专利名称：生物脱硫设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于特别是通过厌氧消化处理有机排水(比如污水和工业 排水)产生的生物气的生物脱硫设备。
背景技术：
甲垸发酵过程经常用作处理下水道淤泥、有机废弃物(比如生垃圾)，和 有机排水(比如食品厂污水)的方法。所述甲垸发酵过程是这样的处理过程 将有机废弃物或有机排水引入生物反应罐中，以使生物反应罐中的甲垸发 酵细菌群分解有机物，从而形成主要由甲烷气体组成的生物气，同时分解 并除去排水中的有机物。然而，当排水中含有硫组分(比如那些源于蛋白质 的组分)时，硫组分被硫酸盐还原细菌的作用还原，因此在所述生物气中形 成硫化氢气体。
当生物气中含有的甲垸气体用作锅炉(boiler)、发电机等中的燃料时， 应除去生物气中含有的硫化氢气体。这是因为在生物气燃烧时，生物气中 的硫化氢气体被氧化，形成可以腐蚀设备的硫氧化物。
用于除去生物气中含有的硫化氢气体的方法包括干脱硫法(通过吸附 于主要由氧化铁组成的吸附剂而除去气体)，和湿脱硫法(通过使用碱等吸收 进入水溶液中而除去气体)。然而，使用这些方法的系统的运行费用飞速上 升，因为吸附需要化学品(比如吸附剂)，而吸附后的吸附剂变成废品。
因此，作为运行成本低的脱硫系统，本发明人之前提出通过用填充材 料填充反应罐除去生物气中的硫化氢的技术，所述填充材料附着有通过氧 化分解硫化氢的微生物(日本专利申请No. 2007-20018)。该技术利用这样的 设备在用附着有微生物的填充材料填充的生物反应罐中，使经过需氧处 理的已处理水向下流，从而供给微生物所需的水和碱度，而含硫化氢的生 物气和空气向上引入，从而处理并氧化除去所述气体中的硫化氢。
这一在先发明涉及包括下列组件的生物脱硫设备装有用于附着微生物的填充材料的生物反应罐，向所述生物反应罐中引入含硫化氢气体的气 体，向所述生物反应罐供给含氧气体的构件，和在生物反应罐的上部喷洒 微生物所需的水(例如，生物处理后的已处理水)的喷洒构件。然而，启动所 述设备存在下列问题
(1) 除非所述生物脱硫设备快速启动，否则因为诸如可由气体中的硫化 氢浓度造成的腐蚀的问题，生物气在锅炉或发电机中有效利用是不可行的。
(2) 几乎不能同时实现快速启动和启动后的稳定处理。
(3) 喷洒单元堵塞。
为了解决这些问题，使硫氧化细菌附着于填充材料，以及用一些指示
(indkator)判断附着于所述填充材料的硫氧化细菌的量是否足以实现预定的 硫化氢除去是重要的。
发明内容
本发明的目的是提供生物脱硫设备，所述设备可以在含微生物的液体 或淤泥的循环下通过使硫氧化细菌附着于载体填充层而启动，并可判断从 含微生物的液体或淤泥的循环转换至喷洒水的时机，以及启动所述设备的 方法。
在本发明的一方面，所述生物脱硫设备包括向其中引入含硫化氢气体 的气体的生物反应罐，设置于所述生物反应罐中并填充用于附着微生物的 载体的载体填充层，向所述生物反应罐供给含氧气体的构件，和两个或更 多个喷洒机件，所述喷洒机件在所述生物反应罐的上部喷洒生物体所需的 水。
根据本发明，可以提供生物脱硫设备，其可以在含微生物的液体或淤 泥的循环下通过使硫氧化细菌附着于载体填充层而启动，并可判断从含微 生物的液体或淤泥的循环转换至喷洒水的时机，以及启动所述设备的方法。
图1A是实施例1中本发明生物脱硫设备的整体示意图。 图1B是图1A中第一喷洒机件中的管道的仰视图。 图2是实施例2中本发明生物脱硫设备的整体示意图。图3是实施例3中本发明生物脱硫设备的整体示意图。 图4是实施例4中本发明生物脱硫设备的整体示意图。 图5是实施例5中本发明生物脱硫设备的整体示意图。
