CN101622331A - 生物脱硫设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了脱硫设备，其包括向其中引入含硫化氢气体的气体的生物反应罐1，设置于生物反应罐1中并填充用于附着微生物的载体的载体填充层2a、2b，向生物反应罐1供给含氧气体的构件，和两个或更多个喷洒机件3、4，所述喷洒机件在生物反应罐1的上部喷洒生物体所需的水。

Description

生物脱硫设备
技术领域
本发明涉及用于特别是通过厌氧消化处理有机排水(比如污水和工业排水)产生的生物气的生物脱硫设备。
背景技术
甲烷发酵过程经常用作处理下水道淤泥、有机废弃物(比如生垃圾)，和有机排水(比如食品厂污水)的方法。所述甲烷发酵过程是这样的处理过程：将有机废弃物或有机排水引入生物反应罐中，以使生物反应罐中的甲烷发酵细菌群分解有机物，从而形成主要由甲烷气体组成的生物气，同时分解并除去排水中的有机物。然而，当排水中含有硫组分(比如那些源于蛋白质的组分)时，硫组分被硫酸盐还原细菌的作用还原，因此在所述生物气中形成硫化氢气体。
当生物气中含有的甲烷气体用作锅炉(boiler)、发电机等中的燃料时，应除去生物气中含有的硫化氢气体。这是因为在生物气燃烧时，生物气中的硫化氢气体被氧化，形成可以腐蚀设备的硫氧化物。
用于除去生物气中含有的硫化氢气体的方法包括干脱硫法(通过吸附于主要由氧化铁组成的吸附剂而除去气体)，和湿脱硫法(通过使用碱等吸收进入水溶液中而除去气体)。然而，使用这些方法的系统的运行费用飞速上升，因为吸附需要化学品(比如吸附剂)，而吸附后的吸附剂变成废品。
因此，作为运行成本低的脱硫系统，本发明人之前提出通过用填充材料填充反应罐除去生物气中的硫化氢的技术，所述填充材料附着有通过氧化分解硫化氢的微生物(日本专利申请No.2007-20018)。该技术利用这样的设备：在用附着有微生物的填充材料填充的生物反应罐中，使经过需氧处理的已处理水向下流，从而供给微生物所需的水和碱度，而含硫化氢的生物气和空气向上引入，从而处理并氧化除去所述气体中的硫化氢。
这一在先发明涉及包括下列组件的生物脱硫设备：装有用于附着微生物的填充材料的生物反应罐，向所述生物反应罐中引入含硫化氢气体的气体，向所述生物反应罐供给含氧气体的构件，和在生物反应罐的上部喷洒微生物所需的水(例如，生物处理后的已处理水)的喷洒构件。然而，启动所述设备存在下列问题：
(1)除非所述生物脱硫设备快速启动，否则因为诸如可由气体中的硫化氢浓度造成的腐蚀的问题，生物气在锅炉或发电机中有效利用是不可行的。
(2)几乎不能同时实现快速启动和启动后的稳定处理。
(3)喷洒单元堵塞。
为了解决这些问题，使硫氧化细菌附着于填充材料，以及用一些指示(indicator)判断附着于所述填充材料的硫氧化细菌的量是否足以实现预定的硫化氢除去是重要的。
发明内容
本发明的目的是提供生物脱硫设备，所述设备可以在含微生物的液体或淤泥的循环下通过使硫氧化细菌附着于载体填充层而启动，并可判断从含微生物的液体或淤泥的循环转换至喷洒水的时机，以及启动所述设备的方法。
在本发明的一方面，所述生物脱硫设备包括向其中引入含硫化氢气体的气体的生物反应罐，设置于所述生物反应罐中并填充用于附着微生物的载体的载体填充层，向所述生物反应罐供给含氧气体的构件，和两个或更多个喷洒机件，所述喷洒机件在所述生物反应罐的上部喷洒生物体所需的水。
