CN201825951U - 沼气生物脱硫装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种沼气生物脱硫装置，包括沼气发酵罐、脱硫菌附着载体和空气加载计量系统，所述脱硫菌附着载体具有网孔结构，其位于所述发酵罐内的发酵物液面上方；所述空气加载计量系统的空气进口与所述沼气发酵罐的罐内相通，并位于所述发酵罐内的发酵物液面上方。该附着载体上的脱硫菌通过代谢作用将厌氧产生的沼气中的H2S转化成的单质硫，该单质硫可以自动掉入网孔下方的发酵物中。本实用新型的脱硫装置与发酵罐一体化，不需要增加管道及外部装置工作，从而可以避免运行错误，节省了投资和外部系统的运行费用。

Description

沼气生物脱硫装置
技术领域
本实用新型涉及一种沼气生物脱硫装置，尤其是一种适用于厌氧反应产生的含有硫化氢成分的沼气的脱硫处理装置。
背景技术
在大多数情况下，沼气的产生是在厌氧环境中进行的。任何形状的、加盖气体密封的、可以用来保存进料的罐或池体叫做沼气池、发酵罐或反应器。目前，最常见的发酵罐是圆柱形的混凝土或钢结构的罐体。发酵罐中的进料(发酵底物)被加热到中温32-43℃或高温50-60℃。在这种温暖的厌氧环境中，发酵菌将开始生长和分解进料中的挥发性有机物并产生沼气。厌氧发酵有4个阶段，每个阶段由不同的发酵菌起作用。最后一个阶段的产甲烷菌把前几个阶段的产物转化成我们最需要的沼气，沼气以气泡的形式从发酵底物中冒出。在发酵罐的上部，即高于底物表面的空间，沼气被固定的发酵罐顶部捕捉并输送到外部储气柜中，或者由位于发酵罐顶部的弹性膜盖捕捉，同时作为沼气收集和储存装置。
收集的沼气的主要成分为CH4(45-70％)，CO2(25-50％)，H2O(0-10％)，N2(0-5％)，O2(0-3％)，其中N2，NH3，H2S的浓度是ppm级。因为H2S对所有材料，尤其铁制品的有非常强的腐蚀性；在很多情况下，沼气在带有发电机的燃气发动机(CHP)中燃烧，很多CHP制造商要求H2S含量不超过200-300ppm。为了能够使用沼气，必须把H2S减少到较低水平，即脱硫。
常用的脱硫系统需要把发酵罐产生的含H2S沼气通过管道输送到外部脱硫装置中来进行化学法或生物法脱硫。化学法脱硫是采用化学物质(通常是铁化合物)与H2S发生化学反应，把H2S转化成固体硫化物或单质硫。化学脱硫维护复杂且运行成本高。为了达到脱硫效果，化学脱硫需要连续投入低浓度的大量的化学药剂。这种方法需要持续监测设备，额外的管道，投料以及储料设备。总的来说，利用化学物质特别是高浓度化学物质相对危险。
另一种化学脱硫方法利用活性炭去除H2S。这种方法也需要外部设备。活性炭通常填在圆柱形罐体内，气体流经活性炭与其反应。在此过程中，活性炭表面空隙被硫化物或单质硫覆盖后失活。这样需要持续监测活性炭，当活性炭失活后需要更新。
外部生物脱硫法采用内部生长着脱硫菌的脱硫塔(即脱硫装置)通过脱硫细菌的代谢作用将除H2S转化成单质硫从沼气中除去H2S，由于需要额外设备，维护复杂以及更换填料，其成本相对较高。该方法需要在脱硫装置内给脱硫菌提供适合其生长的温度、湿度、氧气含量等条件。其存在的问题是：脱硫菌的生存环境(温度、湿度、氧气)难以严格控制，无法保证脱硫效果；而且还要对外部脱硫装置监测和进行清除单质S的维护，否则H2S含量高的沼气在管道中被脱硫，导致管道中更多的硫沉淀，降低气体的流动性，可能导致管道全部堵塞。
实用新型内容
本实用新型提供一种与沼气发生装置一体化的脱硫装置，以克服外部脱硫装置脱硫环境难以控制、运行维护难、成本高等问题。
为达到上述发明目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种沼气生物脱硫装置，包括沼气发酵罐、脱硫菌附着载体和空气加载计量系统，所述脱硫菌附着载体具有网孔结构，其位于所述发酵罐内的发酵物液面上方；所述空气加载计量系统的空气进口与所述沼气发酵罐的罐内相通，并位于所述发酵罐内的发酵物液面上方。
