CN102676257A - 沼气的生物脱硫装置及其清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明的沼气的生物脱硫装置具备：沼气供给源，其供给有机物甲烷发酵处理中产生的沼气；反应塔，其具有含填充材料层的液相部，且在所述液相部的上方具有气相部，该填充材料层保持有将沼气所含的硫成分通过微生物反应分解的微生物；供水机构，其以至少所述填充材料层的一部分为浸渍状态的方式向所述反应塔内供给水；上部沼气导入管路，其设置在所述沼气供给源至所述反应塔气相部之间，将脱硫处理前的沼气导入所述气相部；下部沼气导入管路，其设置在所述沼气供给源至所述填充材料层的下方的所述液相部之间，将脱硫处理前的沼气吹入所述液相部水中，通过吹入的沼气的曝气流动对所述填充材料层进行清洗。

Description

沼气的生物脱硫装置及其清洗方法

本申请基于2011年3月15日提出的在先日本专利申请2011-057240号主张优先权，在此援引加入其全部内容。

技术领域

在此记载的实施方式涉及用于对包含硫化氢等消化气体这样的沼气进行脱硫处理的沼气的生物脱硫装置及其清洗方法。

背景技术

作为下水道污泥、厨余垃圾这样的有机性废弃物、食品工厂废水等有机性废水的处理方法，多使用甲烷发酵处理。甲烷发酵处理是如下处理方法：将有机性废水投入生物反应槽，通过填充在反应槽内的甲烷发酵菌群分解有机物，生成以甲烷气体为主要成分的沼气，并分解去除废水中的有机物。

但是，在废水中包含源于蛋白质的硫成分时，由于硫酸还原菌的作用，硫成分被还原而产生硫化氢气体，从而沼气中含有硫化氢气体。由于该硫化氢气体在利用沼气时引发各种问题，因此需要将其从沼气中去除。例如，在将沼气中所含的甲烷气体作为锅炉等的燃料使用的情况下，在使沼气燃烧时，沼气中的硫化氢气体被氧化，产生硫氧化物，进而由硫氧化物生成硫酸，有可能腐蚀设备，因此需要将硫化氢从沼气中去除。

作为将沼气中所含的硫化氢气体去除的方法，利用如下方法：使用氧化铁等吸附剂将硫化氢吸附去除的干式脱硫法；在使用了碱等的水溶液中吸收去除的湿式脱硫法。但是，对于这些方法，为了吸附需要吸附剂等化学试剂，且吸附后吸附剂为废弃物，因此运行成本增加。

因此，提出了用低运行成本来进行脱硫的体系。但是，在该脱硫技术中，存在如下问题：由于在填充材料层下部或填充材料层的支撑部增殖的生物膜、或被去除的硫化氢被氧化而生成的单质硫等生成物，导致填充材料层中的流路(间隙)容易堵塞。

在由于析出的硫、增殖的硫氧化细菌而导致填充材料层堵塞时，对填充材料层进行清洗。其步骤如下：关闭流入反应塔的沼气管路和排出处理气体的气体管路，打开设置在反应塔上部的排气阀，将水灌注至填充材料层的高度以上，通过用空气对填充材料层进行曝气而使填充材料流动进行清洗，然后对内部的水进行排出，打开流入反应塔的沼气管路，用沼气对反应塔内进行气体置换，然后关闭排气阀，打开排除处理气体的气体管路，从而结束清洗操作。由于在该清洗期间不能对沼气进行脱硫处理，因此需要干式脱硫等辅助设备。

另外，为了对反应塔内进行置换，将未脱硫的未处理沼气排出到体系外，从而产生在周边环境存在臭气等问题，并且有由于沼气中所含的甲烷导致引发着火等的危险性。

另外，在通过反应塔内的沼气进行的置换不充分时，还产生如下这样问题：由于氧混入设置在后段的干式脱硫中，因此在干式脱硫中由于氧化铁与硫化氢的反应而产生发热。

发明内容

本发明是解决上述问题的方案，其目的在于，提供即使在由于生成的硫等导致填充材料层堵塞时，也边通入沼气边对没有混入空气的填充材料层进行清洗的沼气生物脱硫装置及其清洗方法。

附图说明

图1为表示第1实施方式所涉及的沼气生物脱硫装置的结构框图。

图2为表示第2实施方式所涉及的沼气生物脱硫装置的结构框图。

图3为表示第3实施方式所涉及的沼气生物脱硫装置的结构框图。

具体实施方式

在此，参照添加的附图对各种实施方式进行说明。

(1)本实施方式的沼气生物脱硫装置的特征在于，其具有：沼气供给源5，其供给在有机物的甲烷发酵处理中产生的沼气；反应塔2，其具有包含填充材料层3的液相部22，并且在所述液相部的上方具有气相部21，所述填充材料层3保持有将所述沼气所含的硫化氢通过微生物反应而分解的微生物；供水机构4、6、11、L4、L41、L11，其以至少所述填充材料层的一部分形成为浸渍状态的方式向所述反应塔内供给水；上部沼气导入管路L2，其设置在所述沼气供给源至所述反应塔的气相部之间，将脱硫处理前的沼气导入所述气相部；下部沼气导入管路L3，其设置在所述沼气供给源至所述填充材料层的下方的所述液相部之间，将脱硫处理前的沼气吹入所述液相部的水中，而通过吹入的沼气的曝气流动对所述填充材料层进行清洗。

