专利名称：用微生态原理去除沼气内二氧化碳、硫化氢和氨气方法和生物装置的制作方法
技术领域：
B01D 53/84 ；C12P5/00利用微生态原理和微生物反应去除沼气内二氧化碳、硫化氢和氨气方法和生物装置。
背景技术：
沼气是一种混合气体，由甲烷，二氧化碳，以及少量氢气，硫化氢，氨气，一氧化碳 等组成的混合可燃性气体。通常，甲烷占55%左右，二氧化碳占40%，余下由氢气，硫化氢， 一氧化碳等少量气体组成。比例过高的二氧化碳含量会降低沼气的燃烧热值，高含量的硫 化氢气体在燃烧后形成强腐蚀性溶液，对发电设备和管道的金属部件形成腐蚀。上述两项 缺点严重的限制了沼气的应用范围，目前的沼气净化装置的功能都比较单一，结构比较复 杂，造价较高，因此一般只有大型沼气设施才条件采用。
发明内容
发明原理本发明的目的是利用微生态学的原理，利用沼气发酵的副产品和简单的设备，推 出一种简便，造价低廉，原材料易得的去除沼气内二氧化碳，硫化氢和氨气的方法和装置。本发明是这样实现的沼气是一种主要由甲烷，二氧化碳，以及少量氢气，硫化氢， 氨气，一氧化碳等组成的混合可燃性气体。通常，甲烷占55%左右，二氧化碳占40%，余下 由氢气，硫化氢，一氧化碳等少量气体组成。甲烷气体难溶于水，而二氧化碳和硫化氢气体 在溶液呈碱性的条件下易溶于水。发酵后的沼液里含有丰富的易于被植物吸收的营养成 分，如氮、磷及其他营养成分等。蓝藻是一种低等的原核微生物，可以生存在缺氧的水中。同 时利用水中氮、磷等无机营养盐，通过光合作用吸收溶解在水中的二氧化碳并释放氧气。硝 化细菌和亚硝化细菌在有氧的条件下，可以将水中的游离氨氧化成硝酸根离子，而硝酸根 离子是蓝藻可以直接吸收利用的最好的氮的形态。同时，在微弱氧存在的条件下，很多硫细 菌可以将水中溶解的硫化氢氧化成单体硫沉淀，从而去除水中溶解的硫化氢气体。本发明 就是利用上述微生物反应的原理，建立一套依赖微生态系统的生物反应器，来去除沼气内 的二氧化碳，硫化氢和氨气。有益效果由于沼气内含有大量的二氧化碳气体，通常可达40% (V/V)，严重的降低了沼气 的燃烧热值。同时，沼气内含有大量的硫化氢气体，在燃烧时产生强腐蚀性的气体损坏金属 的管道和发电设备。这极大地限制了使用沼气发电的普及。本方法利用沼气生产的副产品 和自然界中容易获得的微生物，通过微生态学的方法，联合降低沼气内的二氧化碳，硫化氢 和游离氨的含量。本方法原理明确，实施工艺简单，设备构造简单，整套设备成本造价低廉， 所用原料均来自沼气发酵产生的副产品，因此适宜各种类型的沼气池采用，净化所产生的 沼气用于发电需要。
四
见附图1、微生物沼气净化设备图示说明1、进气管道；2、多出口的气体扩散器；3、由沼液为主配制的偏碱性营养液；4、出 气管 道和限压阀门；5、接有蓝藻藻种的光合反应溶液；6、氧化硝化反应器；7、生物亲和性 多孔填料；8、水泵；9、光合反应器；10、氧气排空限压阀门；11、氧气排空管道五、具体的实施方式反应器R由多个散布口的气体的扩散器2，内部微弱碱性的营养液3，和上部带有 限压阀门4的出气管道组成。沼气沿进气管道1通过有多个散布口的扩散器2进入反应器R内的液体3中。扩 散器2设计有多个散布口是为了增加沼气与反应器R内液体3的接触面积，增加沼气内二 氧化碳，硫化氢和氨气的溶解度。反应器R上部有个限压阀门，可维持反应器R内维持一定 的压力。反应器R内的营养液3由沼气发酵后的沼液为主加入少量无机盐稀释配制而成， 并加入适量碳酸钠，维持营养液3在pH 7.5-pH 8. 5的弱碱性。加入碳酸钠使营养液3呈 现弱碱性可增加营养液3对于二氧化碳和硫化氢的溶解能力。光合反应器9的上端有管道和氧化硝化反应器6相连接。光合反应器9由透明材 料制作，内有接种有蓝藻藻种。氧化硝化反应器6内部有生物亲和性的填料7，填料上接种 硝化细菌和亚硝化细菌以及脱氮硫杆菌、氧化硫硫杆菌等硫细菌。当外界照明条件较好时，水泵8工作，将饱和有二氧化碳和硫化氢以及溶解有氨 气的液体3经过水泵8进入光合反应器9，由于由沼液配制的液体3本身含有丰富氮、磷营 养元素，以及饱和溶解的二氧化碳C02气体，非常适宜蓝藻生长。