CN101948705A - 一体化沼气安全生物脱硫装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体化沼气安全生物脱硫装置。它包括沼气生物脱硫区I和吸硫液生物再生区II，沼气生物脱硫区I设有沼气均布器、生物填料层、第二集气室、吸硫液喷淋头和净化沼气排出管；吸硫液生物再生区II设有排硫管、贮硫斗、吸硫液输出管、曝气头、吸硫液生物再生筒、锥状挡气板、吸硫液连通管、第一集气室、锥形吸硫液收集器、直角形气室导气管和液位调节筒。本装置的优点有：①沼气生物脱硫与吸硫液生物再生融于一体，占地面积小，投资成本低；②沼气与空气分隔，操作安全，控制方便；③在沼气生物脱硫区硫化氢边吸收边反应，吸硫液生物再生循环利用，不产生二次污染物；④回收单质硫，可实现废物资源化。

Description

一体化沼气安全生物脱硫装置
技术领域
本发明涉及一种一体化沼气安全生物脱硫装置，适用于沼气工程、有机废水厌氧处理工程等。
背景技术
沼气发酵是有机废水处理的重要手段之一。由于运行成本低、污泥产量少、可回收沼气，沼气发酵技术受到了环境工程界的青睐。生活污水含有3～6mg/L有机硫和30～60mg/L无机硫，一些工业有机废水(如纸浆废水、制革废水、制药废水等)的硫酸盐含量甚至高达9000mg/L以上。在这些含硫废水的厌氧生物处理过程中，会产生大量硫化氢气体，浓度约为1～20g/m3。硫化氢是一种剧毒有害气体。在空气中及潮湿环境条件下，硫化氢对管道、燃烧器以及其它金属设备、仪器仪表等有强烈腐蚀作用；硫化氢燃烧生成二氧化硫，可直接影响人类身体健康；二氧化硫遇水生成硫酸，则有强烈的腐蚀作用。沼气脱硫是沼气生产中不可或缺的处理工序。
沼气脱硫的方法有化学法、物化法和生物法等。目前我国沼气工程上普遍应用的脱硫技术以物理化学法为主(俗称干法脱硫)，即用三氧化二铁脱硫剂脱除沼气中的H2S。在常温下，沼气通过脱硫剂床层，硫化氢与活性氧化铁接触，生成三硫化二铁，然后与空气接触，铁的硫化物转化为氧化铁和单质硫。这样的脱硫再生过程可循环多次，直至氧化铁脱硫剂表面的大部分孔隙被硫或其他杂质覆盖而失去活性。氧化铁干法脱硫工艺简单，成熟可靠，造价低(25m3脱硫塔造价约为8万)，能达到较高的净化程度。但是，此法处理成本较高(15元/kg(H2S)左右)，运行操作麻烦(每4～6个月需更换或再生脱硫剂一次)，且废弃的脱硫剂存在二次污染问题。
与物理法和化学法相比，生物法脱硫具有设备简单、成本低、环保清洁、可回收单质硫等特点，是极具发展潜力的脱硫技术。目前，沼气生物脱硫主要分为两种形式，一种是沼气脱硫和废水生物脱硫的分置式组合(如Shell-Paques工艺)，此类装置能保证沼气中氧气含量达到安全要求，但该工艺往往需要洗涤塔和生物反应器两个构筑物，占地面积较大，投资成本高；另一种是同时向生物反应器中输入含硫化氢沼气、空气和营养液，此类工艺往往需要精确控制空气的供给量，对设备要求较高，投资较大，且存在安全隐患。
将沼气生物脱硫和吸硫液生物再生合二为一，开发一体式沼气安全生物脱硫装置，不仅可以简化设备，减少投资成本，而且沼气和空气分隔，操作安全，控制方便。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种一体化沼气安全生物脱硫装置。
一体化沼气安全生物脱硫装置包括沼气生物脱硫区I和吸硫液生物再生区II，沼气生物脱硫区I位于吸硫液生物再生区II上部；沼气生物脱硫区I从下至上依次设有沼气均布器、生物填料层、第二集气室、吸硫液喷淋头和净化沼气排出管；吸硫液生物再生区II主体为吸硫液生物再生筒，吸硫液生物再生筒内部从下往上依次设有排硫管、贮硫斗、吸硫液输出管、曝气头、锥状挡气板、吸硫液连通管和锥形吸硫液收集器，吸硫液连通管和锥形吸硫液收集器外壁与吸硫液生物再生筒内壁之间构成第一集气室，吸硫液生物再生筒上部外侧壁设有液位调节筒，液位调节筒通过直角形气室导气管与第一集气室连通。
