專利名稱：生物法脫除沼氣中硫化氫的方法
技術領域：
本發明涉及一種生物法脫除沼氣中硫化氫的方法，屬于環境保護技術領域。
背景技術：
沼氣是一種可再生的生物質能源，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，同時具有很強呼吸道和神經毒性，長時間處于 300ppmH^環境中會導致生命危險，而在H2S濃度高于2000卯m環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雜且易造成二次 污染，堿液吸收法不能循環使用導致成本較高。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雜，造價較高，生物濾池工藝需將空氣通入沼氣中存在一 定的安全風險。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的缺陷，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。 為實現上述目的，本發明所采取的技術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氣口進氣； (2)沼氣經過填料并與噴淋液反應以脫除沼氣中的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行 循環噴淋；另一部分添加營養液，后再將該噴淋液與營養液的混合液輸送到生物濾塔內，所
述營養液含有氮源和磷源； (5)將輸送到生物濾塔的噴淋液與營養液的混合液噴淋到生物濾塔內的生物濾料 上，同時空氣由生物濾塔的進氣口輸入，生物濾料中的微生物利用空氣中的氧氣對該混合 液進行處理以將該混合液中的硫離子轉化為硫酸鹽； (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 使用。 進一步地，本發明步驟(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液的混合液的ra值控制在9. 0以下。 進一步地，本發明所述沼氣在填料式噴淋吸收塔中的停留時間為l-2min。 進一步地，本發明步驟(5)中所述的混合液在生物濾塔中的停留時間為20-60min。 與現有技術相比，本發明的有益效果是流程簡單、操作簡便，運行成本低、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%，處理后的沼氣達到后續利用要求。采用雙反應器(即吸收塔和生物濾塔)，避免了目 前生物濾池工藝會在沼氣中引入空氣產生爆炸的隱患。
圖1是本發明生物法脫除沼氣中硫化氫所使用的裝置的結構示意圖。
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.營養液進液管，6-7.提升泵，8.沼氣進氣管，9.生物濾塔噴淋裝置，IO.生物濾料，ll.空 氣進氣管，12.空氣出氣管，13、21.循環管，14.排液管，15.軟化水進水管，16.堿液進液管， 17.沼氣出氣管，18-20.流量閥，22.分流管。
具體實施例方式
本發明可使用圖1所示的裝置實現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氣管8，頂部設有沼氣出 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進行噴淋。吸 收塔1通過與循環管13連接的分流管22和生物濾塔2相連，分流管22安裝有營養液進液 管5。生物濾塔2內置生物濾料10，并設有空氣進氣管11和空氣出氣管12，頂部安裝有噴 淋裝置9，底部通過循環管21連接循環管13和填料式噴淋吸收塔1。循環管21通過接口 連接有排液管14、軟化水進水管15、堿液進液管16以及提升泵7。循環管13、21和分流管 22上均裝有流量閥18-20。
實施例1 本實施例中，填料式噴淋吸收塔1的高度為lm，直徑O. 25m，內置高約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 進氣管8進入塔內，在壓力的作用下通過吸收塔1的填料3向塔頂擴散，沼氣在吸收塔1的 停留時間為2min。塔頂的噴淋裝置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，沼氣在向上擴散的過程中與噴淋液發生以下反應<formula>formula see original document page 4</formula>
由此，H2S中的硫元素即轉化為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管13排出，從吸收塔排出的吸收有H2S的噴淋液中的 85%經提升泵6加壓后輸送回吸收塔1進行循環噴淋，另外15%的噴淋液進入分流管22， 再通過營養液進液管5以5ml/h流量添加營養液后，后將該噴淋液與營養液的混合液泵壓 到生物濾塔2內，其中，營養液成分為30wt^磷酸二氫銨溶液。
生物濾塔2高lm，直徑0. 25m，塔內裝有生物濾料10，頂部安裝有噴淋裝置9。將 噴淋液與營養液的混合液噴淋到生物濾塔內的生物濾料10上，該生物濾料10為生物陶粒 濾料，同時空氣由生物濾塔2的空氣進氣管11輸入，生物濾料10中的微生物利用空氣中的 氧氣對該混合液進行處理以將該混合液中的硫離子轉化為硫酸鹽，具體反應如下
4HS—+02 = 4S+2H20 (5)
2S+02+2H20 = 2S042—+4H+ (6) 混合液在生物濾塔2的停留時間為20min，處理后由生物濾塔底部循環管21排出， 泵壓輸送到填料式噴淋吸收塔1作為噴淋液供循環使用。 整個脫硫系統在長期運行過程中循環管13和循環管21中的循環液的ra值會逐 漸下降。發明人經過研究發現，當ra小于8. 0時吸收塔對H2S的凈化率將很難達到90%以 上；而當ra大于9. 0時，則會抑制生物濾料中微生物對含硫混合液的降解效果，因而在運行 過程中循環液的ra控制在8. 0-9. 0之間可使H2S的凈化率將能夠達到90%以上。當循環 液ra或小于8. 0時，可通過循環管21上的堿液進液管16添加50wt% NaOH溶液，將循環 溶液ra值調整到8. 0-9. 0之間，同時為保證循環液中Na鹽濃度恒定，需通過軟化水進水管 15和排液管14添加一定體積的軟化水同時排放等體積的循環液。 實施例2 :本實施例與實施例1的不同點是沼氣在吸收塔1的停留時間為 1. 5min，吸收塔1的沼氣出氣管17內的沼氣中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進行循環噴淋，另外22%的噴淋液 與6ml/h營養液混合后進入生物濾塔2 ;混合液在生物濾塔2的停留時間為30min。
實施例3 :本實施例與實施例1的不同點是沼氣在吸收塔1的停留時間為lmin ; 在吸收塔1的沼氣出氣管17內的沼氣中，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進行循環噴淋，另外30%的噴淋液與 7. 5ml/h營養液混合后進入生物濾塔2 ;混合液在生物濾塔2內的停留時間為60min。
權利要求
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氣口進氣；(2)沼氣經過填料并與噴淋液反應以脫除沼氣中的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行循環噴淋；另一部分添加營養液，后再將該噴淋液與營養液的混合液輸送到生物濾塔內，所述營養液含有氮源和磷源；(5)將輸送到生物濾塔的噴淋液與營養液的混合液噴淋到生物濾塔內的生物濾料上，同時空氣由生物濾塔的進氣口輸入，生物濾料中的微生物利用空氣中的氧氣對該混合液進行處理以將該混合液中的硫離子轉化為硫酸鹽；(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使用。
2. 根據權利要求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液 的混合液的ra值控制在9. 0以下。
3. 根據權利要求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間為l-2min。
4. 根據權利要求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間為20-60min。
全文摘要
本發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氣口進氣；(2)沼氣經過填料并與噴淋液反應以脫除沼氣中的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行循環噴淋，另一部分添加營養液后再輸送到生物濾塔內，營養液含有氮源和磷源；(5)將輸送到生物濾塔的噴淋液與營養液的混合液噴淋到生物濾料上，空氣由生物濾塔的進氣口輸入，生物濾料中的微生物利用空氣中氧氣對混合液進行處理以將混合液中的硫離子轉化為硫酸鹽；(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使用。
文檔編號B01D53/84GK101780373SQ20101013119
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者萬先凱, 史惠祥, 次新波 申請人:浙江大學