在有机物的甲烷发酵处理中产生的沼气以甲烷和二氧化碳为主要成分，作为除此之外的微量成分，包含1～3％左右的硫化氢。硫化氢为亚硫酸气体或硫酸的发生源，增加环境负荷。因此，在沼气利用技术的领域中也提出了各种脱硫工序(例如日本特开平2-26615号公报、日本专利第3750648号公报、日本特开2002-79037号公报)。

沼气所含的硫成分在环境中如下所示，其状态发生各种变化，采用各种形态。在这些形态中，特别是如果固体状态的硫(S)生成在体系内，则产生各种不良状况。具体而言，在填充材料的表面析出固体的硫(S)，由析出的固体硫(S^*)导致填充材料层产生堵塞，妨碍水的流动，降低脱硫的处理效率。

H₂S(气体)→HS(液体)→S^2-(液体)→S^*(固体)→SO(液体)→SO₄(液体)

因此，在本实施方式的装置中，在填充材料层的下方的液相部设置下部沼气导入管路的气体喷出部，将脱硫处理前的未处理的沼气吹入液相部的水中，通过未处理的沼气对其正上方的填充材料层进行气体鼓泡。通过该吹入的沼气的曝气流动，析出、吸附在填充材料的表面的固体硫(S^*)从填充材料脱离。脱离的固体硫(S^*)形成为悬浮在水中的悬浮物质(SS)，与水一起排出至体系外。

另一方面，用于清洗处理的沼气与存在于气相部的沼气合流，在将操作从不稳定的清洗工序切换至稳定的脱硫工序之后，统一进行脱硫处理。

如上所述，通过本实施方式，可以不将原本存在于气相部中的沼气置换为空气等其他的气体种类、并且不停止脱硫处理工序中的脱硫处理装置的后段侧的操作而使清洗处理工序与脱硫处理工序同时进行，因此可以不使脱硫处理的效率大幅降低而有效地消除填充材料层的堵塞。

(2)在上述(1)所述的生物脱硫装置中，进一步具有：清洗管路L6，其设置在所述气相部至所述液相部之间；气体进给装置8，其设置在所述清洗管路上；多孔管14，其以位于所述填充材料层的下方的液相部的方式安装在所述清洗管路的端部，在通过所述供水机构的供水使直至所述填充材料层3、32的最上部浸渍在水中的状态下，并且，在经由所述上部沼气导入管路将沼气由所述沼气供给源导入所述气相部的状态下，可以利用所述气体进给装置使沼气从所述气相部通过所述清洗管路由所述多孔管吹入所述液相部的水中，通过吹入的沼气的曝气流动来清洗所述填充材料层(图1)。

在本实施方式中，通过由供水机构供给水而形成直至填充材料层的最上部浸渍在水中的液相部，另一方面，通过导入经由上部沼气导入管路的来自沼气供给源的无氧状态的沼气而形成充满沼气的气相部。接着，在该状态下启动气体进给装置(鼓风机)，经由清洗管路将气相部的未处理沼气吹入液相部的水中。通过该吹入的沼气的曝气流动，析出、吸附在填充材料的表面的固体硫从填充材料脱离，脱离的固体硫悬浮在水中形成为悬浮物质(SS)，与水一起排出到体系外。

通过本实施方式，由上述(1)的下部沼气导入管路吹入气体，并且从清洗管路的多孔管吹入气体，因此通过两处气体鼓泡的协同效果，填充材料层中的曝气流动更活跃，可以通过更短时间的清洗处理操作消除填充材料层的堵塞。

(3)在上述(2)所述的装置中，可以进一步具有：洒水机构，其向导入所述气相部的沼气中喷雾水；洒水管路，其具有将水供给至所述洒水机构的泵；第1循环管路，其设置在所述反应塔的底部至所述洒水管路之间，将位于所述液相部的水送至所述洒水管路，使所述水在所述洒水管路与所述反应塔之间循环(图2)。

根据本实施方式，水在通过由洒水管路→洒水机构→反应塔上部的气相部→填充材料层→反应塔底部的液相部→第1循环管路→泵→洒水管路形成的环路而循环的期间，水/沼气间的接触率增加，硫化氢对填充材料的吸附率(捕获率)增加，从而最终提高脱硫效率。

(4)在上述(3)所述的装置中，可以进一步具有：第2循环管路，其在所述泵的下游侧从所述洒水管路分支出来，与所述填充材料层的下方的所述液相部连通；给气装置，其将空气导入所述第2循环管路使氧溶解在循环水中(图2)。