具体实施例方式
下面详细描述根据本发明的生物脱硫设备。
(1) 如上所述，本发明的生物脱硫设备包括生物反应罐、载体填充层、 向所述生物反应罐供给含氧气体的构件、和两个或更多个喷洒机件。所述 喷洒机件具有第一喷洒机件和第二喷洒机件，所述第一喷洒机件用于引入 含微生物的液体或淤泥作为微生物脱硫的种泥(seed sludge),并使其在所述 生物反应罐中循环，所述第二喷洒机件在所述生物反应罐中的载体填充层 上喷洒具有少量固体的水(生物处理水(biologically treated water))。所述第一 喷洒机件具有循环罐、循环泵和管道(循环管)，所述管道将它们连接，以将 含微生物的液体或淤泥作为微生物脱硫的种泥引入并循环至例如所述生物 反应罐。
(2) 启动根据本发明的生物脱硫设备的方法是启动上述(1)的生物脱硫 设备的方法，所述方法包括在含微生物的液体或淤泥的循环下，通过将含 硫化氢气体和含氧气体供给生物反应罐而使微生物附着于载体的同时，启 动生物脱硫设备，其中所述生物脱硫设备具有第一和第二喷洒机件，其中 所述第一喷洒机件具有循环罐、循环泵和管道，所述管道用于引入含微生 物的液体或淤泥作为微生物脱硫用的种泥，并使其在所述生物反应罐中循 环，且在所述第一喷洒机件中，用于连接循环罐和生物反应罐的管道延伸 至生物反应罐的内部，且所述管道的延伸部分具有直径为5到20 mm的孔， 所述第二喷洒机件设置于生物反应罐的顶部并具有在载体填充层上喷洒水 的管道，且在第二喷洒机件中的所述管道延伸至生物反应罐的内部，且所 述管道的延伸部分具有分散水的能力优异的喷嘴。
转换至在生物反应罐的上部喷洒水的方法包括
(2-l)下述方法测量从生物反应罐排出的水的pH和域碱度，且当从 生物反应罐排出的水的pH和/或碱度降低时，停止循环含微生物的液体或 淤泥并转换至在生物反应罐的上部喷洒水。(2-2)下述方法测量在生物反应罐出口处的气体中的硫化氢气体浓度， 且当所述出口处的气体中的硫化氢浓度降低时，停止循环含微生物的液体 或淤泥并转换至在生物反应罐的上部喷洒水。
(2-3)下述方法检测循环罐中的水的浊度，且当确认循环罐中浑浊时， 停止循环含微生物的液体或淤泥并转换至在生物反应罐的上部喷洒水。
(2-4)下述方法通过上述(2-l)到(2-3)中两种或多种的方法，通过判断
转换的时机而从循环含微生物的液体或淤泥转换至在生物反应罐的上部喷 洒水。
在本发明中，来自进行厌氧消化处理的消化液体或消化淤泥可用作所 述种泥。
现在，参考附图详细描述根据本发明实施方案的生物脱硫设备的具体 实施例。然而，本发明实施方案不局限于下列描述。 实施例1
参考图1A和图1B描述实施例1中的本发明生物脱硫设备。图1A是 所述生物脱硫设备的整体示意图，图1B是图1A中的第一喷洒机件中的管 道的仰视图。
在图中，1是向其中引入含硫化氢气体的气体的生物反应罐。各自填充 用于附着微生物的载体的载体填充层2a、 2b竖直地设置于所述生物反应罐 1中。所述生物反应罐1从底部供给含硫化氢的气体和空气。在生物反应罐 1上部喷洒生物体所需的水的第一喷洒机件3和第二喷洒机件4分别设置于 生物反应罐1中和它附近。
第一喷洒机件3是一个将含微生物的液体或淤泥作为微生物脱硫的种 泥引入生物反应罐1中，并使其在生物反应罐中1循环的机件。第一喷洒 机件3具有循环罐5、循环泵6、和用于将循环罐5和生物反应罐1连接的 循环管7。所述循环管7延伸至生物反应罐1的内部，且该管道的延伸部分 具有多个直径为5到20 mm的孔8(参见图1A)。孔8将含微生物的液体或 淤泥喷在载体填充层2a、 2b上，并设置为大于后面描述的喷嘴的孔直径。 循环管7中插有阀门9a。
