1)化學(xué)吸收和生物脫硫技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可以發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，既可以實(shí)現(xiàn)高效脫硫，滿足沼氣使用要求，又可以控制脫硫成本，使該技術(shù)易于推廣；2)化學(xué)吸收層、 生物曝氣池和沉淀池巧妙地整合為一體，設(shè)計(jì)緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，用地節(jié)約，操作方便，便于商業(yè)化；3)生物曝氣池內(nèi)設(shè)有溶解氧探頭，可通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣量來(lái)控制生物曝氣池內(nèi)的溶解氧，一方面可以減少生物脫硫過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)物，避免二次污染，另一方面可以減少堿液損耗，降低運(yùn)行成本；4)化學(xué)吸收層和生物脫硫?qū)佑酶綦x板隔開，生物曝氣池內(nèi)的氧氣不會(huì)與沼氣直接接觸，可避免沼氣和氧氣直接接觸引起的安全隱患，滿足沼氣脫硫的安全性要求；5)生物曝氣池與噴淋液儲(chǔ)液槽之間設(shè)有沉淀池，既可以減少生物曝氣池內(nèi)生物量流失，又可以保護(hù)噴淋頭和填料層不被微生物堵上。

附圖是分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中:沼氣出氣管1、噴淋頭2、填料層3、沼氣進(jìn)氣管4、沼氣進(jìn)氣泵5、沼氣布?xì)獗P6、隔離板7、沉淀池8、生物曝氣池9、空氣曝氣盤10、空氣進(jìn)氣泵11、空氣進(jìn)氣管12、排泥排硫管13、空氣出氣口 14、沉淀池溢流口 15、溶解氧探頭16、溢流管17、堿液循環(huán)管18、堿液循環(huán)泵19、pH探頭20、補(bǔ)料泵21、補(bǔ)料管22、儲(chǔ)液槽溢流口 23、儲(chǔ)液槽24。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置包括化學(xué)吸收層、生物脫硫?qū)雍蛪A液循環(huán)系統(tǒng)；化學(xué)吸收層從上至下依次設(shè)有沼氣出氣管1、噴淋頭2、填料層3、沼氣進(jìn)氣管4、沼氣進(jìn)氣泵5和沼氣布?xì)獗P6，其中沼氣進(jìn)氣泵5通過(guò)沼氣進(jìn)氣管4與沼氣布?xì)獗P6相連；生物脫硫?qū)影ǜ綦x板7、沉淀池8、生物曝氣池9、空氣曝氣盤10、空氣進(jìn)氣泵11、空氣進(jìn)氣管12、排泥排硫管13、空氣出氣口 14、沉淀池溢流口 15、溶解氧探頭16，生物曝氣池9上部設(shè)有隔離板7、空氣出氣口 14，生物曝氣池9中部外設(shè)有沉淀池8，沉淀池8上端設(shè)有沉淀池溢流口 15，生物曝氣池9下部側(cè)壁設(shè)有空氣進(jìn)氣管12和溶解氧探頭16，生物曝氣池9內(nèi)下部設(shè)有空氣曝氣盤10，空氣進(jìn)氣管12 —端與空氣曝氣盤10相連，空氣進(jìn)氣管12另一端與空氣進(jìn)氣泵11相連，生物曝氣池9底部設(shè)有排泥排硫管13 ;堿液循環(huán)系統(tǒng)包括溢流管17、堿液循環(huán)管18、堿液循環(huán)泵19、pH探頭20、補(bǔ)料泵21、補(bǔ)料管22、儲(chǔ)液槽溢流口 23、儲(chǔ)液槽24，儲(chǔ)液槽24內(nèi)設(shè)有pH探頭20，儲(chǔ)液槽24上端設(shè)有儲(chǔ)液槽溢流口 23，沉淀池溢流口 15通過(guò)溢流管17與儲(chǔ)液槽24相連，噴淋頭2通過(guò)堿液循環(huán)管18和堿液循環(huán)泵19與儲(chǔ)液槽24相連，補(bǔ)料泵21通過(guò)補(bǔ)料管22與儲(chǔ)液槽24相連。所述的填料層3和生物曝氣池9為圓柱形，填料層3高徑比為4 5:1，曝氣池9高徑比為1.5 2:1，填料層3和生物曝氣池9直徑比為0.3 0.4:1。所述的填料層3與生物曝氣池9之間用圓錐形側(cè)壁連接，圓錐的側(cè)邊母線與軸線夾角為4(Γ50°。所述的沉淀池8為環(huán)形，其內(nèi)徑為生物曝氣池9的直徑，外徑與內(nèi)徑比為1.2 1.3:1，高度與內(nèi)徑比為