通过本实施方式，水在通过上述(3)的第1环路并进一步通过由洒水管路→第2循环管路→填充材料层正下方的液相部→第1循环管路→泵→洒水管路→形成的第2环路而循环的期间，水/沼气间的接触率进一步增加，从而硫化氢对填充材料的吸附率(捕获率)增加。

(5)在上述(1)所述的装置中，进一步具有：多层的填充材料层，其作为所述填充材料层在所述反应塔内以相互分离的方式多段配置；中间沼气导入管路，其与所述多层的填充材料层的中间空间连通，将沼气导入形成为所述气相部的一部分的所述中间空间；清洗管路，其分别与包含所述中间空间的所述气相部和包含最下段的填充材料层的所述液相部连通；气体供给装置，其设置在所述清洗管路上，在通过所述供水机构的供水而使直至所述填充材料层的最上部浸渍在水中的状态下，并且，在经由所述中间沼气导入管路将沼气由所述沼气供给源导入所述中间空间的状态下，可以利用所述气体进给装置使沼气从所述气相部通过所述清洗管路吹入所述中间空间的水中，通过吹入的沼气的曝气流动来清洗所述填充材料层(图3)。

在本实施方式中，由上述(1)的下部沼气导入管路吹入气体，由上述(2)的清洗管路的多孔管吹入气体，还进一步经由中间沼气导入管路向中间空间吹入气体，由此使上段的填充材料层中的曝气流动更活跃，与最下段的填充材料层同样地可以通过短时间的清洗处理操作消除上段的填充材料层的阻塞。

(6)本实施方式的生物脱硫装置的清洗方法的特征在于，包含下述工序：(a)在反应塔的内部设置保持有将沼气所含的硫成分通过微生物反应而分解的微生物的填充材料层，以所述填充材料层的至少一部分浸渍在水中的方式将水供给至所述反应塔的内部，在所述反应塔内形成有没入水中的液相部和未没入水中的气相部的状态下，将在有机物的甲烷发酵处理中产生的沼气导入所述气相部；(b)使沼气通过所述填充材料层，使该沼气中所含的硫成分吸附在所述填充材料层的填充材料上，通过所述填充材料所保持的微生物的微生物反应分离硫成分；(c)将脱硫处理前的沼气导入所述液相部，通过沼气的曝气流动对所述填充材料层进行清洗。

在本实施方式的方法中，将脱硫处理前的沼气(未处理沼气)吹入填充材料层的下方的液相部的水中，通过未处理沼气对其正上方的填充材料层进行气体鼓泡。通过该吹入的沼气的曝气流动，析出、吸附在填充材料的表面的固体硫从填充材料脱离。脱离的固体硫为悬浮在水中的悬浮物质(SS)，与水一起排出到体系外。

另一方面，用于清洗处理的沼气与存在于气相部中的沼气合流，在将操作由不稳定的清洗工序切换至稳定的脱硫工序之后，统一地进行脱硫处理。

如上所述，通过本实施方式，不将原本存在于气相部中的沼气置换为空气等其他种类的气体、不停止在脱硫处理工序中的脱硫处理装置的后段侧的操作而使清洗处理工序与脱硫处理工序同时进行，可以不大幅降低脱硫处理的效率而有效地消除填充材料层的堵塞。

(7)在上述(6)所述的方法中，在所述工序(a)中，可以在所述填充材料层的下方设置与所述气相部连通的多孔管，以所述填充材料层的最上部没入水中的方式向所述反应塔内供水，形成所述填充材料层浸渍的状态，在所述工序(c)中，可以将沼气由所述气相部吹入所述液相部的水中，通过吹入的沼气的曝气流动清洗所述填充材料层。

根据本实施方式，由在上述(6)的下部沼气导入管路吹入气体，进一步由清洗管路的多孔管吹入气体，因此通过两处气体鼓泡的协同效果，填充材料层中的曝气流动更活跃，可以通过更短时间的清洗处理操作消除填充材料层的堵塞。

(8)在上述(6)所述的方法中，在所述工序(c)中，可以通过洒水机构对导入至所述气相部的沼气喷雾水，另一方面，将位于所述液相部的水送至所述洒水机构，使水在所述洒水机构与所述反应塔之间循环。

根据本实施方式，水在通过由洒水管路→洒水机构→反应塔上部的气相部→填充材料层→反应塔底部的液相部→第1循环管路→泵→洒水管路形成的环路而循环的期间，水/沼气间的接触率增加，硫化氢对填充材料的吸附率(捕获率)增加，最终脱硫效率提高。

(9)在上述(6)所述的方法中，在所述工序(a)中，可以设置从所述洒水机构的洒水管路分支出的循环管路，并且设置将空气导入所述循环管路的空气供给装置，在所述工序(c)中，可以经由所述循环管路将水送至所述填充材料层的下方的所述液相部，使水在该液相部与所述洒水机构之间循环，通过所述空气供给装置将空气导入所述循环管路内使氧溶解在循环水中。