第二喷洒机件4具有延伸至生物反应罐的内部的管道10。分散水的能力优异的喷嘴11设置于管道10的延伸部分。阀门9b插入管道10中。具 有少量固体的水(例如，由排出的水的生物处理得到的已处理水；下称生物 处理水)从管道10的喷嘴11喷在载体填充层2a、 2b上。在图中，数字12 指排水管，数字13指己处理气体管，数字14指用于向生物反应罐1供给 空气的空气供给管(供给含氧气体的构件)。
如图1所示，实施例1中的生物脱硫设备具有向其中引入含硫化氢气 体的气体的生物反应罐l，设置于所述生物反应罐中并填充用于附着微生物 的载体的载体填充层2a、 2b，向生物反应罐供给含氧气体的构件，向生物 反应罐上部引入含微生物的液体或淤泥的第一喷洒机件3，和向生物反应罐 上部喷生物处理水的第二喷洒机件4。
当这样构成的生物脱硫设备启动后，已经引入含微生物的液体或淤泥 的循环罐5、循环泵6和循环管7用于将含微生物的液体或淤泥循环并供给 至生物反应罐l，同时向所述生物反应罐供给含硫化氢的气体和空气，并使 微生物附着于载体填充层2a、 2b的载体。通过这样的启动，使硫氧化细菌 附着于填充层2a、 2b，并用作种菌(seedbacteria)以增殖为附着于填充层2a、 2b的硫氧化细菌。
在图1中，如果含有大量固体的液体(比如消化淤泥)在与具有用于喷洒 生物处理水的喷嘴的管道相同的管道中循环，则将担心喷嘴被固体堵塞。 即使被循环的原液是具有少量固体的液体，在硫氧化细菌的作用下，气体 中的硫化氢氧化时可以部分形成固体元素硫，引起喷嘴的堵塞。
在实施例1中，用于启动生物脱硫设备的喷洒管10和循环管7可以设 置为单独的线路以解决上述喷嘴ll的堵塞。在喷洒生物处理水时，水完全 通过喷嘴11分散，由此可以有效地促进硫化氢气体在液体中的溶解反应及 其在载体填充层中的生物反应。
在实施例1中，含微生物的液体或淤泥可以是含有硫氧化细菌的任何 一种，所述硫氧化细菌的生长环境是含有硫化氢、很少量的氧气和水的环 境下。具体地，所述含微生物的液体或淤泥可以是经另一操作中的生物脱 硫设备处理的溶液、由厌氧消化处理得到的消化液体、消化淤泥等。发明 人已证实当消化液体或消化淤泥的表面的一部分暴露于氧气后，生物脱硫 设备可通过消化液体或消化淤泥中存在的硫氧化细菌快速启动。实施例2
参考图2，详细描述实施例2中的本发明生物脱硫设备。和图1中相同 的元件指定同样的标记数字，以省略对它们的描述，这里仅描述主要部分。 实施例2中的生物脱硫设备的特征在于，在排水管12中设置用于测量从生 物反应罐1排出的排出水的pH的pH计21。可选地，可以代替用于测量 pH的pH计而设置用于测量碱度的测量计。
在图2中，将含微生物的液体或淤泥引入循环罐5中，在循环所述液 体或淤泥的同时，用含硫化氢气体的气体和含氧气体(空气)通气，以启动设 备。当硫氧化细菌由此己充分附着于填充层2a、 2b后，气体中的硫化氢被 氧化成元素硫(So)，其中的一部分进一步氧化成硫酸。
当硫酸的浓度增大时，排出的水的pH和碱度将迅速下降。随着pH和 碱度下降的时机，停止循环含微生物的液体或淤泥，并转换至用生物处理 水喷洒。
主要可归因于硫酸的pH和碱度下降是不理想的，因为该下降引起生物 脱硫设备中的管道和生物反应罐1的主体的腐蚀。另一方面，该下降作为 硫氧化细菌充分附着至载体填充层2a、 2b的指示。
根据实施例2，排水管12设有pH计21，且当检测到低于预定水平的 pH或碱度时，转换至用生物处理水喷洒，从而防止腐蚀同时快速启动生物 脱硫设备，甚至在启动后，也可实现稳定处理。
