專利名稱：一體式沼氣生物脫硫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
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(guó)能源緊缺帶來(lái)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(duì)管道、儀表及設(shè)備有強(qiáng)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(hù)人體健康，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，必 須采取有效措施進(jìn)行沼氣脫硫。我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定利用沼氣能源時(shí)，沼氣氣體中H2S 含量不得超過(guò)20mg/m3。沼氣中的H2S質(zhì)量濃度一般為1 12g/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn) 的規(guī)定。所以，H2S的脫除成為沼氣使用過(guò)程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。沼氣脫硫的方法有化學(xué)法、物化法和生物法。常用的物理法和化學(xué)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(guò)再生后重新進(jìn)行吸收； 干法脫硫是以O(shè)2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(guó)內(nèi) 脫硫技術(shù)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(diǎn)干法脫硫 效率不高，脫硫劑再生困難，硫容相對(duì)較低，主要適用于精細(xì)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(yùn)行費(fèi)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(yán)格，開(kāi)發(fā)高效、低投入、資源化和無(wú)二次污染的技術(shù)已成為脫硫技術(shù)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(shù)，生物脫硫法應(yīng)運(yùn)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(zhì)硫等特點(diǎn)，成為研究的熱點(diǎn)。生物脫硫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)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(yīng)用，但仍然存在諸多問(wèn)題亟待解決。正如反 應(yīng)式(2)所示，在氧過(guò)量的情況下硫化物會(huì)被氧化為硫酸鹽從而影響脫硫的效率。這是在 脫硫過(guò)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(guò)1%，遇明火便會(huì)發(fā)生爆炸)的同時(shí)使生物脫硫后的終產(chǎn)物控制為硫單質(zhì)儼然已 成為沼氣生物脫硫技術(shù)的關(guān)鍵所在。此外，如何保證生物脫硫裝置內(nèi)脫硫細(xì)菌的高效運(yùn)作 是沼氣生物脫硫技術(shù)的難點(diǎn)。而目前這兩方面的缺陷尚未得到有效解決，進(jìn)而阻礙了沼氣 生物脫硫技術(shù)的推廣與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)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(zhì)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(zhì)硫沉淀區(qū)I從下到上依次設(shè)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(shè)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(jìn)氣管和盤形布?xì)馄?，回流管上連有回流泵，盤形曝氣器上 設(shè)有微孔曝氣頭，盤形布?xì)馄骱臀⒖撞細(xì)忸^，集氣室上設(shè)有管口朝下的導(dǎo)氣管，沼氣噴淋液 再生區(qū)II外壁中部設(shè)有環(huán)形環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽，環(huán)形環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽上從下到上依次設(shè)有 營(yíng)養(yǎng)液連通管、溢流管和補(bǔ)料管；生物填料區(qū)III從下到上依次設(shè)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(guò)沼氣噴淋液回流管與回 流泵相連。所述的單質(zhì)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(diào)節(jié)槽內(nèi)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(gè)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(diào)節(jié)槽內(nèi)的溢流管與沼氣噴淋液再生區(qū)II內(nèi)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(dǎo)氣管出口插入環(huán)形環(huán)形 液位調(diào)節(jié)槽液面5 10cm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果①脫硫細(xì)菌的培養(yǎng)與沼氣脫硫融于一體 式裝置，外結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，加工工藝簡(jiǎn)便，便于以后的推廣和批量生產(chǎn)；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(xué)作用的強(qiáng)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(shè)置使空氣進(jìn)入到集氣室，并通過(guò)導(dǎo)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(shí)現(xiàn)了安全的沼氣生物脫硫；④通 過(guò)溶解氧探頭控制曝氣量和堿液輸入管維持脫硫細(xì)菌生長(zhǎng)代謝的合適外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了沼 氣生物脫硫的高效運(yùn)行；⑤通過(guò)環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽的溢流管調(diào)節(jié)沼氣噴淋液再生區(qū)液位，是 沼氣生物脫硫正常進(jìn)行；⑥脫硫細(xì)菌將沼氣中的H2S氧化成單質(zhì)硫，可回收硫資源。


