CN114849462A - 生物脱硫处理方法以及生物脱硫处理系统 - Google Patents

生物脱硫处理方法以及生物脱硫处理系统 Download PDF

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黄雯婕
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陈幸德
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Abstract

本揭露提供一种生物脱硫处理方法以及生物脱硫处理系统，生物脱硫处理方法包含提供生物脱硫处理系统，生物脱硫处理系统包含脱硫反应槽以及脱硫菌培养槽，脱硫反应槽用以接收含有硫化氢的气体，脱硫菌培养槽用以培养脱硫菌且与脱硫反应槽连接，脱硫反应槽包含脱硫反应区，脱硫反应区包含至少一脱硫层以及至少一支撑层，且脱硫层以及支撑层以交错的方式堆叠。前述方法还包含将含有硫化氢的气体加载生物脱硫处理系统中，使含有硫化氢的气体通过脱硫反应区进行脱硫反应，以去除硫化氢；以及将经脱硫处理后的气体排出脱硫反应槽。

Description

生物脱硫处理方法以及生物脱硫处理系统
技术领域
本揭露是关于一种生物脱硫处理系统以及生物脱硫处理方法，且特别是关于包含以特定方式配置的脱硫材料的生物脱硫处理系统，以及使用前述生物脱硫处理系统进行的生物脱硫处理方法。
背景技术
一般而言，沼气的成分包含甲烷气体、二氧化碳气体以及硫化氢气体(通常浓度介于200ppmv至8000ppmv之间)，由于沼气为温室气体，因此可将沼气应用于加热及发电等能源使用。然而，沼气中的硫化氢会产生臭味、造成环境污染且易造成发电设备的腐蚀，因此，降低沼气中的硫化氢含量为重要的课题。
目前常用的脱硫方法可分为化学脱硫法与生物脱硫法，化学脱硫法多采用吸附脱硫技术(例如，活性炭以及氧化铁等)与吸收脱硫技术(例如，水洗技术以及碱水洗技术等)，但有须定期更换吸附材以及耗电等问题，需思考汰换吸附材的处理；生物脱硫法使用微生物进行硫化氢氧化反应，不会产生二次污染物，亦可回收元素硫或是进行硫酸盐废水处理，对环境友善，但生物脱硫设备的初期设置成本较高。
承前述，虽然现存的脱硫技术可大致满足它们原先预定的用途，但其仍未在各个方面皆彻底地符合需求。开发高效率、高稳定性且可降低成本的脱硫系统，仍为相关领域所关注的课题。
发明内容
根据本揭露一实施例，提供一种生物脱硫处理方法，包含提供生物脱硫处理系统，生物脱硫处理系统包含脱硫反应槽以及脱硫菌培养槽，脱硫反应槽用以接收含有硫化氢的气体，脱硫菌培养槽用以培养脱硫菌且与脱硫反应槽连接，脱硫反应槽包含脱硫反应区，脱硫反应区包含至少一脱硫层以及至少一支撑层，且脱硫层以及支撑层以交错的方式堆叠。生物脱硫处理方法还包含将含有硫化氢的气体加载生物脱硫处理系统中，使含有硫化氢的气体通过脱硫反应区进行脱硫反应，以去除硫化氢；以及将经脱硫处理后的气体排出脱硫反应槽。
根据本揭露又一实施例，提供一种生物脱硫处理系统，生物脱硫处理系统包含脱硫反应槽以及脱硫菌培养槽，脱硫反应槽用以接收含有硫化氢的气体，脱硫菌培养槽用以培养脱硫菌且与脱硫反应槽连接，脱硫反应槽包含脱硫反应区，脱硫反应区包含至少一脱硫层以及至少一支撑层，且脱硫层以及支撑层以交错的方式堆叠。
为让本揭露的特征、或优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1显示根据本揭露一实施例中，生物脱硫处理系统的示意图；
图2显示根据本揭露一实施例中，使用生物脱硫处理系统得到的脱硫试验结果，其显示硫化氢的负荷率(loading rate)与去除能力(elimination capacity)及去除效率(removal efficiency)的关系图。
【符号说明】
10:生物脱硫处理系统
100:脱硫反应槽
100A:脱硫反应区
100B:暂存区
100C:隔板
102:气体入口
104:气体出口
110:脱硫层
110p:多孔性生物载体
120:支撑层
120p:支撑组件
130:洒水装置
200:脱硫菌培养槽
300-1、300-2、300-3:连接部
F1:循环液
G:含有硫化氢的气体
G’:经脱硫处理后的气体
M1:进气马达
M2:循环马达
M3:曝气装置
O1、O2:操作
具体实施方式
以下针对本揭露实施例的生物脱硫处理系统以及生物脱硫处理方法作详细说明。应了解的是，以下的叙述提供许多不同的实施例或例子，用以实施本揭露一些实施例的不同样态。以下所述特定的组件及排列方式仅为简单清楚描述本揭露一些实施例。当然，这些仅用以举例而非本揭露的限定。此外，在不同实施例中可能使用类似及/或对应的标号标示类似及/或对应的组件，以清楚描述本揭露。然而，这些类似及/或对应的标号的使用仅为了简单清楚地叙述本揭露一些实施例，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。