根据本实施方式，水在通过上述(8)的第1环路并进一步通过由洒水管路→第2循环管路→填充材料层正下方的液相部→第1循环管路→泵→洒水管路→形成的第2环路而循环的期间，水/沼气间的接触率进一步增加，硫化氢对填充材料的吸附率(捕获率)增加。

(10)在上述(6)所述的方法中，在所述工序(a)中，可以分别设置：多层的填充材料层，其作为所述填充材料层而在所述反应塔内以相互分离的方式多段配置；中间沼气导入管路，其与所述多层的填充材料层的中间空间连通，将沼气导入形成为所述气相部的一部分的所述中间空间；清洗管路，其分别与包含所述中间空间的所述气相部和包含最下段的填充材料层的所述液相部连通；气体供给装置，其设置在所述清洗管路上；多孔管，其在所述填充材料层的下方与所述气相部连通，以所述填充材料层的最上部没入水中的方式向所述反应塔内供水，形成被所述填充材料层浸渍的状态，在所述工序(c)中，可以利用所述气体进给装置使沼气从所述气相部通过所述清洗管路吹入所述中间空间的水中，通过吹入的沼气的曝气流动清洗所述填充材料层。

在本实施方式中，除上述(6)的吹入沼气和上述(7)的由清洗管路的多孔管吹入气体以外，还进一步经由中间沼气导入管路使气体向中间空间吹入，因此上段的填充材料层中的曝气流动更活跃，可以与最下段的填充材料层同样地用短时间的清洗处理操作消除上段的填充材料层的堵塞。

以下，参照附加的附图来分别对各种实施方式进行说明。

(第1实施方式)

参照图1对第1实施方式的装置进行说明。

本实施方式所涉及的沼气生物脱硫装置1具备：反应塔2；填充材料层3，其填充有担载微生物的填充材料；洒水机构14，其用于向该填充材料层3的微生物供给水分；沼气供给源5，其与用于向反应塔2内的适宜位置供给沼气的多个气体导入管路L2、L3连接；清洗机构16，其用于对填充材料层3的填充材料进行清洗处理。

反应塔2具备：圆筒状或方筒状的容器本体2a，其底部封闭；上盖2b，其将容器本体2a的上部开口塞住。上蓋2b以可开关的方式安装在容器本体2a上。

填充材料层3配置在反应塔2内的大致中央位置。反应塔2的内部存积有水，并被分为上部的气相部21和下部的液相部22。水存积至水面18位于比填充材料层3的最上部更上方的位置、即填充材料层3全部没入水中的位置。

在填充材料层3中，形成为担载微生物的载体的填充材料以层状填充。在填充材料层3中，填充材料以形成水和气体能够容易流通的充分的间隙的方式填充。另外，填充材料以不从反应塔2流出的方式被支撑部件13支撑、固定，且比重大于1。在支撑部件13中使用具有透水性和通气性的多孔板、丝网或网。填充材料形成为表面容易吸附微生物而适于担载微生物的材质、形状、大小。作为填充材料的材料，可以使用聚丙烯、聚乙烯这样的塑料材料、或陶瓷材料、耐蚀性金属材料。另外，填充材料的形状可以形成为球状、圆筒状、带状、蜂窝状等各种形状。另外，填充材料的大小可以设定为不容易从反应塔流出的大小，例如直径为1cm至5cm左右。

填充材料所担载的微生物具有分解硫化氢、吸附并捕获析出的固体硫(S^*)的活性。作为这种微生物，可以使用好氧性的无色硫磺菌和厌氧性的光合成硫磺菌等硫氧化菌。

在反应塔2中，多根气体导入管路L2、L3分别与单独的气体排出管路L5连接。这些多根气体导入管路L2、L3分别经由切换阀V1与沼气供给源5的气体供给管路L1连通。一根气体导入管路L3以沼气导入填充材料层3的下方空间(液相部22)的方式与反应塔2的下部连通。另一根气体导入管路L2以沼气导入填充材料层3的上方空间(气相部21)的方式与反应塔2的上部连通。

洒水机构14具备：供水源11，其通过管路L11、L4、L41而串联连接；三通切换阀V3；泵P1；洒水管4。三通切换阀V3分别与供水管路L11、第1循环管路L43以及送水管路L4连接。通过三通切换阀V3切换供水管路L11和第1循环管路L43，切换后的管路L11(或L43)与送水管路L4(→洒水管路L41)接通。

泵P1的吸引侧与送水管路L4连通，吐出侧与洒水管路L41连通。如果以供水管路L11与送水管路L4连通的方式对切换阀V3进行切换来启动泵P1，则水以供水源11→供水管路L11→切换阀V3→送水管路L4→泵P1→洒水管路L41→洒水管4的顺序供给。洒水管4由在气相部21的上方大致水平配置的多孔管形成，由多个孔散布水使气相部21内的沼气与水发生气液接触，沼气中所含的硫化氢与水滴一起移至液相部22，使得在填充材料层3中担载于填充材料的微生物与硫化氢接触而发生脱硫反应。此外，在供水管路L11中可以安装其他的泵P2，通过运转该泵P2向反应塔2内进行首次灌水。