根据本发明，可以提供生物脱硫设备，其可以在含微生物的液体或淤泥的循环下通过使硫氧化细菌附着于载体填充层而启动，并可判断从含微生物的液体或淤泥的循环转换至喷洒水的时机，以及启动所述设备的方法。
附图说明
图1A是实施例1中本发明生物脱硫设备的整体示意图。
图1B是图1A中第一喷洒机件中的管道的仰视图。
图2是实施例2中本发明生物脱硫设备的整体示意图。
图3是实施例3中本发明生物脱硫设备的整体示意图。
图4是实施例4中本发明生物脱硫设备的整体示意图。
图5是实施例5中本发明生物脱硫设备的整体示意图。
具体实施方式
下面详细描述根据本发明的生物脱硫设备。
(1)如上所述，本发明的生物脱硫设备包括生物反应罐、载体填充层、向所述生物反应罐供给含氧气体的构件、和两个或更多个喷洒机件。所述喷洒机件具有第一喷洒机件和第二喷洒机件，所述第一喷洒机件用于引入含微生物的液体或淤泥作为微生物脱硫的种泥(seed sludge)，并使其在所述生物反应罐中循环，所述第二喷洒机件在所述生物反应罐中的载体填充层上喷洒具有少量固体的水(生物处理水(biologically treated water))。所述第一喷洒机件具有循环罐、循环泵和管道(循环管)，所述管道将它们连接，以将含微生物的液体或淤泥作为微生物脱硫的种泥引入并循环至例如所述生物反应罐。
(2)启动根据本发明的生物脱硫设备的方法是启动上述(1)的生物脱硫设备的方法，所述方法包括在含微生物的液体或淤泥的循环下，通过将含硫化氢气体和含氧气体供给生物反应罐而使微生物附着于载体的同时，启动生物脱硫设备，其中所述生物脱硫设备具有第一和第二喷洒机件，其中所述第一喷洒机件具有循环罐、循环泵和管道，所述管道用于引入含微生物的液体或淤泥作为微生物脱硫用的种泥，并使其在所述生物反应罐中循环，且在所述第一喷洒机件中，用于连接循环罐和生物反应罐的管道延伸至生物反应罐的内部，且所述管道的延伸部分具有直径为5到20mm的孔，所述第二喷洒机件设置于生物反应罐的顶部并具有在载体填充层上喷洒水的管道，且在第二喷洒机件中的所述管道延伸至生物反应罐的内部，且所述管道的延伸部分具有分散水的能力优异的喷嘴。
转换至在生物反应罐的上部喷洒水的方法包括：
(2-1)下述方法：测量从生物反应罐排出的水的pH和/或碱度，且当从生物反应罐排出的水的pH和/或碱度降低时，停止循环含微生物的液体或淤泥并转换至在生物反应罐的上部喷洒水。
(2-2)下述方法：测量在生物反应罐出口处的气体中的硫化氢气体浓度，且当所述出口处的气体中的硫化氢浓度降低时，停止循环含微生物的液体或淤泥并转换至在生物反应罐的上部喷洒水。
(2-3)下述方法：检测循环罐中的水的浊度，且当确认循环罐中浑浊时，停止循环含微生物的液体或淤泥并转换至在生物反应罐的上部喷洒水。
(2-4)下述方法：通过上述(2-1)到(2-3)中两种或多种的方法，通过判断转换的时机而从循环含微生物的液体或淤泥转换至在生物反应罐的上部喷洒水。
在本发明中，来自进行厌氧消化处理的消化液体或消化淤泥可用作所述种泥。
现在，参考附图详细描述根据本发明实施方案的生物脱硫设备的具体实施例。然而，本发明实施方案不局限于下列描述。
实施例1
参考图1A和图1B描述实施例1中的本发明生物脱硫设备。图1A是所述生物脱硫设备的整体示意图，图1B是图1A中的第一喷洒机件中的管道的仰视图。
在图中，1是向其中引入含硫化氢气体的气体的生物反应罐。各自填充用于附着微生物的载体的载体填充层2a、2b竖直地设置于所述生物反应罐1中。所述生物反应罐1从底部供给含硫化氢的气体和空气。在生物反应罐1上部喷洒生物体所需的水的第一喷洒机件3和第二喷洒机件4分别设置于生物反应罐1中和它附近。