蓝藻通过光合作用，消耗 营养液3内的二氧化碳并释放氧气，反应方程式(a)。光合作用产生的大量氧气通过限压 阀门10通过管道11排入特定的容器回收利用或放空。此时，营养液3由溶解饱和二氧化 碳的状态转变为溶解饱和氧气的状态，含有丰富氧气的营养液3自然流进氧化硝化反应器 6中。氧化硝化反应器6的填料7上段生长有好氧的硝化细菌和亚硝化细菌。在高氧的条 件下，水中的游离氨被氧化成为硝酸根离子，并消耗水中的溶解氧，反应方程式(b)；经过 氧化硝化反应器6内填料7好氧段的细菌的消耗，营养液3内溶解的饱和氧气被消耗，营养 液3转为低氧状态，在氧化硝化反应器6内填料7的下部形成低氧区域，在高氧或低氧的条 件下，脱氮硫杆菌、氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、排硫硫杆菌、丝状硫细菌、氏硫菌属、辨 硫菌属、发硫菌属等硫细菌可以将硫化氢氧化成单质S或S042—，从而将沼气内的硫化氢气 体去除。反应方程式(c)，(d)。经过上述循环，营养液3由反应器R出来时溶解有饱和二氧化碳，硫化氢和溶解氨 气被消耗或转化，重新进入反应器R中，继续溶解反应器R内沼气中的二氧化碳，硫化氢和 氨气。并继续被水泵8泵入光合反应器9内，重复前述的循环。如此往复，整个系统可不断 吸收反应器R上部沼气内的二氧化碳，硫化氢和氨气。当营养液3内的营养被消耗光，或蓝 藻生长密度过高时，可通过加入新的营养液或排出过量的蓝藻维持反应的稳定进行。6C02+6H20 — C6H1206+602(a)NH3+202 — Ν03、Η20+Η+(b)2H2S+02 — 2S+2H20(c)2S+302+2H20 — 2H2S04(d)。说明书附图
图一、微生物沼气净化设备图示说明1、进气管道；2、多出口的气体扩散器；3、由沼液为主配制的偏碱性营养液；4、出 气管道和限压阀门；5、接有蓝藻藻种的光合反应溶液；6、氧化硝化反应器；7、生物亲和性 多孔填料；8、水泵；9、光合反应器；10、氧气排空限压阀门；11、氧气排空管道。
权利要求
一种利用微生态原理和微生物反应去除沼气内二氧化碳、硫化氢和氨气方法和生物装置，它由气体反应器R，透明的光合反应器和装有多孔生物亲和性填充材料的氧化硝化反应器组成。其特征是，反应器内充满由发酵后沼液为主配制而成的营养液，并通过加入碳酸盐使溶液呈弱碱性。在光照条件下，藻类利用营养液中的氮、磷成分，吸收二氧化碳，放出氧气。溶液中溶解的氧气被好氧细菌利用将具有还原态的氨和硫化氢氧化。获得溶液去除二氧化碳，硫化氢和溶解氨的作用。
2.根据权利要求(1)所述的反应器R，其特征是内部盛有由发酵后沼液为主配制成的 营养液，且加入适量的碳酸盐使其pH值呈现弱碱性。
3.根据权利要求(1)所述的光合反应器，其特征是光合反应器内接种有可以进行光 合反应的藻类和细菌，且这些藻类和细菌可以吸收溶解的二氧化碳并放出氧气。
4.根据权利要求(1)所述的氧化硝化反应器，其特征是反应器内填充有多孔的生物 亲和性材料，接种有硝化细菌和反硝化细菌以及硫细菌等。上述细菌可以在有氧的条件下 将氨转化为硝酸盐离子，将硫化氢氧化成硫或者硫氧化物。
全文摘要
本发明的目的是利用微生态学的原理，利用甲烷气体难溶于水，氨气易溶于水，而二氧化碳和硫化氢气体在溶液呈碱性的条件下易溶于水的特性。根据蓝藻可以在氮、磷等营养成分存在的条件下，通过光合作用吸收溶解在水中的二氧化碳并释放氧气；利用硝化细菌和亚硝化细菌在有氧的条件下，将水中的溶解的氨气氧化成硝酸根离子去除氨气；利用在弱氧条件下，硫细菌可以将水中溶解的硫化氢氧化成单体硫沉淀去除水中溶解的硫化氢气体。本发明就是利用上述微生物反应的原理，建立一套依赖微生态反应去除沼气内的二氧化碳，硫化氢和氨气的方法和装置。
文档编号C10L3/10GK101870894SQ200910049659
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者张扬 申请人:张扬