排出管路L5贯穿上盖2b，在反应塔2的气相部21处开口，使得脱硫处理后的沼气(脱硫气体)由气相部21经过排出管路L5排出至处理气体贮藏装置7。处理气体贮藏装置7通过未图示的气体供给管路连接至未图示的燃气锅炉，通过未图示的泵的运转将脱硫气体作为燃料送至燃气锅炉。

清洗机构16具备：清洗管路L6；升压鼓风机8；气体吹入管9。清洗管路L6设置在气相部21至液相部22之间，液相部22侧的端部与气体吹入管9连接。气体吹入管9由具有多个孔的多孔管形成，在填充材料层3的正下方以大致水平的方式配置。升压鼓风机8安装在清洗管路L6的适当位置，是作为将沼气由气相部21送至液相部22的气体进给装置发挥功能的部件。通过升压鼓风机8的运转将来自气相部21的沼气升压并送至气体吹入管9，使沼气从气体吹入管9吹入液相部22的水中。

沼气供给源5具备在无氧状态下将对有机性废弃物、有机性废水进行甲烷发酵处理而得到的沼气(原料气体)暂时贮藏的压力容器，是用于随阀门V1的开关而将沼气供给至反应塔2的设备。由于甲烷发酵处理为厌氧性的封闭工序，因此沼气供给源5的压力容器中被保持为正压，使得仅通过打开阀门V1的操作就可以利用压力容器的内圧将沼气由供给源5向反应塔2送出。

阀门V1是连接三根管路L1、L2、L3的三通切换阀。三通切换阀V1的上游侧的流路与沼气供给管路L1连接。三通切换阀的下游侧的流路分为两个分支，一条支流路与上部沼气导入管路L2连接，另一条分支流路与下部沼气导入管路L3连接。在稳定运转时，为了沼气的脱硫处理，打开一条分支流路，使得无氧状态的沼气经由上部沼气导入管路L2导入至气相部21。另一方面，在清洗运转时，为了对填充材料层3进行清洗处理，打开另一条分支流路，使得无氧状态的沼气经由下部沼气导入管路L3导入液相部22。

循环管路L43设置在反应塔的液相部22的下部至三通切换阀V3之间。由此，形成由反应塔2(液相部22)→管路L43→切换阀V3→管路L4→泵P1→管路L41→洒水管4→反应塔2(气相部21)→填充材料层3→反应塔2(液相部22)形成的循环回路。如果将三通切换阀V3的流路由供水管路L11切换至循环管路L43并启动泵P1，则水由液相部22经由上述的循环回路返回液相部22。

对本实施方式的作用进行说明。

对切换阀V3的流路进行切换而使供水管路L11与循环管路L43连通，然后启动泵P2，使水按照供水源11→供水管路L11→切换阀V3→管路L43→反应塔2的顺序流通而将水供给至反应塔2的内部，进行供水直至填充材料层3完全被浸渍的水位，形成所期望的液相部22。液相部22的水面18在填充材料层3的最上部的上方。

接着，对切换阀V1进行切换使气体供给管路L1与上部沼气导入管路L2连通，将无氧状态的沼气由沼气供给源5导入气相部21，将气相部21的内部气氛置换为沼气，形成所期望的气相部21。

接着，对切换阀V3的流路进行切换使循环管路L43与送水管路L4连通，然后启动泵P1，使水在由液相部22→循环管路L43→切换阀V3→送水管路L4→泵P1→洒水管路L41→洒水管4→气相部21→填充材料层3→液相部22形成的循环回路中循环。由此，水从洒水管4的多个孔散布，在气相部21内所散布的水与沼气气液接触，沼气中所含的硫化氢溶解在水滴中，与水滴一起由气相部21移入至液相部22。并且，在填充材料层3中，溶解有硫化氢的水担载在填充材料上，与微生物接触，通过微生物反应对硫化氢进行氧化处理，未被氧化处理的一部分硫成分形成为固体硫(S^*)，其吸附于填充材料的表面。由此，捕获、去除硫成分。脱硫处理后的沼气由气相部21通过排出管路L5送至处理气体贮藏装置7，在处理气体贮藏装置7中暂时储藏后，用于燃气锅炉的燃料。

然而，氧化处理后的硫化氢并未全部被氧化至硫酸，其一部分以单质硫(固体)的形式在填充材料表面析出。以下对水溶液中的由硫化氢析出单质硫的反应进行说明。

硫化氢在水溶液中可以基于下式(1)分解。

H₂S→2H⁺+S+2e^-                (1)

另一方面，二氧化硫(亚硫酸)在水溶液中可以基于下式(2)分解。

SO₂+4H⁺+4e^-→S+2H₂O           (2)

由上述两个反应式(1)和(2)可以导出下述反应式(3)。基于该式(3)，硫化氢通过氧化剂(二氧化硫)分解为单质硫(固体)和水。如上所述，析出固体状态的单质硫(S^*)。

2H₂S+SO₂→3S^*+2H₂O            (3)