本揭露实施例可配合附图一并理解，本揭露的附图亦被视为揭露说明的一部分。应理解的是，本揭露的附图并未按照比例绘制，事实上，可能任意的放大或缩小组件的尺寸以便清楚表现出本揭露的特征。
此外，实施例中可能使用相对性用语，例如“较低”或“底部”或“较高”或“顶部”，以描述附图的一个组件对于另一组件的相对关系。可理解的是，如果将附图的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“较低”侧的组件将会成为在“较高”侧的组件。
应理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、层、区域或部分，这些组件、层、区域或部分不应被这些用语限定。这些用语仅是用来区别不同的组件、层、区域或部分。因此，以下讨论的第一组件、层、区域或部分可在不偏离本揭露的教示的情况下被称为第二组件、层、区域或部分。
此外，在本揭露一实施例中，关于接合、连接的用语例如“连接”、“互连”等，除非特别定义，否则可指两个结构是直接接触，亦可指两个结构并非直接接触，而可有其它结构设于此两个结构之间。
再者，“约”、“实质上”等用语通常表示在一给定值或范围的10％内、或5％内、或3％之内、或2％之内、或1％之内、或0.5％之内。在此给定的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明“约”、“实质上”的情况下，仍可隐含“约”、“实质上”的含义。用语“范围介于第一数值及第二数值之间”表示所述范围包含第一数值、第二数值以及它们之间的其它数值。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包含技术及科学用语)具有与本揭露所属技术领域的技术人员通常理解的相同涵义。能理解的是，这些用语例如在通常使用的字典中定义用语，应被解读成具有与相关技术及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在本揭露实施例有特别定义。
本揭露实施例提供一种生物脱硫处理系统，包含脱硫反应槽以及脱硫菌培养槽，脱硫反应槽具有以交错形式堆叠的脱硫层以及支撑层，可有效增加待处理的气体停留于脱硫反应槽内与脱硫菌接触的时间，进而提升脱硫效率。再者，具有特定物理特性的脱硫层以及支撑层可进一步改善脱硫反应槽的填充率并且提升硫化氢的负荷能力，借此可降低处理系统的初始设置成本。
图1显示根据本揭露一实施例中，生物脱硫处理系统10的示意图。应理解的是，为了清楚说明，图中省略生物脱硫处理系统10的部分组件，仅示意地绘示部分组件。根据一实施例，可添加额外特征于以下所述的生物脱硫处理系统10。
请参照图1，生物脱硫处理系统10包含脱硫反应槽100以及脱硫菌培养槽200，脱硫菌培养槽200与脱硫反应槽100连接。详细而言，根据一实施例，脱硫菌培养槽200可通过连接部300-2与脱硫反应槽100的顶部连接，且脱硫反应槽100以及脱硫菌培养槽200采用串联的方式连接。脱硫反应槽100用以接收含有硫化氢的气体，且于其中对含有硫化氢的气体进行脱硫反应，脱硫菌培养槽200用以培养脱硫菌。再者，脱硫菌培养槽200培养的脱硫菌可经输送至脱硫反应槽100，脱硫菌可与含有硫化氢的气体反应，脱除气体中的硫化氢。
根据另一实施例，生物脱硫处理系统10可包含多个脱硫反应槽100以及多个脱硫菌培养槽200，以处理更大量的气体，且多个脱硫反应槽100以及多个脱硫菌培养槽200可采用前述方式进行连接。例如，根据一些实施例，生物脱硫处理系统10可包含2至5个脱硫反应槽100以及2至5个脱硫菌培养槽200。
根据一些实施例，脱硫反应槽100可包含脱硫反应区100A以及暂存区100B，暂存区100B位于脱硫反应区100A下方并且与脱硫反应区100A相通。根据一特定实施例，脱硫反应区100A以及暂存区100B之间具有隔板100C，隔板100C将脱硫反应槽100分隔为脱硫反应区100A以及暂存区100B，隔板100C可具有多个孔洞，使得液体可于脱硫反应区100A与暂存区100B之间流通。
根据一实施例，脱硫反应区100A的高度范围可介于2米(m)至4米之间。根据一实施例，暂存区100B的高度范围可介于1m至2m之间。
根据一实施例，脱硫反应槽100以及脱硫菌培养槽200的槽体材料例如可包含聚丙烯、聚乙烯、或其它合适的耐腐蚀的材料。