在发明人进行的试验中，实际上观察到当通过含有10000 ppm硫化氢 气体的气体，同时循环含有约4000 mg/L碱的消化液体时，碱度在约3到4 天内降至约1000mg/L，随后pH快速下降(从约7降至2-3)。由此结果，据 估计，优选当碱度降至1000 mg/L或更小或pH降至6或更小时转换至用生 物处理水喷洒。
实施例3
参考图3，详细描述实施例3中的本发明生物脱硫设备。和图1中相同 的元件指定同样的标记数字，以省略对它们的描述，这里仅描述主要部分。 实施例3中的生物脱硫设备的特征在于，在引自生物反应罐1的已处理气体管13中设置用于测量硫化氢浓度的硫化氢浓度检测器22。
在图3中，将含微生物的液体或淤泥引入循环罐5中，在循环所述液 体或淤泥的同时，用含硫化氢气体的气体和含氧气体通气，以启动设备。 当硫氧化细菌由此已充分附着于载体后，所述气体中的硫化氢的一部分被 氧化成元素硫(So)，其中的一部分进一步氧化成硫酸。
这伴随着所述气体中硫化氢的脱硫，以降低已处理气体中的硫化氢浓 度。当已处理气体中的硫化氢的浓度满足预定的除去性能时，可以假定载 体附着有足量的生物体。从而在该时机，停止循环含微生物的水或淤泥并 转换至用生物处理水喷洒。
根据实施例3，已处理气体管13设有硫化氢浓度检测器22，从而通过 已处理气体中的硫化氢浓度判断转换至用生物处理水喷洒的时机。因此， 可以快速启动生物脱硫设备以稳定处理。
在发明人进行的试验中，实际上观察到当通过含有10000 ppm硫化氢 气体的气体同时循环含有约4000 mg/L碱的消化液体时，已处理的气体中 的硫化氢逐渐减少，并在2到4天减至0附近。
实施例4
参考图4，详细描述实施例4中的本发明生物脱硫设备。和图1中相同 的元件指定同样的标记数字，以省略对它们的描述，这里仅描述主要部分。 实施例4中的生物脱硫设备的特征在于，在循环罐5中设置用于检测循环 罐5中的含微生物的液体或淤泥的浊度的检测器23(例如，照相机)。当使 用照相机时，通过图像分析判断淤泥或液体的色度。
在图4中，将含微生物的液体或淤泥引入循环罐5中，在循环所述液 体或淤泥的同时，用含硫化氢气体的气体和含氧气体通气，以启动设备。 当硫氧化细菌由此已充分附着于载体后，所述气体中的硫化氢的一部分被 氧化成元素硫(S。)，其中的一部分进一步氧化成硫酸。随着元素硫增多，循 环液体变浑浊。该浊度用设置于循环罐5中的检测器23检测，当浊度增至 预定的水平或更大时，停止循环含微生物的液体或淤泥并转换至用生物处 理水喷洒。
根据实施例4，循环罐5设有检测器23，从而检测循环罐5中的含微生物的液体或淤泥的浊度，以判断形成的元素硫的增多。通过检测这一浊 度，可以判断转换至用生物处理水喷洒的时机。因此，可以快速启动生物 脱硫设备以稳定处理。
在实施例4中检测浊度的方法不局限于上述使用检测器的检测方法。 可以设想的检测方法的实例包括视觉检查，和包括取出循环罐中的试样量 (aliquot)的水，然后通过视觉检查或图像分析判断取出的水中的固体的颜色 的方法。
实施例5
参考图5，详细描述实施例5中的本发明生物脱硫设备。和图1中相同 的元件指定同样的标记数字，以省略对它们的描述，这里仅描述主要部分。
实施例5中的生物脱硫设备的特征在于，在排水管12中设置pH计21， 在已处理气体管13中设置硫化氢浓度检测器22，且在循环罐5中设置检测 器23。
在图5中，将含微生物的液体或淤泥引入循环罐5中，在循环所述液 体或淤泥的同时，用含硫化氢气体的气体和含氧气体通气，以启动设备。 当硫氧化细菌由此已充分附着于载体后，所述气体中的硫化氢的一部分被 氧化成元素硫(So)，其中的一部分进一步氧化成硫酸。这伴随着元素硫的增 多，已处理的气体中的硫化氢浓度的降低，和可归因于硫酸增多的pH和碱 度的降低。