如果由于析出的单质硫(S^*)堵塞位于填充材料的间隙的空间而硫化氢气体的去除性能下降，则反应塔的压力损失增加。即，如果反复进行脱硫处理，则单质硫(S^*)吸附堆积在填充材料上，从而填充材料相互间隙变窄，在填充材料层3内产生所谓的堵塞。如果填充材料层3产生堵塞，则由于循环泵P1的负荷增加，且填充材料层3上的微生物/硫化氢之间的接触效率降低，所以脱硫处理的效率大幅降低。以消除这种填充材料层3的堵塞作为目的，进行如下所述的清洗处理，将吸附堆积在填充材料的表面的单质硫(S^*)去除。

清洗处理如下进行。

在通过来自供水源11的供水使直至填充材料层3的最上部浸渍在水中的状态下，并且，在经由上部沼气导入管路L2将沼气由沼气供给源5导入至气相部21的状态下，利用作为气体进给单元的鼓风机8由气相部21通过清洗管路L6将沼气由气体吹入管9吹入液相部22的水中，通过吹入的沼气的曝气流动(气体鼓泡)，清洗填充材料层3的填充材料。

进而，对切换阀V1的流路进行切换使气体供给管路L1与下部沼气导入管路L3连通，将来自气体供给源5的沼气导入至液相部22的下部(填充材料层3的下方的空间)。可以使由该下部沼气导入管路L3导入液相部22的沼气量大于由清洗机构的气体吹入管9吹入液相部22的沼气量。通过来自下部沼气导入管路L3的导入气体与来自气体吹入管9的吹入气体的协同效果，填充材料层3的清洗效率飞跃性地提升。

根据本实施方式，通过在吹入气体中使用沼气，可以防止向反应塔2内供给过剩的空气、氧，因此可以防止由于氧流入设置在后段的干式脱硫而导致的发热、由于沼气的利用设备的甲烷气体浓度降低而导致的不良状况。

另外，根据本实施方式，将沼气经由上部沼气导入管路L2导入至气相部21，通过气体鼓风机8的运转经由清洗管路L6将导入的沼气吹入反应塔下部的液相部22，通过循环使用反应塔2的内部的气体并对填充材料进行清洗，沼气中的硫化氢一部分可以用存积在反应塔内部的水进行溶解、去除。通过该作用，可以边对沼气所含的硫化氢进行去除边对填充材料进行清洗。

另外，根据本实施方式，在用沼气进行清洗时，通过同时经由循环泵P1由洒水管4进行洒水，并通过使填充材料层3内产生下降流，生成物变得容易剥离，可以有效率地进行清洗。

另外，根据本实施方式，在由于单质硫(S^*)的蓄积而导致填充材料层堵塞时，可以不向反应塔2供给过量的氧而有效率地对填充材料进行清洗。

(第2实施方式)

接着，参照图2对第2实施方式进行说明。其中，省略本实施方式与上述实施方式重复部分的说明。

第2实施方式的生物脱硫装置1A进一步具有：给气装置10；第2循环管路L42；切换阀V4。给气装置10设置在泵P1至切换阀V4之间的送水管路L4，是在送水管路L4所流通的循环水中导入空气的部件。通过由该给气装置10导入空气，氧溶解在循环水中，硫化氢通过硫氧化细菌的作用而被氧化为单质硫(S^*)，从沼气中去除。

第2循环管路L42在泵P1的下游侧的切换阀V4处从洒水管路L41分支出来，与填充材料层3的下方的液相部22(优选填充材料层3的正下方)连通。可以通过该第2循环管路L42将循环水的一部分导入反应塔2的下部。

对本实施方式的作用进行说明。

在处理中，液相部22的水面18位于填充材料层3的最上部的上方。在通过泵P1的运转而使反应塔2内的存积水由洒水管4洒水时，通过给气装置10将空气导入流过管路L41或L42的循环水中，使氧溶解在循环水中。导入至反应塔上部的气相部21的沼气在流过沼气循环管路L6期间，通过升压鼓风机8升压，由吹入管9吹入反应塔下部的液相部22的水中。通过该吹入的气体，填充材料层3的填充材料曝气流动(气体鼓泡)。由此，沼气中所含的硫化氢被反应塔下部存积的清洗水吸收。通过给气装置10在使氧溶解在水中的状态下供给，溶解的硫化氢通过存在于溶液内的硫氧化细菌的作用而被氧化为单质硫(S^*)，因此可以从沼气去除。

根据本实施方式，即使在单质硫析出而填充材料层堵塞时，也可以边对沼气进行脱硫处理边对填充材料层进行清洗。

在本实施方式的给气装置10中，由于在使氧溶解的状态下向反应塔2供给，因此可以防止氧混入处理后的沼气，不给设置在后段的干式脱硫装置等带来不良影响，可以更有效率地对填充材料层进行清洗。

(第3实施方式)