进一步地，上述空气进口设置在脱硫菌附着载体与所述发酵罐内的发酵物液面之间的发酵罐壁体上。
进一步地，上述脱硫菌附着载体包括网状体和支撑架，所述网状体设置在所述支撑架上。
进一步地，上述网状体具有适于细菌附着和生长的网状结构表面，优选丝网状填料。
进一步地，上述脱硫菌附着载体为多层分隔设置。
进一步地，上述空气加载计量系统包括空气泵、流量控制单元和空气进口、，所述流量控制单元设置在所述空气泵与所述空气进口之间。
进一步地，上述流量控制单元包括气体流量控制器和阀门，所述阀门包括控制阀门、检查阀、罐体前置检查阀，所述控制阀门设置在所述空气泵与所述气体流量控制器之间，所述检查阀设置在所述气体流量控制器的输出端，所述罐体前置检查阀设置在所述空气进口的输入端。
进一步地，上述沼气发酵罐的顶部设有密封顶，所述密封顶与所述罐内发酵物液面之间形成沼气储气室。
进一步地，上述沼气发酵罐内设有测氧探头。
本实用新型利用生长在具有网孔结构的附着载体上的脱硫菌，通过代谢作用将厌氧产生的沼气中的H2S转化成的单质硫，产生的单质硫可以自动掉入网孔下方的发酵物中。发酵罐外部有空气泵，向发酵罐内泵入一定量的空气，来保证脱硫菌生长繁殖所需要的氧气，又不会影响厌氧发酵。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型在脱硫过程中不需要增加管道及外部装置工作，从而可以避免运行错误，节省了投资和外部系统的运行费用。
2、脱硫装置与发酵罐一体化，方便了制造和使用，节约了占用土地；并且充分利用了发酵底物液面上部环境(湿度、温度等)适合脱硫菌生长的条件，从而避免在外部生物脱硫方法下，需要额外的设备及监控系统来控制脱硫菌的生长环境。
3、本实用新型根据沼气的产量限量通入空气，既保证了脱硫菌对氧气的需求，又能不影响厌氧发酵过程；增加或至少保证了沼气的产量，因为发酵底物中pH值下降所导致的高H2S含量可以抑制厌氧消化菌的产沼气过程。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图；
图2为本实用新型中脱硫菌的附着载体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型中所指的生物脱硫是指：在一般的厌氧(没有氧气)消化过程中，通过生物方式脱硫，即沼气中的H2S通过脱硫菌的新陈代谢左右转化成单质S从沼气中去除。
在以下实施例中所采用的生物方式为：利用脱硫细菌例如光合硫细菌、硫杆菌(Thiobacillus)、无色硫细菌等将H2S通过转化成单质S。该生物脱硫的反应在沼气发酵罐内部空间或容积内进行。
如图1所示，本实用新型提供一种沼气生物脱硫装置，包括沼气发酵罐1、脱硫菌附着载体2和空气加载计量系统。
上述沼气发酵罐1是指用来发酵有机物质的发酵罐，在本行业中通常可称为发酵罐、反应器或厌氧消化罐。该发酵罐体通常是圆形，但是也可以是椭圆形或方形，材料可以是钢、不锈钢、搪瓷、混凝土和工程塑料等。发酵罐1的顶部设有密封顶11，该密封顶11是由罐体顶部上设有的一层或多层具有储气膜组合形成的盖子，图中所示为双层储气膜。发酵罐1在整个发酵过程是厌氧环境，所产生的沼气被罐体顶部的密封盖11收集，从而在所述罐内发酵物液面A之上形成沼气储气室C。
如图2所示，脱硫菌附着载体2具有网孔结构，其位于所述发酵罐1内的发酵物液面A上方、发酵罐密封顶11的下方，即密封顶11与发酵物液面A之间形成的储气室C中。该附着载体2是一个位于发酵罐内部的脱硫菌生长表面系统，其包括网状体21和支撑结构22，网状体21可采用适于脱硫菌生长的高比表面的生物填料，比如丝网状填料、以及市售的抗腐蚀性塑料网或其他材质的网。网状体21的周边固定在发酵罐的壁上，主体部分固定在上述支撑架22上。上述支撑架22主要起到支撑作用。在发酵罐适宜的温度、湿度下，上述网状体21的网孔结构表面给脱硫菌提供了附着生长的条件。当发酵物产生的含H2S沼气通过该网状体21时，脱硫菌通过代谢作用把H2S转换成单质硫，从而形成生物过滤效应。作为另一个优选方式，上述脱硫菌附着载体2也可以为上下多层分隔设置，以增加生物过滤的面积，形成多层立体过滤，从而提高生产能力。