附圖是一體式沼氣生物脫硫裝置的結(jié)構(gòu)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(bǔ)料管7、環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽8、導(dǎo)氣管9、沼 氣進(jìn)氣管10、微孔布?xì)忸^11、盤形布?xì)馄?2、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(yíng)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(shí)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(zhì)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(zhì)硫沉淀區(qū)I從下到上依次設(shè)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(shè)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(jìn)氣管10和盤形布?xì)馄?2，回流管23上連有回流泵19，盤形曝氣器4上設(shè)有微孔曝氣頭5，盤形布?xì)馄?2和微孔布?xì)?頭11，集氣室18上設(shè)有管口朝下的導(dǎo)氣管9，沼氣噴淋液再生區(qū)II外壁中部設(shè)有環(huán)形環(huán)形 液位調(diào)節(jié)槽8，環(huán)形環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽8上從下到上依次設(shè)有營(yíng)養(yǎng)液連通管20、溢流管6和 補(bǔ)料管7 ；生物填料區(qū)III從下到上依次設(shè)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(guò)沼氣噴淋液回流管23與回流 泵19相連。所述的單質(zhì)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(diào)節(jié)槽8內(nèi)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(gè)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(diào) 節(jié)槽8內(nèi)的溢流管6與沼氣噴淋液再生區(qū)II內(nèi)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(dǎo)氣管9出口插入環(huán)形環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽 8液面5 IOcm0本發(fā)明三個(gè)系統(tǒng)工作過(guò)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(dǎo)氣 管9、沼氣進(jìn)氣管10、微孔布?xì)忸^11、盤形布?xì)馄?2、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(jìn)氣管10進(jìn)入到生物脫硫裝置， 氧氣則從曝氣管3進(jìn)入到沼氣噴淋液再生區(qū)，盤形布?xì)馄?2和盤形曝氣器4分別實(shí)現(xiàn)了沼 氣和氧氣在生物脫硫裝置內(nèi)的均勻分布。沼氣進(jìn)氣管10上向下設(shè)置的微孔布?xì)忸^11有效 防止了向下跌落的液滴和硫單質(zhì)堵塞微孔布?xì)忸^11。通過(guò)溶解氧探頭21調(diào)節(jié)裝置內(nèi)的曝 氣量，并利用堿液輸入管22提供適合脫硫細(xì)菌生長(zhǎng)代謝的外部環(huán)境，強(qiáng)化沼氣的生物脫硫 過(guò)程，使沼氣中的硫化氫與氧氣在脫硫細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為硫單質(zhì)。沼氣噴淋液再生系統(tǒng) 中過(guò)剩的氧氣不斷向上擴(kuò)散，遇到三相分離器17的阻擋后，這部分空氣便進(jìn)入到了集氣室 18，通過(guò)導(dǎo)氣管9排放到生物脫硫裝置外部的環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽8內(nèi)，防止了氧氣進(jìn)一步向上 擴(kuò)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(shí)現(xiàn)了沼氣噴流液的再生，使噴淋液重新回到裝置頂部進(jìn)行對(duì)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(nèi)填充了軟性填料，形成一個(gè)立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，供微生物生長(zhǎng)。 通過(guò)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(xì)菌，軟性填料表面能夠生長(zhǎng)一定量的脫硫細(xì)菌， 這些脫硫細(xì)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(jìn)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(jìn)入下一循環(huán)的生物脫硫過(guò)程。