專利名稱：生物法脫除沼氣中硫化氫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物法脫除沼氣中硫化氫的方法，屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
沼氣是一種可再生的生物質(zhì)能源，但沼氣中所含硫化氫是一種劇毒、惡臭、腐蝕 性的氣體，H2S的臭闕很低，只有O. 5ppb，同時(shí)具有很強(qiáng)呼吸道和神經(jīng)毒性，長時(shí)間處于 300ppmH^環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致生命危險(xiǎn)，而在H2S濃度高于2000卯m環(huán)境中只需幾分鐘即可致命。 沼氣中硫化氫濃度一般為200-400卯m，因而必須在使用前進(jìn)行有效地脫硫處理。目前常用 的沼氣脫硫的主要方法有物化法和生物法。物化法包括金屬氧化物氧化法、活性炭吸附法、 堿液吸收法等，其中使用金屬氧化物氧化法和活性炭吸附工藝再生過程復(fù)雜且易造成二次 污染，堿液吸收法不能循環(huán)使用導(dǎo)致成本較高。生物法中目前已有生物活性污泥法和生物 濾池工藝，生物活性污泥法操作復(fù)雜，造價(jià)較高，生物濾池工藝需將空氣通入沼氣中存在一 定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種低成本、安全可靠的生物法脫除 沼氣中硫化氫的方法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是該生物法脫除沼氣中硫化氫的方 法主要包括如下步驟 (1)沼氣由填料式噴淋吸收塔的進(jìn)氣口進(jìn)氣； (2)沼氣經(jīng)過填料并與噴淋液反應(yīng)以脫除沼氣中的H^，所述噴淋液為含有NaOH 和Na2C03的溶液； (3)凈化后的沼氣由所述吸收塔的排氣口排出，吸收有H^的噴淋液由吸收塔的底 部排液口排出； (4)吸收塔排出的吸收有H2S的噴淋液一部分輸送回所述填料式噴淋吸收塔進(jìn)行 循環(huán)噴淋；另一部分添加營養(yǎng)液，后再將該噴淋液與營養(yǎng)液的混合液輸送到生物濾塔內(nèi)，所
述營養(yǎng)液含有氮源和磷源； (5)將輸送到生物濾塔的噴淋液與營養(yǎng)液的混合液噴淋到生物濾塔內(nèi)的生物濾料 上，同時(shí)空氣由生物濾塔的進(jìn)氣口輸入，生物濾料中的微生物利用空氣中的氧氣對(duì)該混合 液進(jìn)行處理以將該混合液中的硫離子轉(zhuǎn)化為硫酸鹽； (6)將步驟(5)處理后得到的溶液輸送到填料式噴淋吸收塔中作為噴淋液供循環(huán) 使用。 進(jìn)一步地，本發(fā)明步驟(2)所述的噴淋液的ra值控制在s.o以上，步驟(5)中的 噴淋到生物濾料上的噴淋液與營養(yǎng)液的混合液的ra值控制在9. 0以下。 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述沼氣在填料式噴淋吸收塔中的停留時(shí)間為l-2min。 進(jìn)一步地，本發(fā)明步驟(5)中所述的混合液在生物濾塔中的停留時(shí)間為20-60min。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是流程簡單、操作簡便，運(yùn)行成本低、無二 次污染。硫化氫被氧化為硫酸鹽，避免直接生成二氧化硫造成二次污染物，脫硫效率高于 90%，處理后的沼氣達(dá)到后續(xù)利用要求。采用雙反應(yīng)器(即吸收塔和生物濾塔)，避免了目 前生物濾池工藝會(huì)在沼氣中引入空氣產(chǎn)生爆炸的隱患。


圖1是本發(fā)明生物法脫除沼氣中硫化氫所使用的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，l.填料式噴淋吸收塔，2.生物濾塔，3.吸收塔填料，4.吸收塔噴淋裝置， 5.營養(yǎng)液進(jìn)液管，6-7.提升泵，8.沼氣進(jìn)氣管，9.生物濾塔噴淋裝置，IO.生物濾料，ll.空 氣進(jìn)氣管，12.空氣出氣管，13、21.循環(huán)管，14.排液管，15.軟化水進(jìn)水管，16.堿液進(jìn)液管， 17.沼氣出氣管，18-20.流量閥，22.分流管。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可使用圖1所示的裝置實(shí)現(xiàn)生物法脫除沼氣中硫化氫。