所述的沼气生物脱硫区I和吸硫液生物再生区II上下串联，合为一体；脱硫区I和再生区II的体积比为1∶1～2∶1。所述的沼气均布器由1根主管和6根支管组成，每根支管上间隔10cm设1根垂直向下的曝气管，曝气管伸入吸硫液5～10cm；生物填料层底部高出吸硫液液面20cm，生物填料层顶部比吸硫液喷淋头低20～30cm。所述的锥形吸硫液收集器底角β为30°，锥状挡气板用于阻挡吸硫液生物再生区II的氧气上逸；直角形气室导气管输入端中心线与锥形吸硫液收集器底部同高，直角形气室导气管的输出端伸入液位调节筒液面以下8～12cm；吸硫液连通管伸入液面以下18～22cm，锥状挡气板底端直径与吸硫液连通管直径之比为1∶2～1∶3，锥状挡气板底端与吸硫液连通管底端的距离为吸硫液连通管直径的1倍；贮泥斗位于曝气头下面，贮泥斗的底角α为55°。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：①沼气生物脱硫与吸硫液生物再生融于一体，占地面积小，投资成本低；②沼气与空气分隔，操作安全，控制方便；③在沼气生物脱硫区硫化氢边吸收边反应，吸硫液生物再生循环利用，不产生二次污染物；④回收单质硫，可实现废物资源化。
附图说明
图1是一体化沼气安全生物脱硫装置的结构示意图；
图2是本发明的沼气均布器的结构示意图；
图中：排硫管1、贮硫斗2、吸硫液输出管3、曝气头4、吸硫液生物再生筒5、锥形挡气板6、吸硫液连通管7、直角形气室导气管8、第一集气室9、液位调节筒10、锥形吸硫液收集器11、沼气均布器12、生物填料层13、第三集气室14、吸硫液喷淋头15和净化沼气排出管16。
具体实施方式
如图所示，一体化沼气安全生物脱硫装置包括沼气生物脱硫区I和吸硫液生物再生区II，沼气生物脱硫区I位于吸硫液生物再生区II上部；沼气生物脱硫区I从下至上依次设有沼气均布器12、生物填料层13、第二集气室14、吸硫液喷淋头15和净化沼气排出管16；吸硫液生物再生区II主体为吸硫液生物再生筒5，吸硫液生物再生筒5内部从下往上依次设有排硫管1、贮硫斗2、吸硫液输出管3、曝气头4、锥状挡气板6、吸硫液连通管7和锥形吸硫液收集器11，吸硫液连通管7和锥形吸硫液收集器11外壁与吸硫液生物再生筒5内壁之间构成第一集气室9，吸硫液生物再生筒5上部外侧壁设有液位调节筒10，液位调节筒10通过直角形气室导气管8与第一集气室9连通。
所述的沼气生物脱硫区I和吸硫液生物再生区II上下串联，合为一体；脱硫区I和再生区II的体积比为1∶1～2∶1。所述的沼气均布器12由1根主管和6根支管组成，每根支管上间隔10cm设1根垂直向下的曝气管，曝气管伸入吸硫液5～10cm；生物填料层13底部高出吸硫液液面20cm，生物填料层13顶部比吸硫液喷淋头低20～30cm。所述的锥形吸硫液收集器11底角β为30°，锥状挡气板6用于阻挡吸硫液生物再生区II的氧气上逸；直角形气室导气管8输入端中心线与锥形吸硫液收集器11底部同高，直角形气室导气管8的输出端伸入液位调节筒10液面以下8～12cm；吸硫液连通管7伸入液面以下18～22cm，锥状挡气板6底端直径与吸硫液连通管7直径之比为1∶2～1∶3，锥状挡气板6底端与吸硫液连通管7底端的距离为吸硫液连通管7直径的1倍；贮泥斗2位于曝气头4下面，贮泥斗的底角α为55°。
本发明三个系统工作过程如下：
(1)沼气生物脱硫系统。主要包括沼气均布器12、生物填料层13、第二集气室14、吸硫液喷淋头15和净化沼气排出管16。含硫化氢沼气从装置中部输入，经沼气均布器12，在吸硫液中以鼓泡的形式进入沼气脱硫区I，增加沼气湿度，均匀布气，减少气体短流的可能性；吸硫液从与吸硫液回流管3相连的吸硫液喷淋头15输入装置。含硫化氢沼气和吸硫液在生物填料层13相互接触，硫化氢在碱性吸硫液中通过化学吸收、化学氧化和生物转化的方式得到脱除。净化后的沼气进入第二集气室14，再由净化沼气排出管16输出反应器；喷淋而下的吸硫液由生物填料层13下面的锥形吸硫液收集器11收集，再由吸硫液连通管7导入吸硫液生物再生区II。