接着，参照图3对第3实施方式进行说明。其中，省略本实施方式与上述实施方式重复部分的说明。

本实施方式的生物脱硫装置1B具备在反应塔2内为上下2段的填充材料层31、32。上部填充材料层31被支撑部件13a支撑，下部填充材料层32被其他的支撑部件13b支撑。在这些支撑部件13a、13b中，使用具有透水性和通气性的多孔板、丝网或网。上部填充材料层31与下部填充材料层32相互分离地配置。上部填充材料层31与下部填充材料层32之间的空间与中间沼气导入管路L22连接，经由该中间沼气导入管路L22脱硫处理前的沼气(无氧状态的沼气)被导入至该中间空间。即，中间沼气导入管路L22是在切换阀V2处从上部沼气导入管路L2分支出的两个分支管路中的一根。另一根分支管路L21作为上部沼气导入管路与气相部21的上部、即上部填充材料层31的上方的洒水空间(气相部21的一部分)连通。

清洗机构具备：清洗管路L6，其作为沼气循环管路；升压鼓风机8；气体吹入管9。清洗管路L6设置在上部填充材料层31的上方的气相部21至下部填充材料层32的下方的液相部22之间。清洗管路L6的液相部侧的端部与气体吹入管9连接。气体吹入管9由具有多个孔的多孔管形成，在下部填充材料层32的正下方以大致水平的方式配置。升压鼓风机8安装在清洗管路L6的适当位置，将来自气相部21的沼气升压送至气体吹入管9，使沼气由气体吹入管9吹入液相部22的水中。

此外，在本实施方式中，虽然作为多层的填充材料层例示了上下2段的填充材料层的例子，但本发明可以不受此限制地在反应塔内的压力损失允许的范围内进一步增加3段、4段、5段、6段填充材料层。

对本实施方式的作用进行说明。

对切换阀V3的流路进行切换使供水管路L11与循环管路L43连通，然后启动泵P2，使水以供水源11→供水管路L11→切换阀V3→管路L44的顺序流通，将水供给至反应塔2的内部，供水至下部填充材料层32完全被浸渍的水位，形成所期望的液相部22。液相部22的水面18位于下部填充材料层32的最上部的上方。此时上部填充材料层31与下部填充材料层32之间的中间空间形成为未没入水中的开放空间，形成为气相部21的一部分。

接着，对切换阀V1进行切换使气体供给管路L1与上部沼气导入管路L2连通，将无氧状态的沼气由沼气供给源5导入至气相部21，将气相部21的内部气氛置换为沼气，形成所期望的气相部21。

接着，对切换阀V3的流路进行切换使循环管路L43与送水管路L4连通，然后启动泵P1，使水在由液相部22→循环管路L43→切换阀V3→送水管路L4→泵P1→洒水管路L41→洒水管4→气相部21的洒水空间→上部填充材料层31→中间空间→下部填充材料层32→液相部22形成的循环回路中循环。由此，水从洒水管4的多个孔散布，散布于气相部21内的水与沼气发生气液接触，沼气中所含的硫化氢溶解在水滴中，与水滴一起由气相部21移至液相部22。并且，在上下2段的填充材料层31、32中，溶解有硫化氢的水与担载于填充材料的微生物接触，通过微生物反应对硫化氢进行氧化处理，未氧化处理的一部分硫成分形成为单质硫(S^*)，其吸附在填充材料的表面。由此，捕获、去除全部的硫成分。

但是，本实施方式的装置1B是使沼气从填充材料层的下方流入的方式，因此积蓄在填充材料的下部的硫量增多。另外，在本发明者等进行的上下2段的填充材料层31、32的验证测试的结果中，单质硫(S^*)的约80％积蓄在下部填充材料层32。可以认为，这是因为流入的硫化氢在高浓度的状态下与下段的填充材料层接触，并且上部填充材料层表面所积蓄的单质硫(S^*)通过洒水而落下到下部。

清洗处理如下所述进行。

在下部填充材料层32堵塞时，将水灌注至下部填充材料层32的上部，经由中间沼气导入管路L32使沼气流入反应塔1。经由泵P1由洒水管4向上部填充材料层31进行洒水，在上部填充材料层31进行脱硫处理。经由沼气循环管路L6和升压鼓风机8将一部分结束脱硫后的气体循环至反应塔2的下部，通过鼓泡对下部填充材料层32进行清洗。

通过该构成，可以不在反应塔2中投入过量的空气而清洗堵塞的填充材料层，且可以通过上部填充材料层平行地进行脱硫处理。

根据本实施方式，即使在单质硫(S^*)析出而填充材料层堵塞时，也可以边对沼气进行脱硫处理边对填充材料层进行清洗。

Claims (10)

1.一种沼气的生物脱硫装置，其中，具有：

沼气供给源，其供给在有机物的甲烷发酵处理中产生的沼气；

反应塔，其具有包含填充材料层的液相部，并且在所述液相部的上方具有气相部，所述填充材料层保持有将所述沼气所含的硫成分通过微生物反应而分解的微生物；

供水机构，其以至少所述填充材料层的一部分形成为浸渍状态的方式向所述反应塔内供给水；

上部沼气导入管路，其设置在所述沼气供给源至所述反应塔的气相部之间，将脱硫处理前的沼气导入所述气相部；

下部沼气导入管路，其设置在所述沼气供给源至所述填充材料层的下方的所述液相部之间，将脱硫处理前的沼气吹入所述液相部的水中，通过吹入的沼气的曝气流动对所述填充材料层进行清洗。

