CN103723823B - 一种铁盐自循环脱硫厌氧反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁盐自循环脱硫厌氧反应器。反应器主体设有厌氧反应系统和铁盐脱硫系统；厌氧反应系统设有布水区、反应区、分离区和回流区；铁盐脱硫系统设铁盐脱硫区和铁盐再生区。反应区产生的硫化氢经分离区导入铁盐脱硫区，由三价铁将其氧化成单质硫，产物二价铁导入铁盐再生区，氧化成三价铁后自流至铁盐脱硫区，实现铁盐循环利用。本发明融厌氧反应系统与铁盐脱硫系统于一体，可防止H2S外泄所致的空气污染；氧化H2S为单质硫，可回收硫资源；循环利用铁盐，可减少脱硫剂消耗量；以三价铁代替氧气进行脱硫，可降低甲烷与氧气混合所致的爆炸风险，实现安全生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱硫厌氧反应器，尤其涉及一种铁盐自循环脱硫厌氧反应器。
背景技术
随着环境和能源问题的日益突出，厌氧生物技术因能消除污染和回收能源而受到人们青睐。然而，在采用厌氧生物技术处理工业废水、农业污水和生活污水时，易将废水中含有的硫酸盐和硫化物转化为硫化氢释放。硫化氢是一种有毒有害气体，存在以下危害：抑制厌氧功能菌活性，影响厌氧处理效率；散发恶臭；具有毒性，影响人与生物健康；具有腐蚀性，侵蚀管道、设备仪器等；燃烧产生二氧化硫，造成二次污染等。我国环保标准规定：用作能源时，沼气气体中的硫化氢含量不得超过20mg/m3。因此，沼气脱硫必不可少。
目前，常用的沼气脱硫方法有物理法、化学法和生物法等，以物理化学法为主。但是，在实际应用过程中主要存在如下缺点：干法脱硫效率不高，脱硫剂再生困难，处理硫容量较低；湿法脱硫运行费用高。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种铁盐自循环脱硫厌氧反应器。
铁盐自循环脱硫厌氧反应器本体从下到上依次设有厌氧反应系统和铁盐脱硫系统；厌氧反应系统包括布水区、反应区、分离区、回流区，布水区从下到上依次设有排泥管、废水进管、水流混合分布室，反应区包括取样管、污泥床，取样管设在污泥床的侧壁上，分离区包括三相分离器、气体分离室、污泥沉淀室、第一气室、溢流堰，三相分离器的内侧设有气体分离室，三相分离器的外侧设有污泥沉淀室，三相分离器的上方设有第一气室，溢流堰设在分离区的侧壁上，回流区从上到下顺次设有回流液吸管、调节阀、回流液连通管、回流液进管，回流液进管与水流混合分布室相连，回流液吸管与气体分离室相连；铁盐脱硫系统包括铁盐脱硫区和铁盐再生区，铁盐脱硫区从下到上顺次设有脱硫区集硫斜板、铁盐脱硫区反应液输入管、第二气室、沼气输出管，铁盐脱硫区的侧壁下端设有脱硫区单质硫排放管，铁盐脱硫区的侧壁上端设有进药管，铁盐脱硫区的右侧设有挡气板，挡气板的右侧设有铁盐脱硫区反应液输出管与铁盐再生区相连，脱硫区集硫斜板上设有管状布气装置；铁盐再生区从下到上顺次设有再生区集硫斜板、空气输入管、曝气装置、铁盐再生液回流装置、第三气室、尾气排放管，铁盐再生区的侧壁下端设有再生区单质硫排放管，铁盐再生液回流装置与铁盐脱硫区反应液输入管相连。
所述的反应器本体呈圆筒状，反应区、分离区和铁盐脱硫系统高度之比为6:3:1～8:4:1，反应区和分离区的直径之比为1:2。
所述的厌氧反应系统与铁盐脱硫系统的体积之比为5:1～10:1；铁盐脱硫区与铁盐再生区的体积之比为1:1～2:1。
