CN101780373A - 生物法脱除沼气中硫化氢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物法脱除沼气中硫化氢的方法，包括如下步骤：(1)沼气由填料式喷淋吸收塔的进气口进气；(2)沼气经过填料并与喷淋液反应以脱除沼气中的H2S，喷淋液为含有NaOH和Na2CO3的溶液；(3)净化后的沼气和吸收有H2S的喷淋液由吸收塔排出；(4)吸收塔排出的喷淋液一部分送回吸收塔进行循环喷淋，另一部分添加营养液后再输送到生物滤塔内，营养液含有氮源和磷源；(5)将输送到生物滤塔的喷淋液与营养液的混合液喷淋到生物滤料上，空气由生物滤塔的进气口输入，生物滤料中的微生物利用空气中氧气对混合液进行处理以将混合液中的硫离子转化为硫酸盐；(6)将步骤(5)处理后得到的溶液输送到填料式喷淋吸收塔中作为喷淋液供循环使用。

Description

生物法脱除沼气中硫化氢的方法
技术领域
本发明涉及一种生物法脱除沼气中硫化氢的方法，属于环境保护技术领域。
背景技术
沼气是一种可再生的生物质能源，但沼气中所含硫化氢是一种剧毒、恶臭、腐蚀性的气体，H2S的臭阙很低，只有0.5ppb，同时具有很强呼吸道和神经毒性，长时间处于300ppmH2S环境中会导致生命危险，而在H2S浓度高于2000ppm环境中只需几分钟即可致命。沼气中硫化氢浓度一般为200-400ppm，因而必须在使用前进行有效地脱硫处理。目前常用的沼气脱硫的主要方法有物化法和生物法。物化法包括金属氧化物氧化法、活性炭吸附法、碱液吸收法等，其中使用金属氧化物氧化法和活性炭吸附工艺再生过程复杂且易造成二次污染，碱液吸收法不能循环使用导致成本较高。生物法中目前已有生物活性污泥法和生物滤池工艺，生物活性污泥法操作复杂，造价较高，生物滤池工艺需将空气通入沼气中存在一定的安全风险。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种低成本、安全可靠的生物法脱除沼气中硫化氢的方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：该生物法脱除沼气中硫化氢的方法主要包括如下步骤：
(1)沼气由填料式喷淋吸收塔的进气口进气；
(2)沼气经过填料并与喷淋液反应以脱除沼气中的H2S，所述喷淋液为含有NaOH和Na2CO3的溶液；
(3)净化后的沼气由所述吸收塔的排气口排出，吸收有H2S的喷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的喷淋液一部分输送回所述填料式喷淋吸收塔进行循环喷淋；另一部分添加营养液，后再将该喷淋液与营养液的混合液输送到生物滤塔内，所述营养液含有氮源和磷源；
(5)将输送到生物滤塔的喷淋液与营养液的混合液喷淋到生物滤塔内的生物滤料上，同时空气由生物滤塔的进气口输入，生物滤料中的微生物利用空气中的氧气对该混合液进行处理以将该混合液中的硫离子转化为硫酸盐；
(6)将步骤(5)处理后得到的溶液输送到填料式喷淋吸收塔中作为喷淋液供循环使用。
进一步地，本发明步骤(2)所述的喷淋液的PH值控制在8.0以上，步骤(5)中的喷淋到生物滤料上的喷淋液与营养液的混合液的PH值控制在9.0以下。
进一步地，本发明所述沼气在填料式喷淋吸收塔中的停留时间为1-2min。
进一步地，本发明步骤(5)中所述的混合液在生物滤塔中的停留时间为20-60min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：流程简单、操作简便，运行成本低、无二次污染。硫化氢被氧化为硫酸盐，避免直接生成二氧化硫造成二次污染物，脱硫效率高于90％，处理后的沼气达到后续利用要求。采用双反应器(即吸收塔和生物滤塔)，避免了目前生物滤池工艺会在沼气中引入空气产生爆炸的隐患。
附图说明
图1是本发明生物法脱除沼气中硫化氢所使用的装置的结构示意图。
图1中，1.填料式喷淋吸收塔，2.生物滤塔，3.吸收塔填料，4.吸收塔喷淋装置，5.营养液进液管，6-7.提升泵，8.沼气进气管，9.生物滤塔喷淋装置，10.生物滤料，11.空气进气管，12.空气出气管，13、21.循环管，14.排液管，15.软化水进水管，16.碱液进液管，17.沼气出气管，18-20.流量阀，22.分流管。
具体实施方式
本发明可使用图1所示的装置实现生物法脱除沼气中硫化氢。
在图1中，填料式喷淋吸收塔1塔体中下部安装有沼气进气管8，顶部设有沼气出气管17，中部装有填料层，该填料层中置有吸收塔填料3，循环管13在吸收塔1外连接吸收塔底部和顶部，并通过提升泵7将喷淋液加压输送到吸收塔顶部的喷淋装置4进行喷淋。吸收塔1通过与循环管13连接的分流管22和生物滤塔2相连，分流管22安装有营养液进液管5。生物滤塔2内置生物滤料10，并设有空气进气管11和空气出气管12，顶部安装有喷淋装置9，底部通过循环管21连接循环管13和填料式喷淋吸收塔1。循环管21通过接口连接有排液管14、软化水进水管15、碱液进液管16以及提升泵7。循环管13、21和分流管22上均装有流量阀18-20。
实施例1
本实施例中，填料式喷淋吸收塔1的高度为1m，直径0.25m，内置高约0.5m的聚丙烯填料3，吸收塔顶部装有喷淋装置4。H2S含量为300ppm的沼气通过吸收塔1中部的沼气进气管8进入塔内，在压力的作用下通过吸收塔1的填料3向塔顶扩散，沼气在吸收塔1的停留时间为2min。塔顶的喷淋装置4将含有Na2CO3和NaOH的喷淋液喷洒在填料层的填料3上，喷淋液总体积为10L，沼气在向上扩散的过程中与喷淋液发生以下反应：
H2S+OH-＝HS-+H2O                (1)
H2S+CO3 2-＝HS-+HCO3 -            (2)
CO2+OH-＝HCO3 -                  (3)
HCO3 -+OH-＝CO3 2-+H2O            (4)
由此，H2S中的硫元素即转化为HS-被喷淋液吸收，净化后的沼气由吸收塔1的沼气出气管17排出，出口沼气中H2S的浓度约为19ppm，净化率为93.6％。吸收有H2S的喷淋液以10L/h的流量由吸收塔的底部循环管13排出，从吸收塔排出的吸收有H2S的喷淋液中的85％经提升泵6加压后输送回吸收塔1进行循环喷淋，另外15％的喷淋液进入分流管22，再通过营养液进液管5以5ml/h流量添加营养液后，后将该喷淋液与营养液的混合液泵压到生物滤塔2内，其中，营养液成分为30wt％磷酸二氢铵溶液。
生物滤塔2高1m，直径0.25m，塔内装有生物滤料10，顶部安装有喷淋装置9。将喷淋液与营养液的混合液喷淋到生物滤塔内的生物滤料10上，该生物滤料10为生物陶粒滤料，同时空气由生物滤塔2的空气进气管11输入，生物滤料10中的微生物利用空气中的氧气对该混合液进行处理以将该混合液中的硫离子转化为硫酸盐，具体反应如下：
4HS-+O2＝4S+2H2O                       (5)
2S+O2+2H2O＝2SO4 2-+4H+                 (6)
混合液在生物滤塔2的停留时间为20min，处理后由生物滤塔底部循环管21排出，泵压输送到填料式喷淋吸收塔1作为喷淋液供循环使用。
整个脱硫系统在长期运行过程中循环管13和循环管21中的循环液的PH值会逐渐下降。发明人经过研究发现，当PH小于8.0时吸收塔对H2S的净化率将很难达到90％以上；而当PH大于9.0时，则会抑制生物滤料中微生物对含硫混合液的降解效果，因而在运行过程中循环液的PH控制在8.0-9.0之间可使H2S的净化率将能够达到90％以上。当循环液PH或小于8.0时，可通过循环管21上的碱液进液管16添加50wt％NaOH溶液，将循环溶液PH值调整到8.0-9.0之间，同时为保证循环液中Na盐浓度恒定，需通过软化水进水管15和排液管14添加一定体积的软化水同时排放等体积的循环液。
实施例2：本实施例与实施例1的不同点是：沼气在吸收塔1的停留时间为1.5min，吸收塔1的沼气出气管17内的沼气中H2S的浓度为21ppm，净化率为93％；吸收塔1排出的吸收有H2S的喷淋液中的78％输送回吸收塔1进行循环喷淋，另外22％的喷淋液与6ml/h营养液混合后进入生物滤塔2；混合液在生物滤塔2的停留时间为30min。
实施例3：本实施例与实施例1的不同点是：沼气在吸收塔1的停留时间为1min；在吸收塔1的沼气出气管17内的沼气中，H2S的浓度为24ppm，净化率为92％；吸收塔1排出的吸收有H2S的喷淋液中的70％输送回吸收塔1进行循环喷淋，另外30％的喷淋液与7.5ml/h营养液混合后进入生物滤塔2；混合液在生物滤塔2内的停留时间为60min。