第一喷洒机件3是一个将含微生物的液体或淤泥作为微生物脱硫的种泥引入生物反应罐1中，并使其在生物反应罐中1循环的机件。第一喷洒机件3具有循环罐5、循环泵6、和用于将循环罐5和生物反应罐1连接的循环管7。所述循环管7延伸至生物反应罐1的内部，且该管道的延伸部分具有多个直径为5到20mm的孔8(参见图1A)。孔8将含微生物的液体或淤泥喷在载体填充层2a、2b上，并设置为大于后面描述的喷嘴的孔直径。循环管7中插有阀门9a。
第二喷洒机件4具有延伸至生物反应罐的内部的管道10。分散水的能力优异的喷嘴11设置于管道10的延伸部分。阀门9b插入管道10中。具有少量固体的水(例如，由排出的水的生物处理得到的已处理水；下称生物处理水)从管道10的喷嘴11喷在载体填充层2a、2b上。在图中，数字12指排水管，数字13指已处理气体管，数字14指用于向生物反应罐1供给空气的空气供给管(供给含氧气体的构件)。
如图1所示，实施例1中的生物脱硫设备具有向其中引入含硫化氢气体的气体的生物反应罐1，设置于所述生物反应罐中并填充用于附着微生物的载体的载体填充层2a、2b，向生物反应罐供给含氧气体的构件，向生物反应罐上部引入含微生物的液体或淤泥的第一喷洒机件3，和向生物反应罐上部喷生物处理水的第二喷洒机件4。
当这样构成的生物脱硫设备启动后，已经引入含微生物的液体或淤泥的循环罐5、循环泵6和循环管7用于将含微生物的液体或淤泥循环并供给至生物反应罐1，同时向所述生物反应罐供给含硫化氢的气体和空气，并使微生物附着于载体填充层2a、2b的载体。通过这样的启动，使硫氧化细菌附着于填充层2a、2b，并用作种菌(seed bacteria)以增殖为附着于填充层2a、2b的硫氧化细菌。
在图1中，如果含有大量固体的液体(比如消化淤泥)在与具有用于喷洒生物处理水的喷嘴的管道相同的管道中循环，则将担心喷嘴被固体堵塞。即使被循环的原液是具有少量固体的液体，在硫氧化细菌的作用下，气体中的硫化氢氧化时可以部分形成固体元素硫，引起喷嘴的堵塞。
在实施例1中，用于启动生物脱硫设备的喷洒管10和循环管7可以设置为单独的线路以解决上述喷嘴11的堵塞。在喷洒生物处理水时，水完全通过喷嘴11分散，由此可以有效地促进硫化氢气体在液体中的溶解反应及其在载体填充层中的生物反应。
在实施例1中，含微生物的液体或淤泥可以是含有硫氧化细菌的任何一种，所述硫氧化细菌的生长环境是含有硫化氢、很少量的氧气和水的环境下。具体地，所述含微生物的液体或淤泥可以是经另一操作中的生物脱硫设备处理的溶液、由厌氧消化处理得到的消化液体、消化淤泥等。发明人已证实当消化液体或消化淤泥的表面的一部分暴露于氧气后，生物脱硫设备可通过消化液体或消化淤泥中存在的硫氧化细菌快速启动。
实施例2
参考图2，详细描述实施例2中的本发明生物脱硫设备。和图1中相同的元件指定同样的标记数字，以省略对它们的描述，这里仅描述主要部分。实施例2中的生物脱硫设备的特征在于，在排水管12中设置用于测量从生物反应罐1排出的排出水的pH的pH计21。可选地，可以代替用于测量pH的pH计而设置用于测量碱度的测量计。
在图2中，将含微生物的液体或淤泥引入循环罐5中，在循环所述液体或淤泥的同时，用含硫化氢气体的气体和含氧气体(空气)通气，以启动设备。当硫氧化细菌由此已充分附着于填充层2a、2b后，气体中的硫化氢被氧化成元素硫(S0)，其中的一部分进一步氧化成硫酸。
