CN110479081B - 一种约束式生物反应器原位脱硫工艺及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种约束式生物反应器原位脱硫工艺及其设备。工艺步骤为，将生物反应器内产生的气体通入气体混合器内，同时监测通入气体的产气流量、硫化氢浓度，二者相乘可计算出产气中硫化氢气体流量值M，进而计算出通入气体混合器的氧气流量值N,N＝ηM,η＝1～5；向气体混合器中通入空气，同时监测空气中氧气的浓度H，结合计算出的氧气流量值，进一步得出空气流量值L＝N/H，以此来控制通入空气的流量；气体混合器内产气与氧气充分混合，形成匀质的微氧产气，微氧产气被通入到布气结构中，经布气结构处理后接着进行硫化氢的脱除反应，微氧产气中硫化氢在氧气的参与下通过微生物的生化作用，氧化为硫单质产物，完成硫化氢脱除。

Description

一种约束式生物反应器原位脱硫工艺及其设备
技术领域：
本发明涉及一种在生物反应器内一定约束空间下利用微生物的作用脱除生物反应器产气中硫化氢的工艺方法及其系统，更具体地说，是涉及一种约束式生物反应器原位脱硫工艺及其设备。
背景技术：
随着生物发酵技术的发展，生物反应器产气脱硫经历了从其他工业领域引进技术到与本行业相结合形成特有的脱硫技术的过程。生物反应器产气应用行业从其他行业引进传统的脱硫方法，包括使用氧化铁等干性物资的干法脱硫和使用氢氧化钠溶液的湿法脱硫等技术，但是这些技术在使用过程中，在系统运行方面脱硫剂的成本较高；再者，对于一些可以采用脱硫剂进行再生的技术，再生过程中还会出现工人操作强度大以及脱硫剂失活等问题。经过一定时间的发展后，在原有的干法、湿法脱硫的基础上出现了采用微生物的生化反应进行生物脱硫的方法，该方法需要额外添加脱硫塔、滴滤池、生物滤池等设备，系统的建造成本较高，还需注意脱硫微生物系统的调试运行。
现有的原位脱硫技术是在生物脱硫技术的基础上进行的改进工艺，其将微量含氧气体直接通入发酵罐内的气体空间或者发酵液下部空间，这些气体中的氧气含量很少，在发酵罐内的分布极不均匀和稳定，因此脱除硫化氢的微生物与氧气的结合效果很差，而且随着发酵液的搅拌作用，能够进行硫化氢氧化作用的硫氧化菌在微氧和厌氧环境不停切换，生存条件受限，因此脱硫效果有限，无法满足日益增长的环保要求。为了克服这些困难，需要为脱硫微生物的生长提供稳定的生长环境，同时为其中的微生物提供稳定的发酵产气和硫化氢氧化的空间，所以设计了一种约束式生物反应器原位脱硫设备及其方法具有重要的意义。
发明内容：
本发明正是针对上述问题，提供了一种约束式生物反应器原位脱硫工艺及其设备，通过脱硫容积对生物反应器内的反应物进行约束，将生物反应器内产气与外界供氧混合后通入脱硫容积，并在脱硫容积内设置布流板，使微氧产气在脱硫容积内均匀上升，最终在脱硫容积内需氧的微生物作用下脱除产气中的硫化氢。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，具体的工艺步骤为，
1、将生物反应器内产生的气体通入气体混合器内，同时监测通入气体的产气流量、硫化氢浓度，二者相乘可计算出产气中硫化氢气体流量值M，进而计算出通入气体混合器的氧气流量值N,N＝ηM,η＝1～5；
2、向气体混合器中通入空气，同时监测空气中氧气的浓度H，结合步骤1计算出的氧气流量值，进一步得出空气流量值L＝N/H，以此来控制通入空气的流量；
3、气体混合器内产气与氧气充分混合，形成匀质的微氧产气，微氧产气被通入到布气结构中，经布气结构处理后接着进行硫化氢的脱除反应，微氧产气中硫化氢在氧气的参与下通过微生物的生化作用，氧化为硫单质产物，完成产气的硫化氢脱除，最终形成脱硫产气，其中微生物为硫氧化菌(SOB)。