所述的脱硫区集硫斜板与水平面夹角α为30～45°，管状布气装置由内管和外管构成，内管和外管直径比为2～3：1，管状布气装置分布密度为25～100个/m2，铁盐脱硫区充三价铁脱硫反应液，液面低于管状布气装置内管上沿，挡气板上沿离铁盐脱硫区反应液输出管上沿4～8cm，铁盐脱硫区反应液输入管上沿位于反应液表面，与水平面夹角α为5～10°。
所述的再生区集硫斜板与水平面夹角α为30～45°，铁盐再生区充二价铁再生液，铁盐再生液回流装置为半圆形堰槽，槽沿低于液面，槽深2～4cm，槽底与铁盐脱硫区反应液输入管相连。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：1.厌氧反应系统与铁盐脱硫系统融为一体，可防止H2S外泄所致的空气污染；2.将H2S氧化成单质硫，可回收硫资源；3.铁盐循环利用，可减少脱硫剂消耗量；4.以三价铁代替氧气，可降低甲烷与氧气混合所致的爆炸风险，实现安全生产。
附图说明
图1为铁盐自循环脱硫厌氧反应器剖面图；
图2为本发明铁盐脱硫系统B剖面图；
图3为本发明铁盐脱硫再生系统B俯视图，
图中：厌氧反应系统A、铁盐脱硫系统B；布水区A1、反应区A2、分离区A3、回流区A4；铁盐脱硫区B1、铁盐再生区B2；排泥管A11、废水进管A12、水流混合分布室A13；取样管A21、污泥床A22；三相分离器A31、气体分离室A32、污泥沉淀室A33、第一气室A34、溢流堰A35；回流液吸管A41、调节阀A42、回流液连通管A43、回流液进管A44；脱硫区集硫斜板B11、管状布气装置B12、进药管B13、挡气板B14、铁盐脱硫区反应液输出管B15、铁盐脱硫区反应液输入管B16、第二气室B17、沼气输出管B18、脱硫区单质硫排放管B19；再生区集硫斜板B21、再生区单质硫排放管B22、空气输入管B23、曝气装置B24、铁盐再生液回流装置B25、第三气室B26、尾气排放管27。
具体实施方式
如图1、2、3所示，铁盐自循环脱硫厌氧反应器本体从下到上依次设有厌氧反应系统A和铁盐脱硫系统B；厌氧反应系统A包括布水区A1、反应区A2、分离区A3、回流区A4，布水区A1从下到上依次设有排泥管A11、废水进管A12、水流混合分布室A13，反应区A2包括取样管A21、污泥床A22，取样管A21设在污泥床A22的侧壁上，分离区A3包括三相分离器A31、气体分离室A32、污泥沉淀室A33、第一气室A34、溢流堰A35，三相分离器A31的内侧设有气体分离室A32，三相分离器A31的外侧设有污泥沉淀室A33，三相分离器A31的上方设有第一气室A34，溢流堰A35设在分离区A3的侧壁上，回流区A4从上到下顺次设有回流液吸管A41、调节阀A42、回流液连通管A43、回流液进管A44，回流液进管A44与水流混合分布室A13相连，回流液吸管A41与气体分离室A32相连；铁盐脱硫系统B包括铁盐脱硫区B1和铁盐再生区B2，铁盐脱硫区B1从下到上顺次设有脱硫区集硫斜板B11、铁盐脱硫区反应液输入管B16、第二气室B17、沼气输出管B18，铁盐脱硫区B1的侧壁下端设有脱硫区单质硫排放管B19，铁盐脱硫区B1的侧壁上端设有进药管B13，铁盐脱硫区B1的右侧设有挡气板B14，挡气板B14的右侧设有铁盐脱硫区反应液输出管B15与铁盐再生区B2相连，脱硫区集硫斜板B11上设有管状布气装置B12；铁盐再生区B2从下到上顺次设有再生区集硫斜板B21、空气输入管B23、曝气装置B24、铁盐再生液回流装置B25、第三气室B26、尾气排放管B27，铁盐再生区B2的侧壁下端设有再生区单质硫排放管B22，铁盐再生液回流装置B25与铁盐脱硫区反应液输入管B16相连。