在圖1中，填料式噴淋吸收塔1塔體中下部安裝有沼氣進(jìn)氣管8，頂部設(shè)有沼氣出 氣管17，中部裝有填料層，該填料層中置有吸收塔填料3，循環(huán)管13在吸收塔1外連接吸收 塔底部和頂部，并通過提升泵7將噴淋液加壓輸送到吸收塔頂部的噴淋裝置4進(jìn)行噴淋。吸 收塔1通過與循環(huán)管13連接的分流管22和生物濾塔2相連，分流管22安裝有營養(yǎng)液進(jìn)液 管5。生物濾塔2內(nèi)置生物濾料10，并設(shè)有空氣進(jìn)氣管11和空氣出氣管12，頂部安裝有噴 淋裝置9，底部通過循環(huán)管21連接循環(huán)管13和填料式噴淋吸收塔1。循環(huán)管21通過接口 連接有排液管14、軟化水進(jìn)水管15、堿液進(jìn)液管16以及提升泵7。循環(huán)管13、21和分流管 22上均裝有流量閥18-20。
實(shí)施例1 本實(shí)施例中，填料式噴淋吸收塔1的高度為lm，直徑O. 25m，內(nèi)置高約0. 5m的聚丙 烯填料3，吸收塔頂部裝有噴淋裝置4。 H2S含量為300卯m的沼氣通過吸收塔1中部的沼氣 進(jìn)氣管8進(jìn)入塔內(nèi)，在壓力的作用下通過吸收塔1的填料3向塔頂擴(kuò)散，沼氣在吸收塔1的 停留時(shí)間為2min。塔頂?shù)膰娏苎b置4將含有Na2C03和NaOH的噴淋液噴灑在填料層的填料 3上，噴淋液總體積為IOL，沼氣在向上擴(kuò)散的過程中與噴淋液發(fā)生以下反應(yīng)<formula>formula see original document page 4</formula>
由此，H2S中的硫元素即轉(zhuǎn)化為HS—被噴淋液吸收，凈化后的沼氣由吸收塔1的沼氣 出氣管17排出，出口沼氣中H2S的濃度約為19卯m，凈化率為93. 6%。吸收有H2S的噴淋液 以10L/h的流量由吸收塔的底部循環(huán)管13排出，從吸收塔排出的吸收有H2S的噴淋液中的 85%經(jīng)提升泵6加壓后輸送回吸收塔1進(jìn)行循環(huán)噴淋，另外15%的噴淋液進(jìn)入分流管22， 再通過營養(yǎng)液進(jìn)液管5以5ml/h流量添加營養(yǎng)液后，后將該噴淋液與營養(yǎng)液的混合液泵壓 到生物濾塔2內(nèi)，其中，營養(yǎng)液成分為30wt^磷酸二氫銨溶液。
生物濾塔2高lm，直徑0. 25m，塔內(nèi)裝有生物濾料10，頂部安裝有噴淋裝置9。將 噴淋液與營養(yǎng)液的混合液噴淋到生物濾塔內(nèi)的生物濾料10上，該生物濾料10為生物陶粒 濾料，同時(shí)空氣由生物濾塔2的空氣進(jìn)氣管11輸入，生物濾料10中的微生物利用空氣中的 氧氣對(duì)該混合液進(jìn)行處理以將該混合液中的硫離子轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，具體反應(yīng)如下
4HS—+02 = 4S+2H20 (5)
2S+02+2H20 = 2S042—+4H+ (6) 混合液在生物濾塔2的停留時(shí)間為20min，處理后由生物濾塔底部循環(huán)管21排出， 泵壓輸送到填料式噴淋吸收塔1作為噴淋液供循環(huán)使用。 整個(gè)脫硫系統(tǒng)在長期運(yùn)行過程中循環(huán)管13和循環(huán)管21中的循環(huán)液的ra值會(huì)逐 漸下降。發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ra小于8. 0時(shí)吸收塔對(duì)H2S的凈化率將很難達(dá)到90%以 上；而當(dāng)ra大于9. 0時(shí)，則會(huì)抑制生物濾料中微生物對(duì)含硫混合液的降解效果，因而在運(yùn)行 過程中循環(huán)液的ra控制在8. 0-9. 0之間可使H2S的凈化率將能夠達(dá)到90%以上。當(dāng)循環(huán) 液ra或小于8. 0時(shí)，可通過循環(huán)管21上的堿液進(jìn)液管16添加50wt% NaOH溶液，將循環(huán) 溶液ra值調(diào)整到8. 0-9. 0之間，同時(shí)為保證循環(huán)液中Na鹽濃度恒定，需通過軟化水進(jìn)水管 15和排液管14添加一定體積的軟化水同時(shí)排放等體積的循環(huán)液。 實(shí)施例2 :本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是沼氣在吸收塔1的停留時(shí)間為 1. 5min，吸收塔1的沼氣出氣管17內(nèi)的沼氣中H2S的濃度為21卯m，凈化率為93%;吸收塔 1排出的吸收有H2S的噴淋液中的78%輸送回吸收塔1進(jìn)行循環(huán)噴淋，另外22%的噴淋液 與6ml/h營養(yǎng)液混合后進(jìn)入生物濾塔2 ;混合液在生物濾塔2的停留時(shí)間為30min。