0.8 0.9:1。所述的填料層3與生物曝氣池9有效體積比為0.15 0.2:1，沉淀池8與生物曝氣池9有效體積比為0.3 0.4:1，儲(chǔ)液槽20與生物曝氣池9有效體積比為0.1
0.15:1。所述的隔離板7由上、下兩部分組成，隔離板7上部分為上、下開口的倒圓錐形，圓錐側(cè)面母線與軸線的夾角為4(Γ50°，圓錐上口直徑與下口直徑比為5 6:1，隔離板7下部分為圓錐形，圓錐頂角為85、5°，圓錐的底面直徑與隔離板7上部分的下口直徑比為
1.8 2:1。所述的沼氣布?xì)獗P6與填料層3底部之間的距離為l(Tl5Cm，空氣曝氣盤10與生物曝氣池9底部之間的距離為15 20cm。分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置的工作過(guò)程如下:在沼氣進(jìn)氣泵5的驅(qū)動(dòng)下，沼氣通過(guò)沼氣進(jìn)氣管4和沼氣布?xì)獗P6進(jìn)入填料層3的底部，在壓力作用下，從下往上通過(guò)填料層3，在此過(guò)程中，沼氣中的硫化氫被從填料層3頂部落下來(lái)的堿液吸收去除，凈化后的沼氣從沼氣出氣管I離開本裝置。在重力作用下，吸收有硫化氫的堿液落至隔離板7上，經(jīng)過(guò)隔離板7中間的縫隙流至生物曝氣池9內(nèi)，在脫硫微生物的作用下，硫化物被氧化為硫單質(zhì)，從排泥排硫管13離開本裝置，同時(shí)堿液被再生；再生后的堿液通過(guò)沉淀池8沉淀下微生物后通過(guò)沉淀池溢流口 15和溢流管17流至儲(chǔ)液槽20內(nèi)，在堿液循環(huán)泵19的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)堿液循環(huán)管18和噴淋頭2被送至填料層3的頂部。在空氣進(jìn)氣泵11的驅(qū)動(dòng)下，空氣通過(guò)空氣進(jìn)氣管12和空 氣曝氣盤10進(jìn)入生物曝氣池9的底部，在浮力作用下，空氣自下而上穿過(guò)生物曝氣池9進(jìn)入生物曝氣池的頂部，最后通過(guò)空氣出氣口 14離開本裝置。在補(bǔ)料泵21的驅(qū)動(dòng)下，溶有微生物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的堿液通過(guò)補(bǔ)料管22進(jìn)入儲(chǔ)液槽24，為生物沼氣脫硫裝置補(bǔ)充新鮮的堿液和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)多余的液體從儲(chǔ)液槽溢流口 23離開本裝置。
權(quán)利要求1.一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置，其特征在于包括化學(xué)吸收層、生物脫硫?qū)雍蛪A液循環(huán)系統(tǒng)；化學(xué)吸收層從上至下依次設(shè)有沼氣出氣管(I)、噴淋頭(2)、填料層(3)、沼氣進(jìn)氣管(4)、沼氣進(jìn)氣泵(5)和沼氣布?xì)獗P(6)，其中沼氣進(jìn)氣泵(5)通過(guò)沼氣進(jìn)氣管(4)與沼氣布?xì)獗P(6)相連；生物脫硫?qū)影ǜ綦x板(7)、沉淀池(8)、生物曝氣池(9)、空氣曝氣盤(10)、空氣進(jìn)氣泵(11)、空氣進(jìn)氣管(12)、排泥排硫管(13)、空氣出氣口(14)、沉淀池溢流口( 15 )、溶解氧探頭(16)，生物曝氣池(9 )上部設(shè)有隔離板(7)、空氣出氣口(14)，生物曝氣池(9)中部外設(shè)有沉淀池(8)，沉淀池(8)上端設(shè)有沉淀池溢流口(15)，生物曝氣池(9)下部側(cè)壁設(shè)有空氣進(jìn)氣管(12)和溶解氧探頭(16)，生物曝氣池(9)內(nèi)下部設(shè)有空氣曝氣盤(10)，空氣進(jìn)氣管(12) —端與空氣曝氣盤(10)相連，空氣進(jìn)氣管(12)另一端與空氣進(jìn)氣泵(11)相連，生物曝氣池(9)底部設(shè)有排泥排硫管(13);堿液循環(huán)系統(tǒng)包括溢流管(17)、堿液循環(huán)管(18)、堿液循環(huán)泵(19)、pH探頭(20)、補(bǔ)料泵(21)、補(bǔ)料管(22)、儲(chǔ)液槽溢流口( 