专利名称：一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置。
背景技术：
沼气是一种可燃性混合气体，含有CH4 60%-70%，CO2 25%_40%以及少量的H2S、NH3、仏和⑶等。沼气中的H2S含量一般为1-llg/m3。H2S是一种剧毒的有害气体，在空气中或在潮湿的条件下，对管道、燃烧器以及其它金属设备、仪器仪表等有强烈的腐蚀作用。H2S燃烧生成SO2，可直接影响人类身体健康；S02遇水生成硫酸，则有强烈的腐蚀作用。因此在沼气使用前，必须脱除沼气中的H2S。我国环保标准规定，用作能源时，沼气中H2S含量不得超过20mg/m3。由于沼气中H2S浓度一般远远高于我国环保标准的规定，因此H2S的脱除成为沼气使用过程中必不可少的预处理环节。现有的沼气脱硫方法主要有化学法、物化法和生物法等。目前，我国沼气工程上普遍采用干法氧化铁脱硫。在常温下将沼气通过脱硫剂床层，使沼气中的H2S与活性氧化铁接触，生成Fe2S3,然后让含有H2S的脱硫剂与空气接触，存在水时，Fe2S3转化成氧化铁和单质硫。虽然干法氧化铁脱硫技术比较成熟，但还处在如下几点缺点:运行成本较高，操作运行繁琐，劳动强度较大，硫容较低，废弃的脱硫剂还会产生二次污染等。生物脱硫既经济，又无污染，是干法脱硫的理想替代技术。所谓生物脱硫，就是利用微生物的代谢作用将沼气中的硫化氢转化为单质硫或硫酸盐，其反应方程式为:2HS- + O2 — 2S + 20F(I)2HS- + 402 — 2S042- + 2H+ (2)根据操作方式，可分为厌氧罐内生物脱硫和厌氧罐外生物脱硫。在前一生物脱硫工艺中，生物脱硫过程被放在厌氧发酵罐内完成，厌氧发酵罐兼有生产沼气和脱除H2S双重功能。但由于H2S对发酵罐的气室有腐蚀作用，再加上罐内生成的单质硫难以清除，该工艺未被普遍应用。在厌氧罐外生物脱硫工艺中，生物脱硫过程被单独放在生物脱硫塔内进行。其优点有:不需要化学催化剂，没有二次污染，耗能少，处理成本低等。目前，生物脱硫已得到了一定的推广应用，在德国等欧洲国家，沼气生物脱硫塔已广泛应用于沼气发酵工程上，但仍然存在许多问题亟待解决。单一的生物脱硫工艺通常脱硫塔体积较大，占地较多，硫化氢去除率低，工艺运行不稳定等不足。此外，在脱硫塔氧过量的情况下硫化物会被直接氧化为硫酸盐，影响脱硫塔内碱液再生，从而影响硫化氢吸收效率，最终导致脱硫效率低下。针对目前沼气生物脱硫存在的问题，本实用新型设计了一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置，可实现沼气高效脱硫，同时控制沼气脱硫成本。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置。分层式生物-化学联合沼气脱硫装置包括化学吸收层、生物脱硫层和碱液循环系统；化学吸收层从上至下依次设有沼气出气管、喷淋头、填料层、沼气进气管、沼气进气泵和沼气布气盘，其中沼气进气泵通过沼气进气管与沼气布气盘相连；生物脱硫层包括隔离板、沉淀池、生物曝气池、空气曝气盘、空气进气泵、空气进气管、排泥排硫管、空气出气口、沉淀池溢流口、溶解氧探头，生物曝气池上部设有隔离板、空气出气口，生物曝气池中部外设有沉淀池，沉淀池上端设有沉淀池溢流口，生物曝气池下部侧壁设有空气进气管和溶解氧探头，生物曝气池内下部设有空气曝气盘，空气进气管一端与空气曝气盘相连，空气进气管另一端与空气进气泵相连，生物曝气池底部设有排泥排硫管；碱液循环系统包括溢流管、碱液循环管、碱液循环泵、pH探头、补料泵、补料管、储液槽溢流口、储液槽，储液槽内设有pH探头，储液槽上端设有储液槽溢流口，沉淀池溢流口通过溢流管与储液槽相连，喷淋头通过碱液循环管和碱液循环泵与储液槽相连，补料泵通过补料管与储液槽相连。