CN102989272A

CN102989272A - 烟道气生物法同步脱除二氧化硫和氮氧化物的方法及装置

Info

Publication number: CN102989272A
Application number: CN2012105148078A
Authority: CN
Inventors: 徐姣; 张卫江; 屈溁敏; 徐雪涛
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明涉及烟道气生物法同步脱除二氧化硫和氮氧化物的方法及装置。由一级洗脱塔、调节池、二级生物硫化塔、生物同步脱硫氮塔和沉降池、硫分离器串联组成。烟道气净化处理技术对进气要求低，不怕灰尘、重金属，不需要严格的预处理。还可通过在生物菌群中增加相应微生物进行重金属的有效脱除。同时，同步脱硫脱氮菌群为自养菌，对CO₂有一定的去除效果。操作条件温和，设备无须防腐。外加物质除COD有机废水外，仅需添加少量的微生物营养物质和调控洗脱塔中pH值的补充碱，通过前端换热获得的热量维持后端生物反应需要的温度。过程中没有大型耗电设备，电耗、水耗均较传统处理工艺为低。整个工艺成本约为传统工艺成本的1/3，可工业化生产。

Description

烟道气生物法同步脱除二氧化硫和氮氧化物的方法及装置

技术领域

本发明涉及环境保持技术领域，特别是涉及烟道气生物法同步脱除二氧化硫和氮氧化物（SO₂/NO_X）的工艺方法及装置。该技术不仅适用于烟道气、锅炉尾气、天然气、沼气、化纤废气等的气体净化处理，还适用于含酸废水、硫酸盐废水、硝酸盐废水的净化处理。

背景技术

本发明技术主要为解决化石燃料的尾气净化处理和达标排放问题。以煤炭、石油、天然气、生物能源气等能源的形成过程中，存在硫、氮物质，燃烧后形成SO₂/NO_X，易形成酸雨，对环境和人体都带来严重污染和损害。随着国家对SO₂/NO_X排放标准的日益严格，开发新的同步脱硫脱氮工业化技术任务紧迫。

目前较为成熟的同步脱硫脱氮传统技术主要有湿法石灰石脱硫+选择性催化还原脱硝技术、电子束法同步脱硫脱硝、活性炭催化法同步脱硫脱硝等技术，这些技术各有优势，但都不同程度地存在成本和运行费用较高、外加试剂较多、二次污染等问题，尤其对于国家日益严格的SO₂/NO_X排放标准略显吃力。生物法则以其成本低、操作维护方便、脱除效率高、二次污染少等优势，走上了烟气脱硫脱氮的工业化舞台。宜兴协联热电厂引进了荷兰烟气生物脱硫技术，率先在全球建成工业化装置，自2007年投运以来，效果显著，获得了成功。但该工艺过程仅解决了脱硫问题，对NO_X的脱除没做考虑。本专利技术在脱硫基础上增加了脱硝工艺，解决了气体污染中SO₂/NO_X同步脱除的难题。

发明内容

本发明的目的是采用生物法对烟道气中的SO₂/NO_X进行同步脱除和工业化设计，主要技术方案如下：

一套烟道气生物法同步脱除SO₂/NO_X的装置，由一级洗脱塔、调节池、二级生物硫化塔、生物同步脱硫氮塔和沉降池、硫分离器串联组成。；换热器出来的烟气进入一级洗脱塔后排放，洗脱塔出来的液体进入调节池，然后进入二级生物硫化塔，再进入生物同步脱硫氮塔，最后经沉降池和硫分离器，获得固体单质硫，液体返回到一级洗脱塔。

本发明的装置进行同步脱除SO₂/NO_X的方法，原烟道气首先与净烟道气进行换热，进入一级洗脱塔，控制碱液pH值在8－9，塔内温度在40℃以下，在这里烟道气中可溶性的SO₂/NO_X被碱液吸收下来，转化为液相中的硫酸盐与硝酸盐，净烟道气与原烟道气换热后排放；洗脱下来的污染物在液相中，进行废液调节池，与COD有机废水充分调质后，进入二级生物硫化塔，控制塔内厌氧环境，pH值在5－7，温度在25－40℃，其中的硫酸盐在硫酸盐还原菌作用下转化为硫化物；然后进入三级同步脱硫脱氮塔，控制塔内厌氧环境，pH值在7－8，温度在25－40℃，硫化物与硝酸盐在脱氮硫杆菌作用下，将硫化物转化成单质硫，硝酸盐转化成氮气；富含单质硫的液体经过硫泥沉降池和硫分离器，将单质硫从液相中分离出来，剩余的碱性工艺废水回到一级洗脱塔进行再利用。