此外，脱硫反应区100A可包含至少一脱硫层110以及至少一支撑层120，且脱硫层110以及支撑层120以交错的方式堆叠。具体而言，根据一特定实施例，支撑层120可先设置于隔板100C上，脱硫层110接着设置于支撑层120上，并且以此排列方式依序堆叠(例如，以脱硫层110、支撑层120、脱硫层110、支撑层120...的顺序由下至上排列)，但本揭露不以此为限。或者，根据另一些实施例，脱硫层110可先设置于隔板100C上，接着设置支撑层120于脱硫层110上，并且以此排列方式依序堆叠(例如，以支撑层120、脱硫层110、支撑层120、脱硫层110...的顺序由下至上排列)。
根据一些实施例，脱硫层110各自包含多个多孔性生物载体110p，支撑层120各自包含多个支撑组件120p，且多孔性生物载体110p的数量大于支撑组件120p的数量。多孔性生物载体110p可提供脱硫菌附着生长的环境，而支撑组件120p可提供物理性支撑，避免设置于其上方的多孔性生物载体110p过度压缩造成气密现象而影响系统操作。应理解的是，由于脱硫层110以及支撑层120分别包含多个多孔性生物载体110p以及多个支撑组件120p，在一些情况下，例如于脱硫层110与支撑层120的交界处，可能会有部分的多孔性生物载体110p与支撑组件120p可混掺。
根据一实施例，一层脱硫层110与一层支撑层120可构成一组脱硫单元，且生物脱硫处理系统10可包含2至10组或2至8组的脱硫单元，例如，3组、4组、5组、6组、或7组，但不限于此。在不同的实施例中，亦可根据生物脱硫处理系统10实际应用的情境，调整脱硫单元的数量。根据一些实施例，一脱硫单元的高度与脱硫反应区100A的高度的比例可介于1:1.5至1:6.5之间，或可介于1:2.5至1:5.5之间，例如，1:3.5或1:4.5，但不限于此。
根据一些实施例，多层脱硫层110的总体积与多层支撑层120的总体积的比例(亦可视为多孔性生物载体110p的总体积与支撑组件120p的总体积的比例)可介于2:1至5:1之间，例如，3:1或4:1。此外，根据一些实施例，于一脱硫单元中，脱硫层110的体积与支撑层120的体积的比例亦介可于2:1至5:1之间，例如，3:1或4:1。
应注意的是，若脱硫层110与支撑层120的体积比例过小(例如，小于2:1)，则生物脱硫处理系统10的脱硫效率可能会因为多孔性生物载体110p的数量不足而下降；反之，若脱硫层110与支撑层120的体积比例过大(例如，大于5:1)，则支撑层120可能无法提供足够的物理支撑，使得多孔性生物载体110p过度密集压缩产生气密现象。
根据一实施例，多孔性生物载体110p的可压缩性(compressibility)可大于支撑组件120p的可压缩性。根据一些实施例，多孔性生物载体110p的硬度可小于支撑组件120p的硬度。根据一些实施例，多孔性生物载体110p的孔径介于200微米(μm)至2000μm之间或介于1500μm至2000μm之间。根据一些实施例，多孔性生物载体110p的孔隙率小于支撑组件120p的孔隙率，具体而言，多孔性生物载体110p的孔隙率范围可大于80％，例如介于80％至85％之间，支撑组件120p的孔隙率范围可大于90％，例如介于90％至95％之间。根据一特定实施例，支撑组件120p可为中空的壳体，且一部分的多孔性生物载体110p可设置于支撑组件120p中。
此外，根据另一实施例，多孔性生物载体110p的比表面积大于支撑组件120p的比表面积。具体而言，根据一些实施例，多孔性生物载体110p的比表面积可介于800米2/米3(m2/m3)至8000m2/m3之间或介于800m2/m3至4000m2/m3之间，支撑组件120p的比表面积可介于150m2/m3至500m2/m3之间。
再者，承前述，脱硫反应槽100中具有隔板100C，隔板100C具有多个孔洞，根据一些实施例，多孔性生物载体110p以及支撑组件120p的尺寸(例如，直径)均大于隔板100C的孔洞的尺寸(例如，直径)，借此可避免多孔性生物载体110p或支撑组件120p造成孔洞的堵塞，干扰液体于脱硫反应区100A与暂存区100B之间的流通。
根据一些实施例，多孔性生物载体110p的材料可包含聚氨酯(polyurethane，PU)、多孔性泡棉(porous foam)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚乙烯(polyethylene，PE)或前述的组合，但不限于此。根据一些实施例，支撑组件120p的材料可包含聚氨酯(PU)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚氟乙烯(polyvinyl chloride，PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate)，PMMA)、铁氟龙(Teflon)、聚偏氯乙烯(PVDF)、陶瓷材料(ceramic)、不锈钢(carbon steel)或前述的组合，但不限于此。