所述的填料层和生物曝气池为圆柱形，填料层高径比为4 5:1，曝气池高径比为1.5 2:1，填料层和生物曝气池直径比为0.3 0.4:1。所述的填料层与生物曝气池之间用圆锥形侧壁连接，圆锥的侧边母线与轴线夹角为4(Γ50°。所述的沉淀池为环形，其内径为生物曝气池的直径，外径与内径比为1.2 1.3:1，高度与内径比为0.8 0.9:1。所述的填料层与生物曝气池有效体积比为0.15 0.2:1，沉淀池与生物曝气池有效体积比为
0.3 0.4:1，储液槽与生物曝气池有效体积比为0.1 0.15:1。所述的隔离板由上、下两部分组成，隔离板上部分为上、下开口的倒圆锥形，圆锥侧面母线与轴线的夹角为4(Γ50°，圆锥上口直径与下口 直径比为5 6:1，隔离板下部分为圆锥形，圆锥顶角为85、5°，圆锥的底面直径与隔离板上部分的下口直径比为1.8 2:1。所述的沼气布气盘与填料层底部之间的距离为l(Tl5cm，空气曝气盘与生物曝气池底部之间的距离为15 20cm。本实用新型具有的有益效果:1)化学吸收和生物脱硫技术有机结合，可以发挥各自的长处，既可以实现高效脱硫，满足沼气使用要求，又可以控制脱硫成本，使该技术易于推广；2)化学吸收层、 生物曝气池和沉淀池巧妙地整合为一体，设计紧凑，结构简洁，用地节约，操作方便，便于商业化；3)生物曝气池内设有溶解氧探头，可通过调节曝气量来控制生物曝气池内的溶解氧，一方面可以减少生物脱硫过程产生的副产物，避免二次污染，另一方面可以减少碱液损耗，降低运行成本；4)化学吸收层和生物脱硫层用隔离板隔开，生物曝气池内的氧气不会与沼气直接接触，可避免沼气和氧气直接接触引起的安全隐患，满足沼气脱硫的安全性要求；5)生物曝气池与喷淋液储液槽之间设有沉淀池，既可以减少生物曝气池内生物量流失，又可以保护喷淋头和填料层不被微生物堵上。
附图是分层式生物-化学联合沼气脱硫装置的结构示意图，图中:沼气出气管1、喷淋头2、填料层3、沼气进气管4、沼气进气泵5、沼气布气盘6、隔离板7、沉淀池8、生物曝气池9、空气曝气盘10、空气进气泵11、空气进气管12、排泥排硫管13、空气出气口 14、沉淀池溢流口 15、溶解氧探头16、溢流管17、碱液循环管18、碱液循环泵19、pH探头20、补料泵21、补料管22、储液槽溢流口 23、储液槽24。
具体实施方式
如图1所示，分层式生物-化学联合沼气脱硫装置包括化学吸收层、生物脱硫层和碱液循环系统；化学吸收层从上至下依次设有沼气出气管1、喷淋头2、填料层3、沼气进气管4、沼气进气泵5和沼气布气盘6，其中沼气进气泵5通过沼气进气管4与沼气布气盘6相连；生物脱硫层包括隔离板7、沉淀池8、生物曝气池9、空气曝气盘10、空气进气泵11、空气进气管12、排泥排硫管13、空气出气口 14、沉淀池溢流口 15、溶解氧探头16，生物曝气池9上部设有隔离板7、空气出气口 14，生物曝气池9中部外设有沉淀池8，沉淀池8上端设有沉淀池溢流口 15，生物曝气池9下部侧壁设有空气进气管12和溶解氧探头16，生物曝气池9内下部设有空气曝气盘10，空气进气管12 —端与空气曝气盘10相连，空气进气管12另一端与空气进气泵11相连，生物曝气池9底部设有排泥排硫管13 ;碱液循环系统包括溢流管17、碱液循环管18、碱液循环泵19、pH探头20、补料泵21、补料管22、储液槽溢流口 23、储液槽24，储液槽24内设有pH探头20，储液槽24上端设有储液槽溢流口 23，沉淀池溢流口 15通过溢流管17与储液槽24相连，喷淋头2通过碱液循环管18和碱液循环泵19与储液槽24相连，补料泵21通过补料管22与储液槽24相连。所述的填料层3和生物曝气池9为圆柱形，填料层3高径比为4 5:1，曝气池9高径比为1.5 2:1，填料层3和生物曝气池9直径比为0.3 0.4:1。所述的填料层3与生物曝气池9之间用圆锥形侧壁连接，圆锥的侧边母线与轴线夹角为4(Γ50°。所述的沉淀池8为环形，其内径为生物曝气池9的直径，外径与内径比为1.2 1.3:1，高度与内径比为
