专利名称：一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置，适用于沼气脱硫 工程。
背景技术：
沼气及其电力是一类清洁能源，它的开发和利用本身就是一种环境友好的措施， 它不象石化能源那样，需要社会花费大量的代价去治理其污染以避免环境损坏。因此，这项 技术在近十几年受到广泛重视与积极推广，在部分发达国家已形成了新的产业群。在当今 世界能源短缺的情况下，充分利用沼气能，可以缓解我国能源紧缺带来的压力。沼气是一种可燃性混合气体，一般含甲烷、二氧化碳、以及少量的氨气、氢气和一 氧化碳等，不同的原料制成的沼气中往往含有不同含量的硫化氢。硫化氢是一种剧毒的有 害气体，它对管道、仪表及设备有强烈的腐蚀作用，泄漏在空气中将污染大气，危害人体健 康。因此，为了保护人体健康，延长设备使用寿命，必须采取有效措施进行沼气脱硫。我国 环保标准严格规定利用沼气能源时，沼气气体中硫化氢含量不得超过20mg/m3。沼气中的 硫化氢质量浓度一般为1 12g/m3，远远高于我国环保标准的规定。因此，硫化氢的脱除成 为沼气使用过程中必不可少的一个环节。沼气脱硫的方法有化学法、物化法和生物法等。常用的物化法和化学法一般可分 为直接脱硫和间接脱硫两大类，直接脱硫就是将沼气中硫化氢气体直接分离，而间接脱硫 是指采用具体方法，减少或抑制沼气生产中硫化氢气体的产生。沼气直接脱硫方法的原理 可分为湿式法和干式法两类，湿式法主要有水洗法、ADA法、改良ADA法、砷碱法和碱性盐液 法等。目前，国内脱硫技术已比较成熟，脱硫方法及脱硫工艺众多，普遍应用的脱硫技术以 物理化学法为主。但总体而言，利用物化法沼气脱硫存在着以下缺点干法脱硫效率不高， 脱硫剂再生困难，硫容相对较低，主要适用于精细脱硫；湿法脱硫处理量大，脱硫效率高，可 连续操作，但投资运行费用也高，沼气利用一般用户难以承受。随着环保法规的日趋严格， 开发高效、低投入、资源化和无二次污染的技术已成为脱硫技术发展的主流。为了解决物化 法脱硫的一些弊端，寻求更加高效低耗的脱硫技术，生物脱硫法应运而生。生物脱硫因具有 少污染、低能耗和高效率，并可回收单质硫等特点，成为研究的热点。生物脱硫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 反应式分别为2HS>02 — 2S+20F(1)2HS>402 — 2 S042>2H+ (2)目前，生物脱硫已得到了一定的推广应用，但仍然存在诸多问题亟待解决。正如反 应式(2)所示，在氧过量的情况下硫化物会被氧化为硫酸盐从而影响脱硫的效率。这是在 脱硫过程中不希望发生的。如何控制合理的曝气量，使生物脱硫后的终产物控制为硫单质 俨然已成为沼气生物脱硫技术的关键所在。此外，空气与沼气的直接混合带有爆炸的安全 隐患，如何排除爆炸隐患是沼气生物脱硫技术的难点。最近，有研究者发现了一类具有同步脱氮除硫功能的微生物，它们可以在完全无氧的条件下发生如下反应5HS>2N03>7H+ — 5S+N2+6H20。(3)该反应避免了沼气与空气的直接接触，可排除爆炸的安全隐患。该反应还具有同 步沼气脱硫和废水脱氮的应用前景，但目前尚未发现有将此反应运用于沼气脱硫工程。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种好氧/厌氧一体化沼气安全 生物脱硫装置。好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置包括相连接的单质硫沉淀区、好氧沼气 生物脱硫段、厌氧沼气生物脱硫段和喷淋系统，单质硫沉淀区从下到上依次设有排硫管和 倒锥形排硫斗；好氧沼气生物脱硫段从下到上依次设有盘形曝气器、溶解氧探头、环形挡气 斜板、集气室、锥形集气器和导气管，盘形曝气器上设有微孔曝气头，盘形曝气器与空气进 气管相连，好氧沼气生物脱硫段上部外壁上设有营养液输入筒和营养液输出筒，营养液输 入筒底部设有营养液输入管并与好氧沼气生物脱硫段相连，营养液输出筒底部设有营养液 输出管并与好氧沼气生物脱硫段相连，营养液输出筒上部设有溢流管；厌氧沼气生物脱硫 段从下至上依次设有盘形布气器、生物填料层和沼气收集管，盘形布气器上设有微孔布气 头，盘形布气器与沼气进气管相连；厌氧沼气生物脱硫段上部设有盘形喷淋器，盘形喷淋器 上设有微孔喷头，盘形喷淋器依次与喷淋管、蠕动泵和进水箱相连。