当硫酸的浓度增大时，排出的水的pH和碱度将迅速下降。随着pH和碱度下降的时机，停止循环含微生物的液体或淤泥，并转换至用生物处理水喷洒。
主要可归因于硫酸的pH和碱度下降是不理想的，因为该下降引起生物脱硫设备中的管道和生物反应罐1的主体的腐蚀。另一方面，该下降作为硫氧化细菌充分附着至载体填充层2a、2b的指示。
根据实施例2，排水管12设有pH计21，且当检测到低于预定水平的pH或碱度时，转换至用生物处理水喷洒，从而防止腐蚀同时快速启动生物脱硫设备，甚至在启动后，也可实现稳定处理。
在发明人进行的试验中，实际上观察到当通过含有10000ppm硫化氢气体的气体，同时循环含有约4000mg/L碱的消化液体时，碱度在约3到4天内降至约1000mg/L，随后pH快速下降(从约7降至2-3)。由此结果，据估计，优选当碱度降至1000mg/L或更小或pH降至6或更小时转换至用生物处理水喷洒。
实施例3
参考图3，详细描述实施例3中的本发明生物脱硫设备。和图1中相同的元件指定同样的标记数字，以省略对它们的描述，这里仅描述主要部分。实施例3中的生物脱硫设备的特征在于，在引自生物反应罐1的已处理气体管13中设置用于测量硫化氢浓度的硫化氢浓度检测器22。
在图3中，将含微生物的液体或淤泥引入循环罐5中，在循环所述液体或淤泥的同时，用含硫化氢气体的气体和含氧气体通气，以启动设备。当硫氧化细菌由此已充分附着于载体后，所述气体中的硫化氢的一部分被氧化成元素硫(S0)，其中的一部分进一步氧化成硫酸。
这伴随着所述气体中硫化氢的脱硫，以降低已处理气体中的硫化氢浓度。当已处理气体中的硫化氢的浓度满足预定的除去性能时，可以假定载体附着有足量的生物体。从而在该时机，停止循环含微生物的水或淤泥并转换至用生物处理水喷洒。
根据实施例3，已处理气体管13设有硫化氢浓度检测器22，从而通过已处理气体中的硫化氢浓度判断转换至用生物处理水喷洒的时机。因此，可以快速启动生物脱硫设备以稳定处理。
在发明人进行的试验中，实际上观察到当通过含有10000ppm硫化氢气体的气体同时循环含有约4000mg/L碱的消化液体时，已处理的气体中的硫化氢逐渐减少，并在2到4天减至0附近。
实施例4
参考图4，详细描述实施例4中的本发明生物脱硫设备。和图1中相同的元件指定同样的标记数字，以省略对它们的描述，这里仅描述主要部分。实施例4中的生物脱硫设备的特征在于，在循环罐5中设置用于检测循环罐5中的含微生物的液体或淤泥的浊度的检测器23(例如，照相机)。当使用照相机时，通过图像分析判断淤泥或液体的色度。
在图4中，将含微生物的液体或淤泥引入循环罐5中，在循环所述液体或淤泥的同时，用含硫化氢气体的气体和含氧气体通气，以启动设备。当硫氧化细菌由此已充分附着于载体后，所述气体中的硫化氢的一部分被氧化成元素硫(S0)，其中的一部分进一步氧化成硫酸。随着元素硫增多，循环液体变浑浊。该浊度用设置于循环罐5中的检测器23检测，当浊度增至预定的水平或更大时，停止循环含微生物的液体或淤泥并转换至用生物处理水喷洒。
根据实施例4，循环罐5设有检测器23，从而检测循环罐5中的含微生物的液体或淤泥的浊度，以判断形成的元素硫的增多。通过检测这一浊度，可以判断转换至用生物处理水喷洒的时机。因此，可以快速启动生物脱硫设备以稳定处理。
在实施例4中检测浊度的方法不局限于上述使用检测器的检测方法。可以设想的检测方法的实例包括视觉检查，和包括取出循环罐中的试样量(aliquot)的水，然后通过视觉检查或图像分析判断取出的水中的固体的颜色的方法。
实施例5