2.一种权利要求1所述的装置，其中，进一步具有：

清洗管路，其设置在所述气相部至所述液相部之间；气体进给装置，其设置在所述清洗管路上；多孔管，其以位于所述填充材料层的下方的液相部的方式安装在所述清洗管路的端部，

在通过所述供水单元的供水使直至所述填充材料层的最上部浸渍在水中的状态下，并且，在经由所述上部沼气导入管路将沼气由所述沼气供给源导入所述气相部的状态下，利用所述气体进给装置使沼气从所述气相部通过所述清洗管路由所述多孔管吹入所述液相部的水中，通过吹入的沼气的曝气流动来清洗所述填充材料层。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，进一步具有：

洒水机构，其向导入所述气相部的沼气喷雾水；

洒水管路，其具有将水供给至所述洒水机构的泵；

第1循环管路，其设置在所述反应塔的底部至所述洒水管路之间，将位于所述液相部的水送至所述洒水管路，而使所述水在所述洒水管路与所述反应塔之间循环。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，进一步具有：

第2循环管路，其在所述泵的下游侧从所述洒水管路分支出来，与所述填充材料层的下方的所述液相部连通；

给气装置，其将空气导入所述第2循环管路而使氧溶解在循环水中。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，进一步具有：多层的填充材料层，其作为所述填充材料层在所述反应塔内以相互分离的方式多段配置；中间沼气导入管路，其与所述多层的填充材料层的中间空间连通，将沼气导入形成为所述气相部的一部分的所述中间空间；清洗管路，其分别与包含所述中间空间的所述气相部和包含最下段的填充材料层的所述液相部连通；气体供给装置，其设置在所述清洗管路上，

在通过所述供水机构的供水而使直至所述填充材料层的最上部浸渍在水中的状态下，并且，在经由所述中间沼气导入管路将沼气由所述沼气供给源导入所述中间空间的状态下，利用所述气体进给装置使沼气从所述气相部通过所述清洗管路吹入所述中间空间的水中，通过吹入的沼气的曝气流动来清洗所述填充材料层。

6.一种生物脱硫装置的清洗方法，其特征在于，包含下述工序：

(a)在反应塔的内部设置保持有将沼气所含的硫成分通过微生物反应而分解的微生物的填充材料层，以所述填充材料层的至少一部分浸渍在水中的方式将水供给至所述反应塔的内部，在所述反应塔内形成有没入水中的液相部和未没入水中的气相部的状态下，将在有机物的甲烷发酵处理中产生的沼气导入所述气相部；

(b)使沼气通过所述填充材料层，使该沼气所含的硫成分吸附在所述填充材料层的填充材料上，通过所述填充材料所保持的微生物的微生物反应分离硫成分；

(c)将脱硫处理前的沼气导入所述液相部，通过沼气的曝气流动对所述填充材料层进行清洗。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述工序(a)中，在所述填充材料层的下方设置与所述气相部连通的多孔管，以所述填充材料层的最上部没入水中的方式向所述反应塔内供水，形成所述填充材料层被浸渍的状态，

在所述工序(c)中，将沼气由所述气相部吹入所述液相部的水中，通过吹入的沼气的曝气流动清洗所述填充材料层。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述工序(c)中，通过洒水机构对导入至所述气相部的沼气喷雾水，另一方面，将位于所述液相部的水送至所述洒水机构，使水在所述洒水机构与所述反应塔之间循环。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述工序(a)中，设置从所述洒水机构的洒水管路分支出的循环管路，并且设置将空气导入所述循环管路的空气供给装置，在所述工序(c)中，经由所述循环管路将水送至所述填充材料层的下方的所述液相部，使水在该液相部与所述洒水机构之间循环，通过所述空气供给装置将空气导入所述循环管路内使氧溶解在循环水中。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述工序(a)中，分别设置：多层的填充材料层，其作为所述填充材料层而在所述反应塔内以相互分离的方式多段配置；中间沼气导入管路，其与所述多层的填充材料层的中间空间连通，将沼气导入形成为所述气相部的一部分的所述中间空间；清洗管路，其分别与包含所述中间空间的所述气相部和包含最下段的填充材料层的所述液相部连通；气体供给单元，其设置在所述清洗管路上；多孔管，其在所述填充材料层的下方与所述气相部连通，以所述填充材料层的最上部没入水中的方式向所述反应塔内供水，形成被所述填充材料层被浸渍的状态，

在所述工序(c)中，利用所述气体进给单元使沼气从所述气相部通过所述清洗管路吹入所述中间空间的水中，通过吹入的沼气的曝气流动清洗所述填充材料层。

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