约束式生物反应器原位脱硫工艺的设备包括生物反应器、脱硫容器、气体混合器和计算机处理单元，脱硫容器设置在生物反应器内，其对生物反应器内的部分发酵液进行空间约束，生物反应器上方的产气口通过产气管与气体混合器连通，气体混合器的另一端与氧气管路连通，氧气管路与大气相连，气体混合器的出气口通过微氧供气管与脱硫容器内底部的布气结构连通；脱硫容器内设置有供微生物生长的微生物填料，微生物填料位于布气结构的上方，脱硫容器的顶部连通有出气管，出气管贯穿生物反应器的上壁并延伸至生物反应器的外部。
空间约束的主要作用是对盛装在脱硫容器内的部分发酵液限制流动，使这些发酵液内能够在厌氧的反应器内形成稳定的微氧环境，同时也可以与厌氧的发酵液之间流动。
生物反应器内盛装了发酵液。
产气管上设置有第一硫化氢浓度传感器、第一气体流量计和控制阀，微氧供气管上也设置了控制阀。
氧气管路由供氧管及设置在供氧管上的第一氧气浓度传感器、气体流量调节阀和气泵组成。
出气管上设置有第二硫化氢浓度传感器、第二氧气浓度传感器和第二气体流量计
气体混合器和微氧供气管上也设置了氧气浓度传感器，通过氧气浓度传感器测得的实时氧气含量来控制供氧管内的氧气输入量。
生物反应器的上部、中部、下部分别连通有进料管、出料管和排污管，三个管上均设置了控制阀；进料管、出料管分别运送发酵前、发酵后的物料，排污管运送的是沉淀的发酵物料和物料中夹带的异物。
气体在生物反应器内不同的腔体内的流动同时具有搅拌功能。
生物反应器内的脱硫容器设置了一个以上，位置设置在紧贴生物反应器的内腔器壁、生物反应器的内腔中部或生物反应器的内罐顶处。
还可将脱硫容器与生物反应器的进料管相连；在利用进料中的好氧微生物以及含有的氧气的同时，增强生物反应器的水解酸化功能和微生物从好氧环境到厌氧环境平稳过渡的功能。
第一硫化氢浓度传感器、第一气体流量计、第一氧气浓度传感器、第二硫化氢浓度传感器、第二氧气浓度传感器和第二气体流量计均与计算机处理单元电性相连；将监测的数据传输给计算机处理单元，由计算机处理单元进行数据的计算和比对，进而控制气体流量调节阀、气泵和各个控制阀的工作。
产气管通入的产气也可为外界通入的含硫气体。
本发明的有益效果：
1、将脱硫系统集成于生物反应器内，节省了原有生物反应器系统专门的脱硫设备。
2、以生物反应器内的发酵液为脱硫剂操作方便，便于安装调试。
3、发酵液内的营养物质也可以提供给脱硫系统内的微生物，节省了营养盐等物质的添加，经济环保、后期维护简单。
4、有助于生物反应器系统集成化一体化。
5、通氧后可以刺激生物反应器进行酸化反应，有益于提升系统的发酵运行效率。
6、以生物反应器内部反应物为脱硫溶液，有利于处理高浓度硫化氢的产气。
7、不仅可以进行脱硫处理，也可脱除其他有害气体。
8、还可用于改善反应过程，促进生物反应器的反应。
附图说明：
图1为实施例1的结构示意图。
图2为实施例2的结构示意图。
图中，1排污管、2排污阀、3出料阀、4出料管、5保温装置、6生物反应器、7布气结构、8脱硫容器、9微氧供气管、10产气管、11第一气体流量计、12第一硫化氢浓度传感器、13供氧管、14第一氧气浓度传感器、15气体流量调节阀、16气泵、17气体混合器、18微氧产气出口、19微氧供气管气阀、20第二硫化氢浓度传感器、21出气管、22第二氧气浓度传感器、23计算机处理单元、24进料管气阀、25进料管。
具体实施方式：
实施例1
