CN112495162A - 一种含硫化氢气体的生物脱硫集成系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含硫化氢气体的生物脱硫集成系统及方法，包括吸收塔以及生物硫氧化‑硫分离集成装置，吸收塔底端与生物硫氧化‑硫分离集成装置下端相连，生物硫氧化‑硫分离集成装置中端与吸收塔顶端相连，在进行反应时，硫化氢在吸收塔内被碱液吸收形成硫氢化物，含硫氢化物的高硫溶液进入生物氧化‑硫磺分离集成单元，硫氢化物首先被微生物氧化为硫磺，硫磺颗粒经沉降、重力分离后，再生溶液返回吸收塔，重新开始吸收循环；本发明将生物氧化与硫磺沉降过程集成在一个反应器内，显著缩小了设备的占地面积，降低了操作难度，减低了空气进入处理气体中的风险；而且本系统结构简单、加工方便、利于放大。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程领域，尤其涉及一种含硫化氢气体的生物脱硫集成系统及方法。
背景技术
硫化氢是一种无色、臭鸡蛋气味的有毒气体，往往存在于天然气、沼气、炼厂气等。硫化氢不仅对输送管道、设备产生强烈的腐蚀作用，而且其燃烧产物二氧化硫也是产生酸雨和雾霾的重要原因。近年来，随着我国环保排放要求的日趋严格，对含硫化氢气体进行有效的脱硫处理已经显得越发重要。与传统物理、化学方法相比，生物脱硫技术具有条件温和、无二次污染、不会堵塞系统等优点。生物脱硫技术可以在常温常压下将气体中的硫化氢快速吸收下来，并在微生物的作用下氧化生成单质硫，并以硫磺的形式从体系中排出，达到脱硫的目的。而且生物脱硫过程中产生的纳米级生物硫磺颗粒，具有良好的亲水性，是农药、采矿等行业的最佳原料。
CN106381183A、CN106975342A分别公开了生物脱硫系统，主体结构包括脱硫吸收塔、生物氧化反应器、硫分离器等。脱硫塔的底部与生物氧化反应器的底部连接，生物氧化反应器与硫分离器连接，生物氧化反应器或硫分离器与脱硫塔上部通过管路连接。脱硫过程中，吸收液经脱硫塔顶部的喷淋头喷下，含硫化氢的气体从脱硫塔下部进入，在吸收塔中部的填料层中与吸收液充分接触，硫化氢被吸收下来，吸收硫化氢的高硫溶液进入生物氧化反应器，在硫氧化微生物的作用下，将吸收液中的硫氢根离子氧化成单质硫。这些系统中分别设置了生物氧化反应器和硫分离器，两者之间通过水泵和管道连接，实现硫氧化和硫沉降过程分别在独立反应器中完成。
如果能将生物氧化反应器和硫分离器集成在一个反应器内，将大大缩小设备的占地面积，降低建造成本，同时降低系统运行的控制难度，成为众多厂家所要解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在硫氧化和硫磺分离过程控制复杂，设备多，占地面积大等问题，本发明将生物氧化与硫磺沉降过程集成在一个反应器内，开发出一种集成的生物脱硫系统。
本发明提出了一种生物脱硫的集成系统，在保证脱硫效果的基础上，将生物氧化反应器和硫分离器集成在同一个反应器内，通过合理的结构设计，实现生物硫氧化装置的简化，具有很高的应用推广价值。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种生物脱硫系统：
包括吸收塔以及生物硫氧化-硫分离集成装置，吸收塔底端与生物硫氧化-硫分离集成装置下端相连，生物硫氧化-硫分离集成装置中端与吸收塔顶端相连。
优选的，所述生物硫氧化-硫分离集成装置包括装置本体，装置本体内从左向右依次设有生物硫氧化区、硫磺分离区，装置本体左侧设有第一进气口以及进料口，第一进气口设置在进料口的上方，生物硫氧化区内侧设有导流筒，导流筒上下两端与装置本体之间均设有间隔，导流筒下方设有曝气装置，曝气装置通过进气管道与第一进气口相连；装置本体右侧设有第一出液口以及第二出液口，第一出液口设置在第二出液口的上方，第一出液口与吸收塔相连。
导流筒为上下敞口的圆筒，设置导流筒的好处是让高硫溶液形成循环流动，便于传质和空气混合。导流筒上端距离装置本体上端1/3，导流筒底端距离装置本体底端1/4。导流筒下方设有曝气装置，这样便于空气上升、混合，易于形成流体循环。
优选的，还包括温度检测器、pH值检测器、ORP值检测器以及鼓风机，温度检测器、pH值检测器、ORP值检测器均与生物硫氧化区相连；鼓风机通过进气管道与第一进气口相连。