0.8 0.9:1。所述的填料层3与生物曝气池9有效体积比为0.15 0.2:1，沉淀池8与生物曝气池9有效体积比为0.3 0.4:1，储液槽20与生物曝气池9有效体积比为0.1
0.15:1。所述的隔离板7由上、下两部分组成，隔离板7上部分为上、下开口的倒圆锥形，圆锥侧面母线与轴线的夹角为4(Γ50°，圆锥上口直径与下口直径比为5 6:1，隔离板7下部分为圆锥形，圆锥顶角为85、5°，圆锥的底面直径与隔离板7上部分的下口直径比为
1.8 2:1。所述的沼气布气盘6与填料层3底部之间的距离为l(Tl5Cm，空气曝气盘10与生物曝气池9底部之间的距离为15 20cm。分层式生物-化学联合沼气脱硫装置的工作过程如下:在沼气进气泵5的驱动下，沼气通过沼气进气管4和沼气布气盘6进入填料层3的底部，在压力作用下，从下往上通过填料层3，在此过程中，沼气中的硫化氢被从填料层3顶部落下来的碱液吸收去除，净化后的沼气从沼气出气管I离开本装置。在重力作用下，吸收有硫化氢的碱液落至隔离板7上，经过隔离板7中间的缝隙流至生物曝气池9内，在脱硫微生物的作用下，硫化物被氧化为硫单质，从排泥排硫管13离开本装置，同时碱液被再生；再生后的碱液通过沉淀池8沉淀下微生物后通过沉淀池溢流口 15和溢流管17流至储液槽20内，在碱液循环泵19的驱动下，通过碱液循环管18和喷淋头2被送至填料层3的顶部。在空气进气泵11的驱动下，空气通过空气进气管12和空 气曝气盘10进入生物曝气池9的底部，在浮力作用下，空气自下而上穿过生物曝气池9进入生物曝气池的顶部，最后通过空气出气口 14离开本装置。在补料泵21的驱动下，溶有微生物所需营养物质的碱液通过补料管22进入储液槽24，为生物沼气脱硫装置补充新鲜的碱液和营养物质，同时多余的液体从储液槽溢流口 23离开本装置。
权利要求1.一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置，其特征在于包括化学吸收层、生物脱硫层和碱液循环系统；化学吸收层从上至下依次设有沼气出气管(I)、喷淋头(2)、填料层(3)、沼气进气管(4)、沼气进气泵(5)和沼气布气盘(6)，其中沼气进气泵(5)通过沼气进气管(4)与沼气布气盘(6)相连；生物脱硫层包括隔离板(7)、沉淀池(8)、生物曝气池(9)、空气曝气盘(10)、空气进气泵(11)、空气进气管(12)、排泥排硫管(13)、空气出气口(14)、沉淀池溢流口( 15 )、溶解氧探头(16)，生物曝气池(9 )上部设有隔离板(7)、空气出气口(14)，生物曝气池(9)中部外设有沉淀池(8)，沉淀池(8)上端设有沉淀池溢流口(15)，生物曝气池(9)下部侧壁设有空气进气管(12)和溶解氧探头(16)，生物曝气池(9)内下部设有空气曝气盘(10)，空气进气管(12) —端与空气曝气盘(10)相连，空气进气管(12)另一端与空气进气泵(11)相连，生物曝气池(9)底部设有排泥排硫管(13);碱液循环系统包括溢流管(17)、碱液循环管(18)、碱液循环泵(19)、pH探头(20)、补料泵(21)、补料管(22)、储液槽溢流口( 23 )、储液槽(24 )，储液槽(24 )内设有pH探头(20 )，储液槽(24 )上端设有储液槽溢流口( 23 )，沉淀池溢流口( 15 )通过溢流管(17 )与储液槽(24)相连，喷淋头(2 )通过碱液循环管(18)和碱液循环泵(19)与储液槽(24)相连，补料泵(21)通过补料管(22)与储液槽(24)相连。