值得注意的是，前述具有高比表面积、高孔隙率以及高通透性的多孔性生物载体110p可提供脱硫菌(例如，自营性好氧脱硫菌)良好的附着生长环境，进而进行高浓度硫化氢的脱除处理。详细而言，多孔性生物载体110p能有效拦截硫化氢气体，增长气体停留时间，避免气体短流现象，同时，亦能提升硫化氢气体与循环液的接触面积和接触时间，增加脱硫反应进行的时间。
再者，由于支撑层120由支撑组件120p组成，而非采用板式结构的支撑层，因此可以克服采用板式结构支撑层容易产生的以下问题：流通孔洞的数量及密度受限于板材的面积，若多孔性生物载体长时间使用，会因为元素硫或微生物的附着，使得多孔性生物载体发生压密且阻塞于流通孔洞，影响系统操作；并且，进行反洗操作时，脱硫层以及支撑层不易产生扰动，无法有效达成反洗的效果。
此外，通过使用前述具有特定物理特性的多孔性生物载体110p以及支撑组件120p的组合搭配脱硫层110与支撑层120的特定排列方式，可有效提升多孔性生物载体110p以及支撑组件120p于脱硫反应区100A中的填充率(亦即，载体填充率)，以及改善生物脱硫处理系统10可承载的硫化氢负荷量。具体而言，根据一些实施例，多孔性生物载体110p以及支撑组件120p于脱硫反应区100A中的填充率可介于80％至95％之间，或介于90％至95％之间。根据一些实施例，生物脱硫处理系统10的硫化氢的体积负荷率可介于30公克H2S/米3小时(gH2S/m3hr)至250gH2S/m3hr之间，或介于30gH2S/m3hr至210gH2S/m3hr之间，或介于30gH2S/m3hr至160gH2S/m3hr之间。
此外，通过使用前述具有特定物理特性的多孔性生物载体110p以及支撑组件120p的组合搭配脱硫层110与支撑层120的特定排列方式，使得生物脱硫处理系统10能够进行高滴滤流速的操作，可稳定地提供大量的溶氧供脱硫菌使用。具体而言，根据一些实施例，于生物脱硫处理系统10中的循环液的滴滤流速可介于20米/小时(m/hr)至50m/hr之间，例如，30m/hr或40m/hr。应注意的是，若循环液的滴滤流速过低(例如，低于20m/hr)，会影响氧气的传输效率以及硫化氢的溶解率，导致脱硫效果变差。关于生物脱硫处理系统10的作动方式将于后文详细说明。
值得注意的是，于生物滴滤床技术中，载体填充率以及滴滤流速为两项重要的系统参数。详细而言，高填充率代表每单位体积的脱硫反应槽内能够承受更多的硫化氢，因此于相同的硫化氢处理负荷量下，生物脱硫处理系统能在相对较小的槽体体积中维持高效率的硫化氢去除效果，进而可降低处理系统的初始设置成本。
请参照图1，根据一些实施例，脱硫反应槽100的顶部可具有洒水装置130，其可控制进入脱硫反应槽100的液体的流速，并且可以使液体雾化、减小液滴大小，借此提升液体与气体的接触表面积。此外，根据一些实施例，脱硫反应槽100进一步包含气体入口102以及气体出口104，气体入口102设置于脱硫反应槽100的侧表面上且对应于脱硫反应区100A，而气体出口104设置于脱硫反应槽100的顶部。具体而言，根据一些实施例，含有硫化氢的气体G可从气体入口102进入脱硫反应槽100的脱硫反应区100A，于脱硫反应进行后，经脱硫处理后的气体G’再从气体出口104离开脱硫反应槽100。此外，根据一些实施例，气体入口102处可具有进气马达M1，进气马达M1可将含有硫化氢的气体导入脱硫反应槽100中，并且可控制进气流量等。
根据一些实施例，暂存区100B可通过连接部300-1与脱硫菌培养槽200连接，详细而言，连接部300-1可设置于对应于脱硫反应槽100的暂存区100B的侧表面与脱硫菌培养槽200的侧表面之间。此外，根据一些实施例，脱硫菌培养槽200可通过连接部300-2与脱硫反应槽100的顶部连接，详细而言，连接部300-2可设置于对应于脱硫反应槽100的脱硫反应区100A的顶表面与脱硫菌培养槽200的侧表面之间。根据一些实施例，连接部300-2可与循环马达M2连接，循环马达M2可设置于连接部300-2中，循环马达M2可提供动力使液体于脱硫菌培养槽200与脱硫反应槽100之间循环，例如，使脱硫菌培养槽200中的液体及脱硫菌输送至脱硫反应槽100，并且使脱硫反应槽100的暂存区100B中的液体再输送回脱硫菌培养槽200中。
根据一些实施例，连接部300-1以及连接部300-2可包含管路，管路的材料可包含金属、非金属或前述的组合。例如，前述金属可包含不锈钢、铜、铝或前述的组合，但不限于此。前述非金属可包含硅胶、铁氟龙、橡胶或塑料(例如，聚氨酯(PU)、聚丙烯(PP)、聚氟乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))或前述的组合，但不限于此。