所述的单质硫沉淀区、好氧沼气生物脱硫段和厌氧沼气生物脱硫段的体积比为 1 4 6 1 4 8。所述的整个沼气生物脱硫装置的高径比为6 8 1 ；好氧沼气 生物脱硫段的高径比为2 3 1 ；厌氧沼气生物脱硫段的高径比为4 5 1。所述的 营养液输入筒、营养液输出筒和好氧沼气生物脱硫段内的液面持平。所述的生物填料层内 填充有用于微生物的挂膜生长的软性填料；盘形喷淋器距生物填料层上端的高度为10 15cm,生物填料层下端距好氧沼气生物脱硫段的液面高度为60 80cm。所述的倒锥形排 硫斗的底角α为55 60°。所述的环形挡气斜板与沼气生物脱硫装置的侧壁夹角β为 50 60° ；锥形集气器上端距好氧沼气生物脱硫段液面的高度为10 20cm，锥形集气器 上端的底角Y为30 40°，锥形集气器下端与环形挡气斜板间的垂直距离为5 IOcm ； 导气管插入营养液输出筒液面以下10 20cm。所述的进水箱内的营养液pH维持在7. 5 8. 0。所述的好氧沼气生物脱硫段内通过控制空气曝气量，使溶解氧探头所测溶解氧浓度维 持在0. 08 0. lmg/L之间。本实用新型与现有技术相比具有的有益效果①沼气的好氧与厌氧生物脱硫融 于一体化装置，结构简单，加工方便，便于未来的推广与应用；②好氧沼气生物脱硫段内利 用溶解氧探头测定反应液内的溶解氧浓度，通过控制空气的曝气量，使溶解氧浓度控制在 0. 08 lmg/L之间，促使硫化氢气体向单质硫转化，并防止反应液的酸化，实现沼气生物脱 硫的高效运行；③好氧沼气生物脱硫段环形挡气斜板和锥形集气器的设计以及厌氧沼气生 物脱硫段与空气的完全隔绝，保证了沼气生物脱硫的安全进行；④营养液输入筒和营养液 输出筒的设置实现了沼气生物脱硫装置内营养物质的更新与液位调节；⑤沼气中硫化氢气 体经好氧、厌氧脱硫细菌的共同作用下，可使净化后沼气达标利用；⑥形成单质硫，可回收 部分处理费用。
附图是好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置的结构示意图，图中排硫管1、 倒锥形排硫斗2、空气进气管3、微孔曝气头4、盘形曝气器5、营养液输入管6、营养液输出筒 7、环形挡气斜板8、微孔布气头9、盘形布气器10、沼气进气管11、生物填料层12、微孔喷头 13、盘形喷淋器14、沼气收集管15、喷淋管16、蠕动泵17、锥形集气器18、集气室19、导气管 20、营养液输出筒21、溢流管22、营养液输出管23、溶解氧探头24和进水箱25。
具体实施方式
如附图所示，好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置包括相连接的单质硫沉淀 区、好氧沼气生物脱硫段、厌氧沼气生物脱硫段和喷淋系统，单质硫沉淀区从下到上依次设 有排硫管1和倒锥形排硫斗2 ；好氧沼气生物脱硫段从下到上依次设有盘形曝气器5、溶解 氧探头24、环形挡气斜板8、集气室19、锥形集气器18和导气管20，盘形曝气器5上设有微 孔曝气头4，盘形曝气器5与空气进气管3相连，好氧沼气生物脱硫段上部外壁上设有营养 液输入筒7和营养液输出筒21，营养液输入筒7底部设有营养液输入管6并与好氧沼气生 物脱硫段相连，营养液输出筒21底部设有营养液输出管23并与好氧沼气生物脱硫段相连， 营养液输出筒21上部设有溢流管22 ；厌氧沼气生物脱硫段从下至上依次设有盘形布气器 10、生物填料层12和沼气收集管15，盘形布气器10上设有微孔布气头9，盘形布气器10与 沼气进气管11相连；厌氧沼气生物脱硫段上部设有盘形喷淋器14，盘形喷淋器14上设有 微孔喷头13，盘形喷淋器14依次与喷淋管16、蠕动泵17和进水箱25相连。