2.根据权利要求1所述的一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置，其特征在于:所述的填料层(3)和生物曝气池(9)为圆柱形，填料层(3)高径比为4 5:1，曝气池(9)高径比为1.5 2:1，填料层(3)和生物曝气池(9)直径比为0.3 0.4:1。
3.根据权利要求1所述的一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置，其特征在于:所述的填料层(3)与生物曝气池(9)之间用圆锥形侧壁连接，圆锥的侧边母线与轴线夹角为40 50° 。
4.根据权 利要求1所述的一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置，其特征在于:所述的沉淀池(8)为环形，其内径为生物曝气池(9)的直径，外径与内径比为1.2 1.3:1，高度与内径比为0.8 0.9:1。
5.根据权利要求1所述的一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置，其特征在于:所述的填料层(3)与生物曝气池(9)有效体积比为0.15 0.2:1，沉淀池(8)与生物曝气池(9)有效体积比为0.3 0.4:1，储液槽(20)与生物曝气池(9)有效体积比为0.1 0.15:1。
6.根据权利要求1所述的一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置，其特征在于:所述的隔离板(7)由上、下两部分组成，隔离板(7)上部分为上、下开口的倒圆锥形，圆锥侧面母线与轴线的夹角为4(Γ50°，圆锥上口直径与下口直径比为5 6:1，隔离板(7)下部分为圆锥形，圆锥顶角为85、5°，圆锥的底面直径与隔离板(7)上部分的下口直径比为1.8 2:1。
7.根据权利要求1所述的一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置，其特征在于:所述的沼气布气盘(6)与填料层(3)底部之间的距离为l(Tl5cm，空气曝气盘(10)与生物曝气池(9)底部之间的距离为15 20cm。
专利摘要本实用新型公开了一种分层式生物-化学联合沼气脱硫装置。它包括化学吸收层、生物脱硫层和碱液循环系统；化学吸收层设有沼气出气管、喷淋头、填料层、沼气进气管、沼气进气泵和沼气布气盘；生物脱硫层设有隔离板、沉淀池、生物曝气池、空气曝气盘、空气进气泵、空气进气管、排泥排硫管、空气出气口、沉淀池溢流口和溶解氧探头，其中隔离板上部分为倒圆锥形，下部分为圆锥形；碱液循环系统设有溢流管、pH探头、碱液循环管、碱液循环泵、补料管、补料泵、储液槽和储液槽溢流口。本实用新型将化学吸收和生物脱硫过程有机结合，既可以实现高效脱硫，又可以控制脱硫成本，同时将填料层、生物曝气池和沉淀池巧妙地整合为一体，设计紧凑，用地节约，便于推广。
文档编号C10L3/10GK203021521SQ20132000418
公开日2013年6月26日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者胡宝兰, 何崭飞, 叶天强, 郑平 申请人:浙江大学