由图1可知，脱硫容器设置在生物反应器的内腔中部。生物反应器产生的气体通过产气管进入到脱硫容器中，在产气管上布置的第一硫化氢浓度传感器、第一气体流量计监测产气中的硫化氢含量和产气流量，将数据传输至系统的计算机单元之内；计算机单元通过产气数据计算出需要通入系统的氧气含量，并结合供氧管上的第一氧气浓度传感器信号，将产气流量、硫化氢浓度相乘计算出脱硫需要通入的含氧气体量，并以此控制气泵与气体流量调节阀的启闭操作；产气与含氧气体在气体混合器内进行混合，形成匀质的微氧产气，然后进入微氧供气管，接着进入脱硫容器中，经过布气结构后，微氧产气能够均匀地在脱硫容器中向出气管逸散，并在逸散过程中在脱硫容器内微生物的作用下进行硫化氢的脱除反应，最终形成脱硫产气，其硫化氢、氧气含量以及气体流量数据被布置在出气管上的传感器进行监测。脱硫效率达到了97％。
实施例2
由图2可知，与实施例1不同的是，脱硫容器设置在生物反应器的内腔器壁。这样的设置既节省了制造脱硫容器所需要的材料，又可用于改善生物反应器内部空间结构。而且通过采用脱硫容器与生物反应器器壁相连的方式还可增强脱硫容器本身的支撑强度，更适用于高径比较大的生物反应器。
此外，这里将脱硫容器作为生物反应器进料的通道，在利用进料中的好氧微生物以及含有的氧气的同时，增强生物反应器的水解酸化功能和微生物从好氧环境到厌氧环境平稳过渡的功能。

Claims (6)

1.一种约束式生物反应器原位脱硫工艺，其特征在于，具体的工艺步骤为如下：
（1）将生物反应器内产生的气体通入气体混合器内，同时监测通入气体的产气流量、硫化氢浓度，二者相乘可计算出产气中硫化氢气体流量值M，进而计算出通入气体混合器的氧气流量值N, N=ηM, η=1～5；
（2）向气体混合器中通入空气，同时监测空气中氧气的浓度H，结合步骤（1）计算出的氧气流量值，进一步得出空气流量值L=N/H ，以此来控制通入空气的流量；
（3）气体混合器内产气与氧气充分混合，形成匀质的微氧产气，微氧产气被通入到布气结构中，经布气结构处理后接着进行硫化氢的脱除反应，微氧产气中硫化氢在氧气的参与下通过微生物的生化作用，氧化为硫单质产物，完成产气的硫化氢脱除，最终形成脱硫产气，其中微生物为硫氧化菌SOB；
所述的脱硫工艺采用的约束式生物反应器原位脱硫设备，包括生物反应器、脱硫容器、气体混合器和计算机处理单元，脱硫容器设置在生物反应器内，其对生物反应器内的部分发酵液进行空间约束，生物反应器上方的产气口通过产气管与气体混合器的一端连通，气体混合器的另一端与氧气管路连通，氧气管路与大气相连，气体混合器的出气口通过微氧供气管与脱硫容器内底部的布气结构连通；脱硫容器内设置有供微生物生长的微生物填料，微生物填料位于布气结构的上方，脱硫容器的顶部连通有出气管，出气管贯穿生物反应器的上壁并延伸至生物反应器的外部。
2.根据权利要求1所述的约束式生物反应器原位脱硫工艺，其特征在于，产气管上设置有第一硫化氢浓度传感器、第一气体流量计和控制阀，微氧供气管上也设置了控制阀。
3.根据权利要求1所述的约束式生物反应器原位脱硫工艺，其特征在于，氧气管路由供氧管及设置在供氧管上的第一氧气浓度传感器、气体流量调节阀和气泵组成。
4.根据权利要求1所述的约束式生物反应器原位脱硫工艺，其特征在于，出气管上设置有第二硫化氢浓度传感器、第二氧气浓度传感器和第二气体流量计。
5.根据权利要求1所述的约束式生物反应器原位脱硫工艺，其特征在于，生物反应器内的脱硫容器设置了一个以上，位置设置在生物反应器的中心、紧贴生物反应器的器壁或生物反应器的内罐顶处。
6.根据权利要求1所述的约束式生物反应器原位脱硫工艺，其特征在于，第一硫化氢浓度传感器、第一气体流量计、第一氧气浓度传感器、第二硫化氢浓度传感器、第二氧气浓度传感器和第二气体流量计均与计算机处理单元电性相连。
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GR01 Patent grant
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