所述的一级洗脱塔中停留时间2—3秒内。

所述的硫酸盐还原菌为主体菌群，外加COD有机废水作为硫化微生物的碳源营养，通过以废制废将液相中的SO₄ ^2-/SO₃ ^2-转化为S^2-/HS^-。

待处理的烟道气首先与净化处理后待排放的烟道气进行换热，控制进入碱洗塔的烟气温度在50℃以下，而排放的烟道气温度达到80℃左右，以方便高空排放

所述的脱氮硫杆菌采用脱氮硫杆菌为主体的生物菌群，采用微生物胞外产硫，将存在于液相中的单质硫通过斜板沉降、固液分离等方法分离出来。

本发明的装置的应用，适用于烟道气、锅炉尾气、天然气、沼气、化纤废气、含酸废水、硫酸盐废水、硝酸盐废水的净化处理。

技术说明如下

（1）碱液吸收及装置

采用高效传质设备和塔内件设计，在碱洗塔中停留时间2—3秒内，将气相中的污染物质洗脱下来，使得净化处理后气体达标排放（SO₂/NO_X≤100mg/Nm³）。碱洗塔中的碱液主要为后续生物脱硫脱氮过程中产生的碱性液体，不仅节约了成本，而且将过程中的工艺废水回用，降低水耗和外排废水的处理，二次污染少。控制碱洗塔中碱液pH值8—9，碱洗后可将液相温度降至40℃以下，有利于后续生物处理。碱洗塔内发生的主要吸收反应为：

SO₂/SO₃+OH^-+H₂O→SO₄ ^2-/SO₃ ^2-

NO₂/NO_X+OH^-+H₂O→NO₂ ^-/NO₃ ^-

(2)生物硫化及装置

生物硫化过程中，采用以硫酸盐还原菌为主体菌群，外加COD有机废水（柠檬酸、乳酸、粮食发酵、酒精厂、果产品处理厂等）作为硫化微生物的碳源营养，通过以废制废将液相中的SO₄ ^2-/SO₃ ^2-转化为S^2-/HS^-。控制生物硫化塔中液相pH值57，厌氧环境，温度控制在25-40℃内。生物塔内发生的主要生物反应为：

CH₃COOH+SO₄ ^2-+H⁺→CO₂+HS^-

CH₃COOH+SO₃ ^2-+H⁺→CO₂+HS^-

(3)生物同步脱硫脱氮及装置

采用脱氮硫杆菌为主体的生物菌群，在生物同步脱硫脱氮塔内进行生物法同步脱硫脱氮，通过塔内温度25—40℃，pH值7—8，厌氧环境，将脱硫产物控制为单质硫产品，而氮则变为氮气排出。采用微生物胞外产硫，可将存在于液相中的单质硫通过斜板沉降、固液分离等方法分离出来。生物塔内发生的主要生物反应为：

5S^2-+2NO₃ ^-+6H₂O→5S⁰+N₂+12OH^-

本发明烟道气净化处理技术对进气要求低，不怕灰尘、重金属，不需要严格的预处理。还可通过在生物菌群中增加相应微生物进行重金属的有效脱除。同时，同步脱硫脱氮菌群为自养菌，对CO₂也有一定的去除效果。整个工艺操作条件温和，设备无须防腐。整个工艺外加物质除COD有机废水外，仅需添加少量的微生物营养物质和调控洗脱塔中pH值的补充碱，通过前端换热获得的热量维持后端生物反应需要的温度。过程中没有大型耗电设备，电耗、水耗均较传统处理工艺为低。整个工艺成本约为传统工艺成本的1/3，可工业化生产。

附图说明

图1：烟气生物法同步脱硫脱氮工艺流程简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：

装置如图所示：原烟道气首先与净烟道气进行换热，进入一级洗脱塔，控制碱液pH值在8－9，塔内温度在40℃以下，在这里烟道气中可溶性的SO₂/NO_X被碱液吸收下来，净烟道气与原烟道气换热后排放；洗脱下来的污染物在液相中，进行废液调节池，与COD有机废水充分调质后，进入二级生物硫化塔，控制塔内厌氧环境，pH值在5－7，温度在25－40℃，其中的硫酸盐在硫酸盐还原菌作用下转化为硫化物；然后进入三级同步脱硫脱氮塔，控制塔内厌氧环境，pH值在7－8，温度在25－40℃，硫化物与硝酸盐在脱氮硫杆菌作用下，将硫化物转化成单质硫，硝酸盐转化成氮气；富含单质硫的液体经过硫泥沉降池和硫分离器，将单质硫从液相中分离出来，剩余的碱性工艺废水回到一级洗脱塔进行再利用。