此外，如图1所示，根据一些实施例，生物脱硫处理系统10可进一步包含曝气装置M3，曝气装置M3可通过连接部300-3与脱硫反应槽100的底部以及脱硫菌培养槽200的底部连接。根据一些实施例，曝气装置M3可通过不同的连接部300-3分别与脱硫反应槽100以及脱硫菌培养槽200连接，并且可以根据不同的需求(例如，进行脱硫模式或清洗模式等)分别对脱硫反应槽100以及脱硫菌培养槽200进行曝气。
详细而言，脱硫菌培养槽200可通过曝气方式提供足量氧气供脱硫菌利用，将还原态硫化氢转化成氧化态硫酸盐，达到高效率脱硫的目标。此外，值得注意的是，由于脱硫菌培养槽200采用外部曝气方式大量增殖脱硫菌，可避免空气混入含有硫化氢的气体G，影响其组成。再者，可通过曝气装置M3对脱硫反应槽100进行反冲洗，洗去堆积于脱硫反应区100A中的元素硫以及老化的脱硫菌等。
根据一些实施例，脱硫菌培养槽200可进一步配置有酸碱度、氧化还原电位、溶氧、导电度控制器(未绘示)，酸碱度、氧化还原电位、溶氧、导电度控制器可用于监控脱硫菌培养槽200内的物质的酸碱度、氧化还原电位、溶氧、导电度等水质参数值，可根据酸碱度、氧化还原电位、溶氧、导电度等水质参数的数值的变化决定系统换水或添加营养基质的时机。
此外，本揭露亦提供一种生物脱硫处理方法，包含使用前述生物脱硫处理系统10对气体进行脱硫处理。下文将以生物脱硫处理系统10的作动方式以说明生物脱硫处理方法。应理解的是，根据一些实施例，可于以下所述生物脱硫处理方法进行前、进行中及/或进行后加入额外的步骤，或是取代或省略一些步骤。
如图1所示，可将含有硫化氢的气体G加载生物脱硫处理系统10中，使含有硫化氢的气体G通过脱硫反应区100A进行脱硫反应，以去除硫化氢。详细而言，可通过开启进气马达M1，使含有硫化氢的气体G经由气体入口102进入脱硫反应槽100的脱硫反应区100A内。根据一些实施例，含有硫化氢的气体G可包含沼气，但不限于此。根据一些实施例，含有硫化氢的气体G的进气流量可介于0.01米3/分钟(m3/min)至10米3/分钟之间，或介于1m3/min至8m3/min之间。
含有硫化氢的气体G进入脱硫反应槽100之后，会从脱硫反应区100A的底部向上移动，通过与附着于脱硫层110与支撑层120上的脱硫菌作用，将硫化氢中还原态的硫离子(S2-)氧化为元素硫(S0)以及硫酸根离子(SO4 2-)，借此使含有硫化氢的气体G进行脱硫反应。于含有硫化氢的气体G完成脱硫反应之后，将经脱硫处理后的气体G’经由气体出口104排出脱硫反应槽100。
根据一些实施例，脱硫菌可为自营性脱硫菌，包含Acidthiobacillus spp.、Mycobacterium spp.、Thiomonas spp.或其它合适的脱硫菌。详细而言，于脱硫反应槽100中，含有硫化氢的气体G会与循环液中的氧气作用(式1)，并且于好氧环境中与脱硫菌进行氧化还原反应(式2以及式3)，其反应式如下所示：
H2S+0.5O2→S0+2H2O(-209kJ/反应；O2/H2S＝0.5)[式1]
S0+1.5O2+H2O→SO4 2-+2H+(-587kJ/反应；O2/H2S＝1.5)[式2]
H2S+2O2→SO4 2-+2H+(-798kJ/反应；O2/H2S＝2.0)[式3]
根据本揭露实施例，生物脱硫处理系统10可进行高滴滤流速的操作，能够稳定地提供大量的溶氧供脱硫菌使用，如上所示，于氧气充足的情况下(例如，氧气与硫化氢比例大于1.5)，能够能避免元素硫的产生(式1)，使含有硫化氢的气体G于脱硫反应槽100中的最终反应产物为硫酸根(如式2以及式3所示)。再者，于高滴滤流速的操作下，沼气中的二氧化碳(可作为自营性微生物的碳源)以及硫化氢(目标反应物)的溶解量也相对地增加，因此可提供自营性脱硫菌更有利的环境进行反应。
本揭露实施例提供的生物脱硫处理系统10可具有脱硫模式以及清洗模式，首先，针对于脱硫模式进行说明。于脱硫模式进行时，位于脱硫反应槽100与脱硫菌培养槽200中的液体会循环流动。请参照图1，于脱硫菌培养槽200中的脱硫菌可通过循环液F1输送至脱硫反应槽100中(附图中的箭头可理解为液体的流向)，并且附着于脱硫反应区100A的脱硫层110上，而脱硫反应区100A中的脱硫菌会对含有硫化氢的气体G进行脱硫反应，脱硫菌与硫化氢的详细反应步骤如前所述，于此便不再重复。
承前述，脱硫菌培养槽200可通过连接部300-2与脱硫反应槽100连接。根据一些实施例，脱硫菌培养槽200中可包含脱硫菌、水、硫酸根离子、营养基、或其它合适的成分，而循环液F1的成分与其相同。如同前述，脱硫菌培养槽200中培养的脱硫菌可为自营性脱硫菌，包含Acidthiobacillus spp.、Mycobacterium spp.、Thiomonas spp.或其它合适的脱硫菌。根据一些实施例，脱硫菌培养槽200中培养的菌种可包含40～50％的Acidthiobacillusspp.、10～20％的Mycobacterium spp.以及5～15％的Thiomonas spp.，但不限于此。此外，根据一些实施例，脱硫菌培养槽200中可进一步包含其它有利于微生物生长的菌种。