所述的反应器本体呈圆筒状，反应区A2、分离区A3和铁盐脱硫系统B高度之比为6:3:1～8:4:1，反应区A2和分离区A3的直径之比为1:2。
所述的厌氧反应系统A与铁盐脱硫系统B的体积之比为5:1～10:1；铁盐脱硫区B1与铁盐再生区B2的体积之比为1:1～2:1。
所述的脱硫区集硫斜板B11与水平面夹角α为30～45°，管状布气装置B12由内管和外管构成，内管和外管直径比为2～3：1，管状布气装置B12分布密度为25～100个/m2，铁盐脱硫区B1充三价铁脱硫反应液，液面低于管状布气装置B12内管上沿，挡气板B14上沿离铁盐脱硫区B1反应液输出管B15上沿4～8cm，铁盐脱硫区反应液输入管B16上沿位于反应液表面，与水平面夹角α为5～10°。
4、根据权利1所述的一种铁盐自循环脱硫厌氧反应器，其特征在于：所述的再生区集硫斜板B21与水平面夹角α为30～45°，铁盐再生区B2充二价铁再生液，铁盐再生液回流装置B25为半圆形堰槽，槽沿低于液面，槽深2～4cm，槽底与铁盐脱硫区反应液输入管B16相连。借助铁盐再生区的曝气，实现铁盐脱硫区B1和铁盐再生区B2之间的反应液自循环。
本发明利用三价铁盐溶液处理沼气，可氧化硫化氢为单质硫并加以回收，同时利用曝气将铁盐脱硫产生的二价铁氧化成三价铁，实现脱硫剂的自循环利用。反应过程为：
S2-+Fe3+→S↓+Fe2+
2Fe2++O2→2Fe3+
本发明利用三价铁盐氧化H2S为单质硫，脱硫效率高且可回收硫资源；循环利用铁盐，可实现脱硫剂再生，减少脱硫剂消耗量；以三价铁代替氧气进行脱硫，可降低甲烷与氧气混合所致的爆炸风险，实现安全生产。
本发明三个系统工作过程如下：
沼气产生系统。包括布水区A1、反应区A2、分离区A3、回流区A4，布水区A1设有排泥管A11、废水进管A12、水流混合分布室A13，反应区A2设有取样管A21、污泥床A22，分离区A3设有三相分离器A31、气体分离室A32、污泥沉淀室A33、气室A A34、溢流堰A35，回流区A4设有回流液吸管A41、调节阀A42、回流液连通管A43、回流液进管A44。废水由废水进管进入水流混合分布室，在反应区由厌氧微生物将有机物转化成沼气，硫化盐转化成H2S，沼气与反应液进入三相分离器A31，进行气液固三相分离，气体由气体分离室A32进入气室A A34，再通过管式布气装置B12进入铁盐脱硫区B1，厌氧处理出水通过溢流堰A35排出反应器，溢流堰A35中持有水层，可防止沼气从溢流堰逃逸，也可阻止空气进入。设置回流区A4，可强化反应区液体运动，有利于沼气逸出。
铁盐脱硫回收系统。在自身气压推动下，沼气通过管式布气装置B12进入铁盐脱硫区B1。沿管式布气装置内管向上流动，再在外管限制下向下流动，与铁盐脱硫液接触。硫化氢被脱硫液吸收进入液相，并被硫酸铁氧化单质硫而得到去除。形成的单质硫在重力作用下逐渐沉淀至底部。脱硫区集硫斜板B11与水平夹角α为30～45°，单质硫经脱硫区集硫斜板B11收集，再由脱硫区单质硫排放管B19排出。脱硫后的沼气经由沼气输出管B18排出。
铁盐自循环再生系统。铁盐再生区B2的曝气装置B24进行曝气时可产生负压，将铁盐脱硫区B1含二价铁的反应液通过铁盐脱硫区反应液输出管B15吸入铁盐再生区B2，挡气板B14可防止沼气进入铁盐再生区B2，同时也可防止空气进入铁盐脱硫区B1。曝气产生上升气泡与液体接触，将二价铁氧化为三价铁，实现铁盐再生。上升气流扰动再生液自动流入铁盐再生液回流装置B25的圆形堰槽，再通过竖管自流入铁盐脱硫区反应液输入管B16，铁盐脱硫区反应液输入管B16与水平夹角5～10°，延伸至铁盐脱硫区左侧，使再生液在铁盐脱硫区B1混合均匀，充分利用。剩余空气通过尾气输放管B26排放。