實(shí)施例3 :本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是沼氣在吸收塔1的停留時(shí)間為lmin ; 在吸收塔1的沼氣出氣管17內(nèi)的沼氣中，H2S的濃度為24卯m，凈化率為92% ;吸收塔1排 出的吸收有H^的噴淋液中的70%輸送回吸收塔1進(jìn)行循環(huán)噴淋，另外30%的噴淋液與 7. 5ml/h營養(yǎng)液混合后進(jìn)入生物濾塔2 ;混合液在生物濾塔2內(nèi)的停留時(shí)間為60min。
權(quán)利要求
一種生物法脫除沼氣中硫化氫的方法，其特征在于包括如下步驟(1)沼氣由填料式噴淋吸收塔的進(jìn)氣口進(jìn)氣；(2)沼氣經(jīng)過填料并與噴淋液反應(yīng)以脫除沼氣中的H2S，所述噴淋液為含有NaOH和Na2CO3的溶液；(3)凈化后的沼氣由所述吸收塔的排氣口排出，吸收有H2S的噴淋液由吸收塔的底部排液口排出；(4)吸收塔排出的吸收有H2S的噴淋液一部分輸送回所述填料式噴淋吸收塔進(jìn)行循環(huán)噴淋；另一部分添加營養(yǎng)液，后再將該噴淋液與營養(yǎng)液的混合液輸送到生物濾塔內(nèi)，所述營養(yǎng)液含有氮源和磷源；(5)將輸送到生物濾塔的噴淋液與營養(yǎng)液的混合液噴淋到生物濾塔內(nèi)的生物濾料上，同時(shí)空氣由生物濾塔的進(jìn)氣口輸入，生物濾料中的微生物利用空氣中的氧氣對(duì)該混合液進(jìn)行處理以將該混合液中的硫離子轉(zhuǎn)化為硫酸鹽；(6)將步驟(5)處理后得到的溶液輸送到填料式噴淋吸收塔中作為噴淋液供循環(huán)使用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物法脫除沼氣中硫化氫的方法，其特征在于步驟(2)中 所述的噴淋液的ra值控制在s.o以上，步驟(5)中的噴淋到生物濾料上的噴淋液與營養(yǎng)液 的混合液的ra值控制在9. 0以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物法脫除沼氣中硫化氫的方法，其特征在于所述沼 氣在填料式噴淋吸收塔中的停留時(shí)間為l-2min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物法脫除沼氣中硫化氫的方法，其特征在于步驟(5) 中所述的混合液在生物濾塔中的停留時(shí)間為20-60min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物法脫除沼氣中硫化氫的方法，包括如下步驟(1)沼氣由填料式噴淋吸收塔的進(jìn)氣口進(jìn)氣；(2)沼氣經(jīng)過填料并與噴淋液反應(yīng)以脫除沼氣中的H2S，噴淋液為含有NaOH和Na2CO3的溶液；(3)凈化后的沼氣和吸收有H2S的噴淋液由吸收塔排出；(4)吸收塔排出的噴淋液一部分送回吸收塔進(jìn)行循環(huán)噴淋，另一部分添加營養(yǎng)液后再輸送到生物濾塔內(nèi)，營養(yǎng)液含有氮源和磷源；(5)將輸送到生物濾塔的噴淋液與營養(yǎng)液的混合液噴淋到生物濾料上，空氣由生物濾塔的進(jìn)氣口輸入，生物濾料中的微生物利用空氣中氧氣對(duì)混合液進(jìn)行處理以將混合液中的硫離子轉(zhuǎn)化為硫酸鹽；(6)將步驟(5)處理后得到的溶液輸送到填料式噴淋吸收塔中作為噴淋液供循環(huán)使用。
文檔編號(hào)B01D53/84GK101780373SQ20101013119
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者萬先凱, 史惠祥, 次新波 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)