优选的，生物硫氧化区以及硫磺分离区之间设有隔离板，隔离板底端与装置本体相连，隔离板顶端与装置本体之间设有间隔。生物氧化-硫磺分离集成单元由隔板隔成两个独立地区域，两区域之间由隔板上部连通，反应液可以通过。
优选的，隔离板的高度为装置本体高度的1/2-3/4，可以防止溶液中残留的空气进入吸收塔。
优选的，隔离板上设有倾斜设置的导流板，导流板上端与隔离板相连，导流板下端与装置本体相连，导流板下端设置在第二出液口的下方，倾斜设置的导流板可以使硫磺沉淀快速排出装置外。
优选的，所述生物氧化-硫磺分离集成单元的硫磺分离区域设有硫磺沉降装置。
优选的，吸收塔下端设有第二进气口，吸收塔顶部设有出气口，吸收塔底部设有第三出液口；吸收塔内侧设有填料层以及喷淋装置，喷淋装置设置在出气口的下方，填料层设置在第二进气口以及喷淋装置之间。
优选的，生物硫氧化-硫分离集成装置通过泵与吸收塔相连，生物硫氧化-硫分离集成装置与泵之间设有阀门。
第二方面，本发明提供利用上述的生物脱硫系统进行生物脱硫的方法，方法包括如下步骤：
（1）将含硫化氢气体经第二进气口进入吸收塔，与经过喷淋装置喷淋出的吸收液逆向接触，净化后的气体从吸收塔顶端排出, 其中的硫化氢被快速吸收，得到高硫溶液；
（2）步骤（1）的高硫溶液进入送入至生物硫氧化-硫分离集成装置的生物硫氧化区内进行硫氧化反应；在控制空气或氧气的通入量的条件下，被微生物氧化为单质硫；
（3）将经过生物硫氧化区反应后的溶液通过隔离板溢流至硫磺分离区内，经沉降后，硫磺经第二出液口排出，上层溶液经过第一出液口泵入至吸收塔内，进行循环使用。
优选的，步骤（1）中吸收液为碳酸钠-氢氧化钠、碳酸钠-碳酸氢钠、碳酸氢钠-氢氧化钠中任意一种或几种；
吸收液pH为7.5-10.5；更优地，吸收液pH为9.0-10.0。
吸收液的盐浓度0.1-1.5mol/L，更优地，吸收液盐浓度0.8-1.0mol/L。
优选的，步骤（2）中生物硫氧化-硫分离集成装置中所用的微生物为化能自养硫氧化菌，更优的，嗜盐嗜碱硫氧化菌。
生物硫氧化-硫分离集成装置内进行硫氧化反应的温度为10-40℃，更优地，硫氧化温度25-35℃。
硫氧化反应的pH范围为7.5-10.5，更优地，pH为9.0-10.0。
硫氧化反应的ORP为-300mV~-430mV，更优地，硫氧化环境中ORP为-380mV~-400mV。
优选的，硫磺的固液分离方式采用自然沉降。
本发明生物脱硫系统可以用于沼气、天然气、工业废气等硫化氢的脱除。
由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：
（1）本发明通过设置生物硫氧化-硫分离集成装置，大大缩小设备的占地面积，降低建造成本，同时降低系统运行的控制难度。
（2）本系统结构简单、加工方便、利于放大。本发明系统的生物脱硫负荷可达到4kg/(m3·d)，硫磺的纯度达到98%以上，是一种高效、低成本的脱硫系统和方法。
附图说明
图1是一种生物脱硫系统的结构示意图；
图2为本发明实施例3中硫化氢去除率和单质硫生成率随时间的变化规律；
图3为本发明实施例4中硫化氢去除率和单质硫生成率随时间的变化规律；
图中：1、吸收塔，2、填料层，3、喷淋装置，4、生物硫氧化-硫分离集成装置，5、鼓风机，6、曝气装置，7、导流筒，8、隔离板，9、泵，10、温度检测器，11、pH值检测器，12、ORP值检测器，13、阀门，14、第一进气口，15、进料口，16、出气口，17、第三出液口，18、第一出液口，19、第二出液口，20、导流板，21、第二进气口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例1：
一种生物脱硫系统，包括吸收塔1以及生物硫氧化-硫分离集成装置4，吸收塔1底端与生物硫氧化-硫分离集成装置4下端相连，生物硫氧化-硫分离集成装置4中端与吸收塔1顶端相连。
所述生物硫氧化-硫分离集成装置4包括装置本体，装置本体内从左向右依次设有生物硫氧化区、硫磺分离区，装置本体左侧设有第一进气口14以及进料口15，第一进气口14设置在进料口15的上方，生物硫氧化区内侧设有导流筒7，导流筒7上下两端与装置本体之间均设有间隔，导流筒7下方设有曝气装置6，曝气装置6通过进气管道与第一进气口14相连；装置本体右侧设有第一出液口18以及第二出液口19，第一出液口18设置在第二出液口19的上方，第一出液口18与吸收塔1相连。生物硫氧化区以及硫磺分离区之间设有隔离板8，隔离板8底端与装置本体相连，隔离板8顶端与装置本体之间设有间隔。