按照本发明的装置的使用实施例如下：

实施例1：烟道气经换热后进入洗脱塔，在中停留时间2-3秒内，将气相中的污染物质SO₂/NO_X洗脱下来，使得净化处理后气体达标排放（SO₂/NO_X≤100mg/Nm³）。洗脱下来的废液进入调节池中，同时加入COD有机废水，均质后进入生物硫化塔，以硫酸盐还原菌为主体的微生物在pH值5—6，温度25—30℃的厌氧环境下，将液相中的SO₄ ^2-/SO₃ ^2-转化为S^2-/HS^-。其后以硫化物为主的废水进入生物脱硫氮塔，以脱氮硫杆菌为主体的微生物在pH值7—8，温度25—30℃的厌氧环境下，将脱硫化物转化为单质硫，而氮则变为氮气排出。存在于液相中的单质硫通过斜板沉降、固液分离等方法分离出来。

实施例2：烟道气经换热后进入洗脱塔，在中停留时间2—3秒内，将气相中的污染物质SO₂/NO_X洗脱下来，使得净化处理后气体达标排放（SO₂/NO_X≤100mg/Nm³）。洗脱下来的废液进入调节池中，同时加入COD有机废水，均质后进入生物硫化塔，以硫酸盐还原菌为主体的微生物在pH值6—7，温度35—40℃的厌氧环境下，将液相中的SO₄ ^2-/SO₃ ^2-转化为S^2-/HS^-。其后以硫化物为主的废水进入生物脱硫氮塔，以脱氮硫杆菌为主体的微生物在pH值6.5—7.5，温度35—40℃的厌氧环境下，将脱硫化物转化为单质硫，而氮则变为氮气排出。存在于液相中的单质硫通过斜板沉降、固液分离等方法分离出来。

实施例3：烟道气经换热后进入洗脱塔，在中停留时间2—3秒内，将气相中的污染物质SO₂/NO_X洗脱下来，使得净化处理后气体达标排放（SO₂/NO_X≤100mg/Nm³）。洗脱下来的废液进入调节池中，同时加入COD有机废水，均质后进入生物硫化塔，以硫酸盐还原菌为主体的微生物在pH值5—7，温度30—35℃的厌氧环境下，将液相中的SO₄ ^2-/SO₃ ^2-转化为S^2-/HS^-。其后以硫化物为主的废水进入生物脱硫氮塔，以脱氮硫杆菌为主体的微生物在pH值6—7，温度30—35℃的厌氧环境下，将脱硫化物转化为单质硫，而氮则变为氮气排出。存在于液相中的单质硫通过斜板沉降、固液分离等方法分离出来。

本发明烟道气生物法同步脱除二氧化硫和氮氧化物的方法及装置，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变工艺参数、结构设计等环节实现。本发明的系统已通过不同的实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的系统进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.烟道气生物法同步脱除SO₂/NO_X的装置，其特征是由一级洗脱塔、调节池、二级生物硫化塔、生物同步脱硫氮塔和沉降池、硫分离器串联组成；换热器出来的烟气进入一级洗脱塔后排放，洗脱塔出来的液体进入调节池，然后进入二级生物硫化塔，再进入生物同步脱硫氮塔，最后经沉降池和硫分离器，获得固体单质硫，液体返回到一级洗脱塔。

2.采用权利要求1的装置进行同步脱除SO₂/NO_X的方法，其特征是原烟道气首先与净烟道气进行换热，进入一级洗脱塔，控制碱液pH值在8－9，塔内温度在40℃以下，在这里烟道气中可溶性的SO₂/NO_X被碱液吸收下来，转化为液相中的硫酸盐与硝酸盐，净烟道气与原烟道气换热后排放；洗脱下来的污染物在液相中，进行废液调节池，与COD有机废水充分调质后，进入二级生物硫化塔，控制pH值在5－7，温度在25－40℃，其中的硫酸盐在硫酸盐还原菌作用下转化为硫化物；然后进入三级同步脱硫脱氮塔，控制塔内厌氧环境，pH值在7－8，温度在25－40℃，硫化物与硝酸盐在脱氮硫杆菌作用下，将硫化物转化成单质硫，硝酸盐转化成氮气；富含单质硫的液体经过硫泥沉降池和硫分离器，将单质硫从液相中分离出来，剩余的碱性工艺废水回到一级洗脱塔进行再利用。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是所述的一级洗脱塔中停留时间2—3秒内。

4.如权利要求2所述的方法，其特征是所述的硫酸盐还原菌为主体菌群，外加COD有机废水作为硫化微生物的碳源营养，通过以废制废将液相中的SO₄ ^2-/SO₃ ^2-转化为S^2-/HS^-。

5.如权利要求2所述的方法，其特征是所述的脱氮硫杆菌采用脱氮硫杆菌为主体的生物菌群，采用微生物胞外产硫，将存在于液相中的单质硫通过斜板沉降、固液分离等方法分离出来。

6.如权利要求1所述的装置的应用，其特征是适用于烟道气、锅炉尾气、天然气、沼气、化纤废气、含酸废水、硫酸盐废水、硝酸盐废水的净化处理。