Claims (5)
1.一种铁盐自循环脱硫厌氧反应器，其特征在于：反应器本体从下到上依次设有厌氧反应系统（A）和铁盐脱硫系统（B）；厌氧反应系统（A）包括布水区（A1）、反应区（A2）、分离区（A3）、回流区（A4），布水区（A1）从下到上依次设有排泥管（A11）、废水进管（A12）、水流混合分布室（A13），反应区（A2）包括取样管（A21）、污泥床（A22），取样管（A21）设在污泥床（A22）的侧壁上，分离区（A3）包括三相分离器（A31）、气体分离室（A32）、污泥沉淀室（A33）、第一气室（A34）、溢流堰（A35），三相分离器（A31）的内侧设有气体分离室（A32），三相分离器（A31）的外侧设有污泥沉淀室（A33），三相分离器（A31）的上方设有第一气室（A34），溢流堰（A35）设在分离区（A3）的侧壁上，回流区（A4）从上到下顺次设有回流液吸管（A41）、调节阀（A42）、回流液连通管（A43）、回流液进管（A44），回流液进管（A44）与水流混合分布室（A13）相连，回流液吸管（A41）与气体分离室（A32）相连；铁盐脱硫系统（B）包括铁盐脱硫区（B1）和铁盐再生区（B2），铁盐脱硫区（B1）从下到上顺次设有脱硫区集硫斜板（B11）、铁盐脱硫区反应液输入管（B16）、第二气室（B17）、沼气输出管（B18），铁盐脱硫区（B1）的侧壁下端设有脱硫区单质硫排放管（B19），铁盐脱硫区（B1）的侧壁上端设有进药管（B13），铁盐脱硫区（B1）的右侧设有挡气板（B14），挡气板（B14）的右侧设有铁盐脱硫区反应液输出管（B15）与铁盐再生区（B2）相连，脱硫区集硫斜板（B11）上设有管状布气装置（B12）；铁盐再生区（B2）从下到上顺次设有再生区集硫斜板（B21）、空气输入管（B23）、曝气装置（B24）、铁盐再生液回流装置（B25）、第三气室（B26）、尾气排放管（B27），铁盐再生区（B2）的侧壁下端设有再生区单质硫排放管（B22），铁盐再生液回流装置（B25）与铁盐脱硫区反应液输入管（B16）相连。
2.根据权利1所述的一种铁盐自循环脱硫厌氧反应器，其特征在于：所述的反应器本体呈圆筒状，反应区（A2）、分离区（A3）和铁盐脱硫系统（B）高度之比为6:3:1~8:4:1，反应区（A2）和分离区（A3）的直径之比为1:2。
3.根据权利1所述的一种铁盐自循环脱硫厌氧反应器，其特征在于：所述的厌氧反应系统（A）与铁盐脱硫系统（B）的体积之比为5:1~10:1；铁盐脱硫区（B1）与铁盐再生区（B2）的体积之比为1:1~2:1。
4.根据权利1所述的一种铁盐自循环脱硫厌氧反应器，其特征在于：所述的脱硫区集硫斜板（B11）与水平面夹角α为30~45°，管状布气装置（B12）由内管和外管构成，内管和外管直径比为2~3：1，管状布气装置（B12）分布密度为25~100个/m2，铁盐脱硫区（B1）充三价铁脱硫反应液，液面低于管状布气装置（B12）内管上沿，挡气板（B14）上沿离铁盐脱硫区（B1）反应液输出管（B15）上沿4~8cm，铁盐脱硫区反应液输入管（B16）上沿位于反应液表面，与水平面夹角α为5~10°。
5.根据权利1所述的一种铁盐自循环脱硫厌氧反应器，其特征在于：所述的再生区集硫斜板（B21）与水平面夹角α为30~45°，铁盐再生区（B2）充二价铁再生液，铁盐再生液回流装置（B25）为半圆形堰槽，槽沿低于液面，槽深2~4cm，槽底与铁盐脱硫区反应液输入管（B16）相连。
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