通 過(guò)監(jiān)測(cè)沼氣收集管16中硫化氫含量可監(jiān)測(cè)裝置脫硫效率，保證了沼氣中硫化氫含量小于 20mg/m3，達(dá)到沼氣回收利用的標(biāo)準(zhǔn)。(3)營(yíng)養(yǎng)液補(bǔ)給和外排系統(tǒng)。主要包括營(yíng)養(yǎng)液溢流管6、補(bǔ)料管7、環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽 8、導(dǎo)氣管9和營(yíng)養(yǎng)液連通管20。通過(guò)補(bǔ)料管7使?fàn)I養(yǎng)液進(jìn)入到環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽8，利用營(yíng) 養(yǎng)液連通管20最后進(jìn)入到沼氣噴淋液再生區(qū)，可為脫硫細(xì)菌的生長(zhǎng)提供新鮮的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。通過(guò)溢流管6還可調(diào)節(jié)沼氣噴淋液再生區(qū)內(nèi)的液位高度，有效防止了因液位過(guò)高使液體從 導(dǎo)氣管9流出生物脫硫裝置外，也有效防止了因液位過(guò)低使三相分離器失去應(yīng)有的作用， 允許大量空氣進(jìn)入到生物填料區(qū)，帶來(lái)安全隱患。通過(guò)將導(dǎo)氣管7插入到環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽 8的營(yíng)養(yǎng)液內(nèi)，使過(guò)量氧氣從生物脫硫裝置排除外，同時(shí)可使?fàn)I養(yǎng)液內(nèi)吸收一定的氧氣并防 止了外界空氣進(jìn)入到生物脫硫裝置內(nèi)。 (4)單質(zhì)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(guò)排硫管1排出生 物脫硫裝置，達(dá)到回收單質(zhì)硫的目的。
權(quán)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(zhì)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(zhì)硫沉淀區(qū)I從下到上依次設(shè)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(shè)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(jìn)氣管(10)和盤形布?xì)馄?12)，回流管(23)上連有回流泵(19)，盤形曝氣器(4)上設(shè)有微孔曝氣頭(5)，盤形布?xì)馄?12)和微孔布?xì)忸^(11)，集氣室(18)上設(shè)有管口朝下的導(dǎo)氣管(9)，沼氣噴淋液再生區(qū)II外壁中部設(shè)有環(huán)形環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽(8)，環(huán)形環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽(8)上從下到上依次設(shè)有營(yíng)養(yǎng)液連通管(20)、溢流管(6)和補(bǔ)料管(7)；生物填料區(qū)III從下到上依次設(shè)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(guò)沼氣噴淋液回流管(23)與回流泵(19)相連。
2.根據(jù)權(quán)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(zhì)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(diào)節(jié)槽(8)內(nèi)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(jù)權(quán)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(gè)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(diào)節(jié)槽(8)內(nèi)的溢流管(6)與沼氣噴淋液再生區(qū)II內(nèi)的液面持平。
7.根據(jù)權(quán)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(dǎo)氣管(9)出口插入 環(huán)形環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽(8)液面5 10cm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種一體式沼氣生物脫硫裝置。它包括單質(zhì)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(zhì)硫沉淀區(qū)設(shè)有倒錐形沉淀室和排硫管；沼氣噴淋液再生區(qū)設(shè)有盤形曝氣器、溶解氧探頭、三相分離器、集氣室、導(dǎo)氣管、環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽、沼氣進(jìn)氣管和盤形布?xì)馄?；生物填料區(qū)設(shè)有生物填料層、盤形噴淋器和沼氣回收管。本裝置的優(yōu)點(diǎn)有①脫硫細(xì)菌的培養(yǎng)與沼氣脫硫融于一體式裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，加工簡(jiǎn)便，便于推廣與應(yīng)用；②沼氣噴淋液再生區(qū)三相分離器的設(shè)置排除了沼氣和氧氣混和易爆炸的安全隱患，實(shí)現(xiàn)安全的沼氣生物脫硫；③通過(guò)溶解氧探頭控制曝氣量和利用環(huán)形液位調(diào)節(jié)槽補(bǔ)給營(yíng)養(yǎng)液強(qiáng)化脫硫細(xì)菌的生長(zhǎng)代謝，實(shí)現(xiàn)高效的沼氣生物脫硫，并可回收硫單質(zhì)。
文檔編號(hào)C10L3/10GK101948704SQ201010251399
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者葉天強(qiáng), 沈李東, 胡寶蘭, 蔡琛, 鄭平, 陸慧峰, 陳小光 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)