导流筒7为上下敞口的圆筒，设置导流筒7的好处是让高硫溶液形成循环流动，便于传质和空气混合。导流筒7上端距离装置本体上端1/3，导流筒7底端距离装置本体底端1/4。导流筒7下方设有曝气装置6，这样便于空气上升、混合，易于形成流体循环。
还包括温度检测器10、pH值检测器11、ORP值检测器12以及鼓风机5，温度检测器10、pH值检测器11、ORP值检测器12均与生物硫氧化区相连；鼓风机5通过进气管道与第一进气口14相连。
隔离板8上设有倾斜设置的导流板20，导流板20上端与隔离板8相连，导流板20下端与装置本体相连，导流板20下端设置在第二出液口19的下方。
隔离板8的高度为装置本体高度的1/2-3/4。
吸收塔1下端设有第二进气口21，吸收塔1顶部设有出气口16，吸收塔1底部设有第三出液口17；吸收塔1内侧设有填料层2以及喷淋装置3，喷淋装置3设置在出气口16的下方，填料层2设置在第二进气口21以及喷淋装置3之间。
生物硫氧化-硫分离集成装置4通过泵9与吸收塔1相连，生物硫氧化-硫分离集成装置4与泵9之间设有阀门13。
实施例2：
采用实施例1的含硫化氢气体的生物脱硫集成系统，本实施例中隔离板8的高度为装置本体高度的2/3。
一种针对含硫化氢模拟气体的生物脱硫方法：
（1）模拟气体中硫化氢含量为10000ppm，其余为氮气，以流速500L/h，通入吸收塔1，气体中硫化氢被碱液吸收，净化后的气体从吸收塔1顶端排出；吸收液为碳酸钠-碳酸氢钠配置的缓冲溶液，pH为9.0，钠离子浓度为1.0mol/L；
（2）吸收硫化氢后的高硫溶液自流进入生物硫氧化-硫分离集成装置4内的生物硫氧化区内进行硫氧化反应，通入空气的条件下，通过硫氧化微生物将硫氢根氧化为单质硫，所用的微生物为嗜盐嗜碱硫氧化菌，反应温度为30℃，pH为9.5，ORP控制在-380mV；
（3）含单质硫的溶液漫过隔离板8进入硫磺分离区域，经沉降后，硫磺经底端第二出液口19排出；上层溶液经泵9提升进入吸收塔1喷淋装置3，开始下一循环。
该装置连续运行15天，连续取样，分析计算硫化氢去除率和单质硫生成率。
硫化氢去除率达到99%以上，单质硫生成率达到85%以上，本装置生物脱硫负荷可达到4kg/(m3·d)，硫磺的纯度达到98%以上。
实施例3：
采用实施例1的含硫化氢气体的生物脱硫集成系统，隔离板8的高度为装置本体高度的1/2。
一种针对含硫化氢的天然气的生物脱硫方法：
（1）天然气中甲烷含量为90%，乙烷为5.5%，硫化氢含量为10000ppm，以流速600L/h，通入吸收塔1，气体中硫化氢被碱液吸收，净化后的气体从吸收塔1顶端排出；吸收液为碳酸钠-碳酸氢钠配置的缓冲溶液，pH为9.3，钠离子浓度为0.9mol/L；
（2）吸收硫化氢后的高硫溶液自流进入生物硫氧化-硫分离集成装置4内的生物硫氧化区内进行硫氧化反应，通入空气的条件下，通过硫氧化微生物将硫氢根氧化为单质硫，所用的微生物为嗜盐嗜碱硫氧化菌，反应温度为35℃，pH为9.0，ORP控制在-390mV；
（3）含单质硫的溶液漫过隔离板8进入硫磺分离区域，经沉降后，硫磺经底端第二出液口19排出；上层溶液经泵9提升进入吸收塔1的喷淋装置3，开始下一循环。
该装置连续运行15天，连续取样，分析计算硫化氢去除率和单质硫生成率，如图2所示。
硫化氢去除率达到99%以上，单质硫生成率达到80%，本装置生物脱硫负荷可达到4kg/(m3·d)，硫磺的纯度达到98%以上。
实施例4：
采用实施例1的含硫化氢气体的生物脱硫集成系统，隔离板8的高度为装置本体高度的3/4。
一种针对含硫化氢沼气的生物脱硫方法：
（1）沼气中甲烷含量为60%，二氧化碳为40%，硫化氢含量为5000ppm，以流速500L/h，通入吸收塔1，气体中硫化氢被碱液吸收，净化后的气体从吸收塔1顶端排出；吸收液为碳酸钠-氢氧化钠配置的缓冲溶液，pH为9.5，钠离子浓度为0.8mol/L；
（2）吸收硫化氢后的高硫溶液自流进入生物硫氧化-硫分离集成装置4内的生物硫氧化区内进行硫氧化反应，通入空气的条件下，通过硫氧化微生物将硫氢根氧化为单质硫，所用的微生物为嗜盐嗜碱硫氧化菌，反应温度为28℃，pH为9.5，ORP控制在-400mV；