Claims (4)

1.一种生物法脱除沼气中硫化氢的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)沼气由填料式喷淋吸收塔的进气口进气；
(2)沼气经过填料并与喷淋液反应以脱除沼气中的H2S，所述喷淋液为含有NaOH和Na2CO3的溶液；
(3)净化后的沼气由所述吸收塔的排气口排出，吸收有H2S的喷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的喷淋液一部分输送回所述填料式喷淋吸收塔进行循环喷淋；另一部分添加营养液，后再将该喷淋液与营养液的混合液输送到生物滤塔内，所述营养液含有氮源和磷源；
(5)将输送到生物滤塔的喷淋液与营养液的混合液喷淋到生物滤塔内的生物滤料上，同时空气由生物滤塔的进气口输入，生物滤料中的微生物利用空气中的氧气对该混合液进行处理以将该混合液中的硫离子转化为硫酸盐；
(6)将步骤(5)处理后得到的溶液输送到填料式喷淋吸收塔中作为喷淋液供循环使用。
2.根据权利要求1所述的生物法脱除沼气中硫化氢的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的喷淋液的PH值控制在8.0以上，步骤(5)中的喷淋到生物滤料上的喷淋液与营养液的混合液的PH值控制在9.0以下。
3.根据权利要求1或2所述的生物法脱除沼气中硫化氢的方法，其特征在于：所述沼气在填料式喷淋吸收塔中的停留时间为1-2min。
4.根据权利要求1或2所述的生物法脱除沼气中硫化氢的方法，其特征在于：步骤(5)中所述的混合液在生物滤塔中的停留时间为20-60min。
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