脱硫菌把H2S转化成单质硫的过程中需要一定量的氧气，通过储气室C提供空气可以满足该要求。再参阅图1，上述空气加载计量系统包括空气泵3、流量控制单元和空气进口4，通过调节气体流量控制空气的进入量。其中，空气泵3与所述空气进口4通过流量控制单元相连接。该空气泵3为市售产品，也称为空压泵，主要用于给发酵罐内加入空气。在本实施例中，流量控制单元包括气体流量控制器5和阀门；气体流量控制器5(也称为气体流量控制仪)可采用现有的市售产品，其工作原理是通过比例调节阀解决气体流量的控制。阀门包括控制阀门7、检查阀8、罐体前置检查阀9，控制阀门7设置在空气泵3与气体流量控制器5之间，即气体流量控制器5的输入端。检查阀9设置在气体流量控制器5的输出端，罐体前置检查阀9设置在空气进口4的输入端。上述空气进口4设置在发酵罐1的壁体上，与罐内相通，位置优选设在脱硫菌附着载体2与所述发酵罐内的发酵物液面A之间。
其工作过程是：空气泵3把空气通过控制阀7泵入气体流量控制器5中，额定量的空气通过检查阀8、罐体前置检查阀9后进入发酵罐1，从而确保空气量是符合事先设定好的量，以保证脱硫菌正常生长繁殖和脱硫效果，又不会影响厌氧发酵。该设定的量主要是根据沼气产量来确定向发酵罐体内加入脱硫菌所需要的空气量(即控制罐体内部氧气含量)，一般情况下，空气量大于沼气量的6％是不允许的。
在上述实施例的基础上，为了了解沼气发酵罐内的氧气含量，还可以在发酵罐内设置一个测氧探头(图中未示)。
以上通过示例性实施例的方式对本实用新型进行示例性的说明，但本实用新型并不局限于此。应该理解为，在不偏离本实用新型的构思、工作原理的情况下，以上实施例中的设备、材料、安装使用可通过本技术领域人员知悉的其它替换或等同方法来替换。

Claims (10)

1.一种沼气生物脱硫装置，其特征在于，包括沼气发酵罐、脱硫菌附着载体和空气加载计量系统，所述脱硫菌附着载体具有网状结构，其位于所述发酵罐内的发酵物液面上方；所述空气加载计量系统的空气进口与所述沼气发酵罐的罐内相通，并位于所述发酵罐内的发酵物液面上方。
2.如权利要求1所述的沼气生物脱硫装置，其特征在于，所述空气进口设置在脱硫菌附着载体与所述发酵罐内的发酵物液面之间的发酵罐壁体上。
3.如权利要求2所述的沼气生物脱硫装置，其特征在于，所述脱硫菌附着载体包括网状体和支撑架，所述网状体放置在所述支撑架上。
4.如权利要求3所述的沼气生物脱硫装置，其特征在于，所述网状体具有适于细菌附着和生长的网状结构表面。
5.如权利要求3所述的沼气生物脱硫装置，其特征在于，所述网状体为丝网状填料。
6.如权利要求1-5中任一所述的沼气生物脱硫装置，其特征在于，所述空气加载计量系统包括空气泵、流量控制单元和空气进口，所述流量控制单元设置在所述空气泵与所述空气进口之间。
7.如权利要求6所述的沼气生物脱硫装置，其特征在于，所述流量控制单元包括气体流量控制器和阀门，所述阀门包括控制阀门、检查阀、罐体前置检查阀，所述控制阀门设置在所述空气泵与所述气体流量控制器之间，所述检查阀设置在所述气体流量控制器的输出端，所述罐体前置检查阀设置在所述空气进口的输入端。
8.如权利要求1所述的沼气生物脱硫装置，其特征在于，所述沼气发酵罐的顶部设有密封顶，所述密封顶与所述罐内发酵物液面之间形成沼气储气室。
9.如权利要求1所述的沼气生物脱硫装置，其特征在于，所述脱硫菌附着载体为多层分隔设置。
10.如权利要求1所述的沼气生物脱硫装置，其特征在于，所述沼气发酵罐内设有测氧探头。 
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