（3）含单质硫的溶液漫过隔离板8进入硫磺分离区域，经沉降后，硫磺经底端第二出液口19排出；上层溶液经泵9提升进入吸收塔1的喷淋装置3，开始下一循环。
该装置连续运行15天，连续取样，分析计算硫化氢去除率和单质硫生成率，如图3所示。
硫化氢去除率达到99%以上，单质硫生成率达到80%以上，本装置生物脱硫负荷可达到4kg/(m3·d)，硫磺的纯度达到98%以上。
上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生物脱硫系统，其特征在于：包括吸收塔以及生物硫氧化-硫分离集成装置，吸收塔底端与生物硫氧化-硫分离集成装置下端相连，生物硫氧化-硫分离集成装置中端与吸收塔顶端相连。
2.根据权利要求1所述的一种生物脱硫系统，其特征在于：所述生物硫氧化-硫分离集成装置包括装置本体，装置本体内从左向右依次设有生物硫氧化区、硫磺分离区，装置本体左侧设有第一进气口以及进料口，第一进气口设置在进料口的上方，生物硫氧化区内侧设有导流筒，导流筒上下两端与装置本体之间均设有间隔，导流筒下方设有曝气装置，曝气装置通过进气管道与第一进气口相连；装置本体右侧设有第一出液口以及第二出液口，第一出液口设置在第二出液口的上方，第一出液口与吸收塔相连；生物硫氧化区以及硫磺分离区之间设有隔离板，隔离板底端与装置本体相连，隔离板顶端与装置本体之间设有间隔。
3.根据权利要求2所述的一种生物脱硫系统，其特征在于：还包括温度检测器、pH值检测器、ORP值检测器以及鼓风机，温度检测器、pH值检测器、ORP值检测器均与生物硫氧化区相连；鼓风机通过进气管道与第一进气口相连。
4.根据权利要求2所述的一种生物脱硫系统，其特征在于：隔离板上设有倾斜设置的导流板，导流板上端与隔离板相连，导流板下端与装置本体相连，导流板下端设置在第二出液口的下方。
5.根据权利要求2所述的一种生物脱硫系统，其特征在于：隔离板的高度为装置本体高度的1/2-3/4。
6.根据权利要求1所述的一种生物脱硫系统，其特征在于：吸收塔下端设有第二进气口，吸收塔顶部设有出气口，吸收塔底部设有第三出液口；吸收塔内侧设有填料层以及喷淋装置，喷淋装置设置在出气口的下方，填料层设置在第二进气口以及喷淋装置之间。
7.根据权利要求1所述的一种生物脱硫系统，其特征在于：生物硫氧化-硫分离集成装置通过泵与吸收塔相连，生物硫氧化-硫分离集成装置与泵之间设有阀门。
8.一种利用权利要求1-7所述的生物脱硫系统进行生物脱硫的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将含硫化氢气体经第二进气口进入吸收塔，与经过喷淋装置喷淋出的吸收液进行反应，净化后的气体从吸收塔顶端排出；
（2）将经过步骤（1）反应后所得溶液送入至生物硫氧化-硫分离集成装置内的生物硫氧化区，通入空气并进行硫氧化反应；
（3）将经过生物硫氧化区反应后的溶液通过隔离板溢流至硫磺分离区内，经沉降后，硫磺经第二出液口排出，上层溶液经过第一出液口泵入至吸收塔内，进行循环使用。
9.根据权利要求8所述的生物脱硫的方法，其特征在于：步骤（1）中吸收液为碳酸钠-氢氧化钠、碳酸钠-碳酸氢钠、碳酸氢钠-氢氧化钠中任意一种或几种；吸收液pH为7.5-10.5；吸收液的盐浓度0.1-1.5mol/L。
10.根据权利要求8所述的生物脱硫的方法，其特征在于：步骤（2）中生物硫氧化-硫分离集成装置中所用的微生物为嗜盐嗜碱硫氧化菌；生物硫氧化-硫分离集成装置内进行硫氧化反应的温度为10-40℃；pH为7.5-10.5；硫氧化反应的ORP为-300mV~-430mV。
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| CN110639349A (zh) * | 2018-06-27 | 2020-01-03 | 郑州大学 | 一种化学耦合生物同步废气脱硫脱氨并硫资源化工艺 |
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2020
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