接着，循环液F1从脱硫反应区100A流至暂存区100B，并且将脱硫反应的部分产物一并输送至暂存区100B，例如，将脱硫反应后产生的硫酸根离子输送至暂存区100B。再者，如图1所示，暂存区100B通过连接部300-1与脱硫菌培养槽200连接，因此循环液F1可循环至脱硫菌培养槽200，以提供脱硫菌养分。详细而言，循环液F1中存在的部分元素或离子可作为脱硫菌的养分来源。值得注意的是，脱硫反应区100A采用反向流模式，亦即，循环液F1的行进方向与含有硫化氢的气体G的行进方向相反。
此外，于生物脱硫处理系统10的脱硫模式中，曝气装置M3会进行操作O1，将空气输送至脱硫菌培养槽200中(附图中的箭头可理解为气体的流向)，以提供脱硫菌氧气。详细而言，曝气装置M3可通过连接部300-3将空气打入脱硫菌培养槽200中，增加脱硫菌培养槽200中的液体的含氧量。并且，由于脱硫菌培养槽200采用外部曝气方式大量增殖脱硫菌，因此可避免空气混入含有硫化氢的气体G，影响其组成。
另一方面，当生物脱硫处理系统10进行清洗模式时，于脱硫反应槽100与脱硫菌培养槽200之间进行液体循环会先暂停，于清洗模式中，曝气装置M3会进行操作O2，将空气输送至脱硫反应槽100中(附图中的箭头可理解为气体的流向)，以清洗脱硫层110以及支撑层120。详细而言，曝气装置M3可通过连接部300-3将空气打入脱硫反应槽100中的暂存区100B以及脱硫反应区100A中。特别地，由于多孔性生物载体110p具有可压缩性，搭配前述反冲洗的操作，可有效地移除附着于多孔性生物载体110p表面的元素硫固体，并且汰换老化的脱硫菌，释放被占用的反应空间，维持高效脱硫效率，且可避免长时间操作造成的气体短流现象。
为了让本揭露的上述及其它目的、特征、及优点能更明显易懂，下文特举数实施例、比较实施例，作详细说明如下，然而其并非用以限定本揭露的内容。
实施例1
使用前述生物脱硫处理系统10进行脱硫能力的试验，详细步骤说明如下。首先，量测沼气的进气浓度，且对沼气的进气质量进行管控(甲烷的浓度需大于55％、二氧化碳的浓度小于25％)。接着，开启进气马达(0.05m3/min至0.25m3/min)。在开启进气马达之后，开启循环马达(9m3/hr)，接着，待生物脱硫处理系统10进行处理(脱硫模式)1小时之后，量测沼气的出气浓度，记录结果，并且计算脱硫效率(硫化氢的去除效率)。在5种不同的硫化氢负荷率(loading rate)下，进行脱硫能力的测试，具体而言，以吨级生物脱硫处理系统实施脱硫能力的测试，在5种(46、93、127、160、206gH2S/m3hr)不同的硫化氢负荷率(loading rate)下，评估对硫化氢的去除能力(elimination capacity)以及去除效率(removalefficiency)。实验内容及结果如表1以及图2所示。再者，硫化氢负荷率、硫化氢的去除能力以及去除效率的计算方式如下：
硫化氢负荷率＝进气流量(m3/hr)×进气口硫化氢浓度(mg/L)/脱硫反应区100A的体积(m3)
去除能力＝进气流量(m3/hr)×出气口硫化氢浓度(mg/L)/脱硫反应区100A的体积(m3)
去除率＝(进气口硫化氢浓度-出气口硫化氢浓度)/进气口硫化氢浓度×100％
表1
Figure BDA0003429015380000121
Figure BDA0003429015380000131
如表1以及图2所示，试验在46gH2S/m3hr较低的硫化氢负荷率下，硫化氢的去除能力为46gH2S/m3hr，硫化氢去除效率为99％；在提高硫化氢的负荷率至160gH2S/m3hr时，硫化氢去除能力些微趋缓，但硫化氢的去除效率仍有89％。如上所示，在硫化氢的负荷率在约40～130gH2S/m3hr的条件下，本揭露的生物脱硫处理系统均可达到95％以上的硫化氢去除效率。以上结果显示本揭露的生物脱硫处理系统具有良好的硫化氢的去除能力以及去除效率。
比较例1
与文献“Biogas biological desulphurisation under extremely acidicconditions for energetic valorisation in Solid Oxide Fuel Cells”，ChemicalEngineering Journal 255(2014)677-685中的实验数据比较。于前述文献中，使用生物滴滤塔进行沼气的脱硫反应，脱硫反应槽中的填充材料全部均为HD-QPAC，在硫化氢负荷率170～209gH2S/m3hr(平均为195gH2S/m3hr)的条件下，对硫化氢的去除能力为142～190gH2S/m3hr(平均为169gH2S/m3hr)，硫化氢的去除效率为72～94％(平均为84％)。