根据实施例5，通过pH计21检测排出的淤泥或液体的pH，通过硫化 氢浓度检测器22检测已处理气体中的硫化氢浓度，且通过检测器23检测 液体或淤泥的浊度。这样，可以基于多个项目判断转换至用生物处理水喷 洒，以使判断更精确。
实施例5已描述了基于pH、硫化氢浓度和浊度转换至用生物处理水喷 洒的情形，但这不是限制性的，转换至用水喷洒可基于两个或更多个项目 进行，例如pH、硫化氢浓度等。
尽管上面的实施例1到5已描述了使用含微生物的液体或淤泥作为微 生物脱硫的种泥的情形，但也可使用来自进行厌氧消化处理的设备的消化 液体，或消化淤泥。
权利要求
1.生物脱硫设备，其包括向其中引入含硫化氢气体的气体的生物反应罐，设置于所述生物反应罐中并填充用于附着微生物的载体的载体填充层，向所述生物反应罐供给含氧气体的构件，和两个或更多个喷洒机件，所述喷洒机件在所述生物反应罐的上部喷洒生物体所需的水。
2. 启动权利要求1的生物脱硫设备的方法，其包括在含微生物的液体 或淤泥的循环下，通过向生物反应罐供给含硫化氢气体和含氧气体使微生 物附着于载体的同时，启动生物脱硫设备，其中所述生物脱硫设备具有第一喷洒机件和第二喷洒机件，其中所述第一喷洒机件具有循环罐、循环泵和管道，所述管道用于引入作 为生物脱硫的种泥的含微生物的液体或淤泥，并使其在所述生物反应罐中 循环，且在所述第一喷洒机件中，用于将循环罐和生物反应罐连接的管道延伸至生物反应罐的内部，且所述管道的延伸部分具有直径为5到20 mm 的孔，且所述第二喷洒机件设置于所述生物反应罐的顶部，并具有用于在载体 填充层上喷洒水的管道，且所述第二喷洒机件中的所述管道延伸至生物反 应罐的内部，且所述管道的延伸部分具有分散水的能力优异的喷嘴。
3. 根据权利要求2的启动生物脱硫设备的方法，其中测量从所述生物 反应罐排出的水的pH和/或碱度，且当从生物反应罐排出的水的pH和/或 碱度降低时，停止循环所述含微生物的液体或淤泥，并转换至在生物反应 罐的上部喷洒水。
4. 根据权利要求2的启动生物脱硫设备的方法，其中测量在生物反应 罐出口处的气体中的硫化氢气体浓度，且当所述出口处的气体中的硫化氢 浓度降低时，停止循环所述含微生物的液体或淤泥，并转换至在生物反应 罐的上部喷洒水。
5. 根据权利要求2的启动生物脱硫设备的方法，其中检测循环罐中的 水的浊度，且当确认循环罐中浑浊时，停止循环所述含微生物的液体或淤 泥，并转换至在循环罐的上部喷洒水。
6. 启动生物脱硫设备的方法，其包括利用权利要求3到5中的两种或 多种方法，通过判断转换的时机从循环所述含微生物的液体或淤泥转换至 在生物反应罐的上部喷洒水。
7. 根据权利要求2到5任意一项的启动生物脱硫设备的方法，其中来 自进行厌氧消化处理的设备的消化液体、或消化淤泥用作所述种泥。
全文摘要
本申请公开了脱硫设备，其包括向其中引入含硫化氢气体的气体的生物反应罐1，设置于生物反应罐1中并填充用于附着微生物的载体的载体填充层2a、2b，向生物反应罐1供给含氧气体的构件，和两个或更多个喷洒机件3、4，所述喷洒机件在生物反应罐1的上部喷洒生物体所需的水。
文档编号C10L3/10GK101622331SQ20088000666
公开日2010年1月6日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年1月16日
发明者小原卓巳, 山森武夫, 永森泰彦, 田村博, 石毛崇之, 足利伸行 申请人:株式会社东芝