23 )、儲(chǔ)液槽(24 )，儲(chǔ)液槽(24 )內(nèi)設(shè)有pH探頭(20 )，儲(chǔ)液槽(24 )上端設(shè)有儲(chǔ)液槽溢流口( 23 )，沉淀池溢流口( 15 )通過(guò)溢流管(17 )與儲(chǔ)液槽(24)相連，噴淋頭(2 )通過(guò)堿液循環(huán)管(18)和堿液循環(huán)泵(19)與儲(chǔ)液槽(24)相連，補(bǔ)料泵(21)通過(guò)補(bǔ)料管(22)與儲(chǔ)液槽(24)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置，其特征在于:所述的填料層(3)和生物曝氣池(9)為圓柱形，填料層(3)高徑比為4 5:1，曝氣池(9)高徑比為1.5 2:1，填料層(3)和生物曝氣池(9)直徑比為0.3 0.4:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置，其特征在于:所述的填料層(3)與生物曝氣池(9)之間用圓錐形側(cè)壁連接，圓錐的側(cè)邊母線與軸線夾角為40 50° 。
4.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置，其特征在于:所述的沉淀池(8)為環(huán)形，其內(nèi)徑為生物曝氣池(9)的直徑，外徑與內(nèi)徑比為1.2 1.3:1，高度與內(nèi)徑比為0.8 0.9:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置，其特征在于:所述的填料層(3)與生物曝氣池(9)有效體積比為0.15 0.2:1，沉淀池(8)與生物曝氣池(9)有效體積比為0.3 0.4:1，儲(chǔ)液槽(20)與生物曝氣池(9)有效體積比為0.1 0.15:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置，其特征在于:所述的隔離板(7)由上、下兩部分組成，隔離板(7)上部分為上、下開口的倒圓錐形，圓錐側(cè)面母線與軸線的夾角為4(Γ50°，圓錐上口直徑與下口直徑比為5 6:1，隔離板(7)下部分為圓錐形，圓錐頂角為85、5°，圓錐的底面直徑與隔離板(7)上部分的下口直徑比為1.8 2:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置，其特征在于:所述的沼氣布?xì)獗P(6)與填料層(3)底部之間的距離為l(Tl5cm，空氣曝氣盤(10)與生物曝氣池(9)底部之間的距離為15 20cm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種分層式生物-化學(xué)聯(lián)合沼氣脫硫裝置。它包括化學(xué)吸收層、生物脫硫?qū)雍蛪A液循環(huán)系統(tǒng)；化學(xué)吸收層設(shè)有沼氣出氣管、噴淋頭、填料層、沼氣進(jìn)氣管、沼氣進(jìn)氣泵和沼氣布?xì)獗P；生物脫硫?qū)釉O(shè)有隔離板、沉淀池、生物曝氣池、空氣曝氣盤、空氣進(jìn)氣泵、空氣進(jìn)氣管、排泥排硫管、空氣出氣口、沉淀池溢流口和溶解氧探頭，其中隔離板上部分為倒圓錐形，下部分為圓錐形；堿液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)有溢流管、pH探頭、堿液循環(huán)管、堿液循環(huán)泵、補(bǔ)料管、補(bǔ)料泵、儲(chǔ)液槽和儲(chǔ)液槽溢流口。本實(shí)用新型將化學(xué)吸收和生物脫硫過(guò)程有機(jī)結(jié)合，既可以實(shí)現(xiàn)高效脫硫，又可以控制脫硫成本，同時(shí)將填料層、生物曝氣池和沉淀池巧妙地整合為一體，設(shè)計(jì)緊湊，用地節(jié)約，便于推廣。
文檔編號(hào)C10L3/10GK203021521SQ20132000418
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者胡寶蘭, 何嶄飛, 葉天強(qiáng), 鄭平 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)