比较例2
与文献“Performance and Economic Results for two Full ScaleBiotrickling Filters To Remove H2S from Dairy Manure-Derived Biogas”，AppliedEngineering in Agriculture,35(3),283-291中的实验数据比较。于前述文献中，使用生物滴率塔进行沼气的脱硫反应，脱硫反应槽中的填充材料全部均为圆形聚丙烯结构，并且于农场1及农场2实施，农场1的脱硫反应槽具有两个隔间(亦即，具有两层间隔)，而农场2的脱硫反应槽仅有一个隔间(亦即，不具有多层间隔)。于农场1中，在硫化氢负荷率33gH2S/m3hr的条件下，对硫化氢的去除效率为94.5％；于农场2中，在硫化氢负荷率37gH2S/m3hr的条件下，对硫化氢的去除效率为80.1％。
根据实施例1以及比较例1～2的结果，可知本揭露提供的生物脱硫处理系统在相同的硫化氢负荷率下，具有较佳的硫化氢去除能力以及硫化氢去除效率。
综上所述，于本揭露实施例提供的生物脱硫处理系统中，脱硫反应槽中包含以交错形式堆叠的脱硫层以及支撑层，相较于一般采用板状填充材料或单一种类填充材料的脱硫系统，可有效增加待处理的气体停留于脱硫反应槽内与脱硫菌接触的时间，进而提升脱硫效率。再者，具有特定物理特性的脱硫层以及支撑层可进一步改善它们的填充率并且提升硫化氢的负荷能力，借此可降低处理系统的初始设置成本。此外，脱硫菌培养槽采用外部曝气方式，可提供充足氧气供大量脱硫菌利用，且可避免空气混入待处理的气体，维持稳定的进气质量。
虽然本揭露的实施例及其优点已揭露如上，但应该了解的是，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本揭露的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何所属技术领域中具有通常知识者可从本揭露揭示内容中理解现行或未来所发展出的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本揭露使用。因此，本揭露的保护范围包括前述制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一权利要求构成个别的实施例，且本揭露的保护范围也包括各个权利要求及实施例的组合。本揭露的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (27)

1.一种生物脱硫处理方法，其特征在于，包括：
提供一生物脱硫处理系统，包括：
一脱硫反应槽，用以接收含有硫化氢的气体；以及
一脱硫菌培养槽，用以培养脱硫菌，与该脱硫反应槽连接；
其中该脱硫反应槽包括一脱硫反应区，该脱硫反应区包括至少一脱硫层以及至少一支撑层，且该至少一脱硫层以及该至少一支撑层以交错的方式堆叠；
将一含有硫化氢的气体加载该生物脱硫处理系统中，使该含有硫化氢的气体通过该脱硫反应区进行脱硫反应，以去除硫化氢；以及
将经脱硫处理后的气体排出该脱硫反应槽。
2.根据权利要求1所述的生物脱硫处理方法，其特征在于，于该脱硫菌培养槽中的脱硫菌通过一循环液输送至该脱硫反应槽中，并且附着于该脱硫反应区的该至少一脱硫层上，其中该脱硫反应区中的脱硫菌对该含有硫化氢的气体进行脱硫反应。
3.根据权利要求2所述的生物脱硫处理方法，其特征在于，该脱硫反应槽还包括一暂存区，该暂存区位于该脱硫反应区下方并且与该脱硫反应区相通，其中该循环液从该脱硫反应区流至该暂存区，将脱硫反应的产物输送至该暂存区。
4.根据权利要求3所述的生物脱硫处理方法，其特征在于，该暂存区与该脱硫菌培养槽连接，使该循环液循环至该脱硫菌培养槽，以提供脱硫菌养分。
5.根据权利要求1所述的生物脱硫处理方法，其特征在于，于该脱硫反应区中，该循环液的行进方向与该含有硫化氢的气体的行进方向相反。
6.根据权利要求1所述的生物脱硫处理方法，其特征在于，该生物脱硫处理系统还包括一曝气装置，该曝气装置与该脱硫反应槽以及该脱硫菌培养槽连接，于该生物脱硫处理系统的脱硫模式中，该曝气装置将空气输送至该脱硫菌培养槽中，以提供脱氧菌氧气。
7.根据权利要求1所述的生物脱硫处理方法，其特征在于，该生物脱硫处理系统还包括一曝气装置，该曝气装置与该脱硫反应槽以及该脱硫菌培养槽连接，于该生物脱硫处理系统的清洗模式中，该曝气装置将空气输送至该脱硫反应槽中，以清洗该至少一脱硫层以及该至少一支撑层。