(2)吸硫液生物再生系统。主要包括排硫管1、贮硫斗2、吸硫液输出管3、曝气头4、吸硫液生物再生筒5、锥状挡气板6、吸硫液连通管7、锥形吸硫液收集器11和第一集气室9。吸硫液吸收硫化氢后由锥形吸硫液收集器11收集，再由吸硫液连通管7导入吸硫液生物再生区II；空气从装置底部的空气输入管输入，经曝气头4后均匀曝气。需再生的吸硫液和空气在吸硫液生物再生筒内相互接触，在硫细菌作用下，吸硫液中的硫化氢转化成单质硫。吸硫液经生物再生后，通过吸硫液输出管3，在喷淋泵的作用下继续参与沼气生物脱硫。尾气进入第一集气室，通过直角形气室导气管8排出反应器。生物作用产生的单质硫沉淀至吸硫液生物再生筒5底部的贮硫斗2，定期排放或回收。
(3)沼气安全防护系统。主要包括锥状挡气板6、吸硫液连通管7、直角形气室导气管8、第一集气室9和锥形吸硫液收集器11。锥形吸硫液收集器11底板用于分隔沼气生物脱硫区I和吸硫液生物再生区II的气相，吸硫液连通管7用于连通沼气生物脱硫区I和吸硫液生物再生区II的液相，锥状挡气板6用于阻挡吸硫液生物再生区II的氧气上逸。吸硫液生物再生产生的尾气在锥形吸硫液收集器11底板的阻隔作用和锥形挡气板6的阻挡作用下收集于第一集气室，由直角形气室导气管8排出。沼气输入沼气生物脱硫区I，空气输入吸硫液生物再生区II，彼此分隔，操作安全，控制方便。
(4)脱硫液外排和补给系统。液位调节筒10上部设溢流堰，以控制反应器内吸硫液的液位：当装置内脱硫液液位超过设定值时，多余脱硫液通过溢流堰排出反应器；定期排硫会导致装置内脱硫液液面下降，向液面调节筒10中加入一定量的脱硫液，直至液面调节筒内脱硫液液面与溢流堰的堰口齐平。

Claims (4)

1.一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征在于包括沼气生物脱硫区I和吸硫液生物再生区II，沼气生物脱硫区I位于吸硫液生物再生区II上部；沼气生物脱硫区I从下至上依次设有沼气均布器(12)、生物填料层(13)、第二集气室(14)、吸硫液喷淋头(15)和净化沼气排出管(16)；吸硫液生物再生区II主体为吸硫液生物再生筒(5)，吸硫液生物再生筒(5)内部从下往上依次设有排硫管(1)、贮硫斗(2)、吸硫液输出管(3)、曝气头(4)、锥状挡气板(6)、吸硫液连通管(7)和锥形吸硫液收集器(11)，吸硫液连通管(7)和锥形吸硫液收集器(11)外壁与吸硫液生物再生筒(5)内壁之间构成第一集气室(9)，吸硫液生物再生筒(5)上部外侧壁设有液位调节筒(10)，液位调节筒(10)通过直角形气室导气管(8)与第一集气室(9)连通。
2.根据权利要求1所述的一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征在于：所述的沼气生物脱硫区I和吸硫液生物再生区II上下串联，合为一体；脱硫区I和再生区II的体积比为1∶1～2∶1。
3.根据权利要求1所述的一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征在于：所述的沼气均布器(12)由1根主管和6根支管组成，每根支管上间隔10cm设1根垂直向下的曝气管，曝气管伸入吸硫液5～10cm；生物填料层(13)底部高出吸硫液液面20cm，生物填料层(13)顶部比吸硫液喷淋头低20～30cm。
4.根据权利要求1所述的一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征在于：所述的锥形吸硫液收集器(11)底角β为30°，锥状挡气板(6)用于阻挡吸硫液生物再生区II的氧气上逸；直角形气室导气管(8)输入端中心线与锥形吸硫液收集器(11)底部同高，直角形气室导气管(8)的输出端伸入液位调节筒(10)液面以下8～12cm；吸硫液连通管(7)伸入液面以下18～22cm，锥状挡气板(6)底端直径与吸硫液连通管(7)直径之比为1∶2～1∶3，锥状挡气板(6)底端与吸硫液连通管(7)底端的距离为吸硫液连通管(7)直径的1倍；贮泥斗(2)位于曝气头(4)下面，贮泥斗的底角α为55°。
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