参考图5，详细描述实施例5中的本发明生物脱硫设备。和图1中相同的元件指定同样的标记数字，以省略对它们的描述，这里仅描述主要部分。
实施例5中的生物脱硫设备的特征在于，在排水管12中设置pH计21，在已处理气体管13中设置硫化氢浓度检测器22，且在循环罐5中设置检测器23。
在图5中，将含微生物的液体或淤泥引入循环罐5中，在循环所述液体或淤泥的同时，用含硫化氢气体的气体和含氧气体通气，以启动设备。当硫氧化细菌由此已充分附着于载体后，所述气体中的硫化氢的一部分被氧化成元素硫(S0)，其中的一部分进一步氧化成硫酸。这伴随着元素硫的增多，已处理的气体中的硫化氢浓度的降低，和可归因于硫酸增多的pH和碱度的降低。
根据实施例5，通过pH计21检测排出的淤泥或液体的pH，通过硫化氢浓度检测器22检测已处理气体中的硫化氢浓度，且通过检测器23检测液体或淤泥的浊度。这样，可以基于多个项目判断转换至用生物处理水喷洒，以使判断更精确。
实施例5已描述了基于pH、硫化氢浓度和浊度转换至用生物处理水喷洒的情形，但这不是限制性的，转换至用水喷洒可基于两个或更多个项目进行，例如pH、硫化氢浓度等。
尽管上面的实施例1到5已描述了使用含微生物的液体或淤泥作为微生物脱硫的种泥的情形，但也可使用来自进行厌氧消化处理的设备的消化液体，或消化淤泥。

Claims (7)

1.生物脱硫设备，其包括向其中引入含硫化氢气体的气体的生物反应罐，设置于所述生物反应罐中并填充用于附着微生物的载体的载体填充层，向所述生物反应罐供给含氧气体的构件，和两个或更多个喷洒机件，所述喷洒机件在所述生物反应罐的上部喷洒生物体所需的水。
2.启动权利要求1的生物脱硫设备的方法，其包括在含微生物的液体或淤泥的循环下，通过向生物反应罐供给含硫化氢气体和含氧气体使微生物附着于载体的同时，启动生物脱硫设备，其中所述生物脱硫设备具有第一喷洒机件和第二喷洒机件，其中：
所述第一喷洒机件具有循环罐、循环泵和管道，所述管道用于引入作为生物脱硫的种泥的含微生物的液体或淤泥，并使其在所述生物反应罐中循环，且在所述第一喷洒机件中，用于将循环罐和生物反应罐连接的管道延伸至生物反应罐的内部，且所述管道的延伸部分具有直径为5到20mm的孔，且
所述第二喷洒机件设置于所述生物反应罐的顶部，并具有用于在载体填充层上喷洒水的管道，且所述第二喷洒机件中的所述管道延伸至生物反应罐的内部，且所述管道的延伸部分具有分散水的能力优异的喷嘴。
3.根据权利要求2的启动生物脱硫设备的方法，其中测量从所述生物反应罐排出的水的pH和/或碱度，且当从生物反应罐排出的水的pH和/或碱度降低时，停止循环所述含微生物的液体或淤泥，并转换至在生物反应罐的上部喷洒水。
4.根据权利要求2的启动生物脱硫设备的方法，其中测量在生物反应罐出口处的气体中的硫化氢气体浓度，且当所述出口处的气体中的硫化氢浓度降低时，停止循环所述含微生物的液体或淤泥，并转换至在生物反应罐的上部喷洒水。
5.根据权利要求2的启动生物脱硫设备的方法，其中检测循环罐中的水的浊度，且当确认循环罐中浑浊时，停止循环所述含微生物的液体或淤泥，并转换至在循环罐的上部喷洒水。
6.启动生物脱硫设备的方法，其包括利用权利要求3到5中的两种或多种方法，通过判断转换的时机从循环所述含微生物的液体或淤泥转换至在生物反应罐的上部喷洒水。
7.根据权利要求2到5任意一项的启动生物脱硫设备的方法，其中来自进行厌氧消化处理的设备的消化液体、或消化淤泥用作所述种泥。
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