8.根据权利要求1所述的生物脱硫处理方法，其特征在于，该含有硫化氢的气体的进气流量介于0.01m3/分钟至10m3/分钟之间。
9.根据权利要求1所述的生物脱硫处理方法，其特征在于，于该生物脱硫处理系统中的循环液的滴滤流速介于20m/小时至50m/小时之间。
10.根据权利要求1所述的生物脱硫处理方法，其特征在于，该至少一脱硫层包括多个多孔性生物载体，该至少一支撑层包括多个支撑组件，该多个多孔性生物载体以及该多个支撑组件于该脱硫反应区中的填充率介于80％至95％之间。
11.一种生物脱硫处理系统，其特征在于，包括：
一脱硫反应槽，用以接收含有硫化氢的气体；以及
一脱硫菌培养槽，用以培养脱硫菌，与该脱硫反应槽连接；
其中该脱硫反应槽包括一脱硫反应区，该脱硫反应区包括至少一脱硫层以及至少一支撑层，且该至少一脱硫层以及该至少一支撑层以交错方式堆叠。
12.根据权利要求11所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该至少一脱硫层包括多个多孔性生物载体，该至少一支撑层包括多个支撑组件，且该多个多孔性生物载体的数量大于该多个支撑组件的数量。
13.根据权利要求12所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该多个多孔性生物载体以及该多个支撑组件于该脱硫反应区中的填充率介于80％至95％之间。
14.根据权利要求12所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该多孔性生物载体的孔径介于200微米至2000微米之间。
15.根据权利要求12所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该多孔性生物载体的孔隙率小于该支撑组件的孔隙率。
16.根据权利要求12所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该多孔性生物载体的比表面积大于该支撑组件的比表面积。
17.根据权利要求12所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该多孔性生物载体的可压缩性大于该支撑组件的可压缩性。
18.根据权利要求11所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该至少一脱硫层的总体积与该至少一支撑层的总体积的比例介于2:1至5:1之间。
19.根据权利要求11所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该至少一脱硫层的一层与该至少一支撑层的一层构成一组脱硫单元，且该生物脱硫处理系统包括2至10组的脱硫单元。
20.根据权利要求19所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，于该脱硫单元中，该脱硫层的体积与该支撑层的体积的比例介于2:1至5:1之间。
21.根据权利要求19所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该脱硫单元的高度与该脱硫反应区的高度的比例介于1:1.5至1:6.5之间。
22.根据权利要求11所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该脱硫反应槽还包括一暂存区，该暂存区位于该脱硫反应区下方并且与该脱硫反应区相通。
23.根据权利要求22所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该暂存区与该脱硫菌培养槽连接。
24.根据权利要求11所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，还包括一曝气装置，该曝气装置通过一连接部与该脱硫反应槽的底部以及该脱硫菌培养槽的底部连接。
25.根据权利要求11所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，该脱硫菌培养槽通过一连接部与该脱硫反应槽的顶部连接。
26.根据权利要求11所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，还包括一气体入口以及一气体出口，其中该气体入口设置于该脱硫反应槽的侧表面上且对应于该脱硫反应区，该气体出口设置于该脱硫反应槽的顶部。
27.根据权利要求11所述的生物脱硫处理系统，其特征在于，其硫化氢的体积负荷率介于30公克H2S/米3小时至250公克H2S/米3小时之间。
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