所述的单质硫 沉淀区、好氧沼气生物脱硫段和厌氧沼气生物脱硫段的体积比为1 4 6 1 4 8。 所述的整个沼气生物脱硫装置的高径比为6 8 1 ；好氧沼气生物脱硫段的高径比为2 3 1 ；厌氧沼气生物脱硫段的高径比为4 5 1。所述的营养液输入筒7、营养液输出筒 21和好氧沼气生物脱硫段内的液面持平。所述的生物填料层12内填充有用于微生物的挂 膜生长的软性填料；盘形喷淋器14距生物填料层12上端的高度为10 15cm，生物填料层 12下端距好氧沼气生物脱硫段的液面高度为60 80cm。所述的倒锥形排硫斗2的底角α 为55 60°。所述的环形挡气斜板8与沼气生物脱硫装置的侧壁夹角β为50 60° ； 锥形集气器18上端距好氧沼气生物脱硫段液面的高度为10 20cm，锥形集气器18上端的 底角Y为30 40°，锥形集气器18下端与环形挡气斜板8间的垂直距离为5 IOcm;导 气管20插入营养液输出筒21液面以下10 20cm。所述的进水箱25内的营养液pH维持 在7. 5 8. 0。所述的好氧沼气生物脱硫段内通过控制空气曝气量，使溶解氧探头24所测 溶解氧浓度维持在0. 08 0. lmg/L之间。本实用新型的工作过程如下(1)好氧沼气生物脱硫段。好氧沼气生物脱硫段内的接种污泥来源广泛，可选取各 种好氧或厌氧活性污泥。在该反应段内，通过溶解氧探头24测定脱硫反应液内的溶解氧浓 度，并通过控制空气曝气量使脱硫反应液内溶解氧浓度维持在0. 08 0. lmg/L之间，促使 硫化氢在脱硫细菌的作用下向单质硫转化，并防止脱硫反应液的酸化。液相中发生的主反 应为2HS_+02 — 2S+20H—。过量的氧气则通过锥形集气器利用导气管引出沼气生物脱硫装 置，避免了厌氧沼气生物脱硫段内氧气与沼气的混合，排除爆炸隐患。锥形集气器18上连接的导气管20出口端插入营养液调节筒21液位10 20cm以下，可有效防止外部空气进 入到沼气生物脱硫装置内部。通过营养液输入筒7补充脱硫装置内的营养液，而通过营养 液输出筒21的溢流管22可排出脱硫装置内过多的营养液。通过营养液输入筒7和营养液 输出筒21，保证了沼气生物脱硫装置内液位的恒定。(2)厌氧沼气生物脱硫段。将厌氧沼气生物脱硫段内生物调料层12的软性调料 放入长期稳定运行的同步厌氧脱氮除硫反应器内进行挂膜培养，经挂膜后的软性填料重新 放回生物填料层12内。此时，在该反应段内，从厌氧段底部进入的硫化氢气体不断向上输 送，与向下喷淋的经除氧后含N03_ (考虑到N02_对微生物的毒害作用较大，故选用N03_作为 脱硫反应的电子受体)的碱性喷淋液逆向接触，使硫化氢气体溶于碱性溶液，在具有同步 脱氮除硫功能的脱硫细菌的作用下，使硫化氢转化为单质硫。厌氧沼气生物脱硫段内发生 的主反应为5HS-+2N03-+7H+ — 5S+N2+6H20,该反应为致碱反应，有利于增强液体对硫化氢的 吸收性能。液相中未被去除的液相中硫化氢跌落至好氧沼气生物脱硫段得以进一步去除。 由于厌氧沼气生物脱硫段完全处于无氧状态，也避免了沼气与氧气的混合，实现了沼气生 物脱硫的安全运行。厌氧沼气生物脱硫段内形成的单质硫将落入好氧沼气生物脱硫段内， 在环形挡气斜板8和重力作用下，硫单质最终落入倒锥形排硫斗2内。(3)喷淋系统。进水箱25中含有一定量N03-(视沼气的进气量和沼气中硫化氢的 含量而定)的营养液(喷淋液)，营养液的PH控制在7.5 8.0之间，促使脱硫细菌生长的 同时，可增强营养液对气相中硫化氢气体吸收。营养液经蠕动泵17泵入盘形喷淋器14，经 微孔喷头13实现了喷淋液的均勻喷洒。(4)单质硫收集排放系统。沼气中的硫化氢气体经好氧、厌氧脱硫细菌的共同作用 下，形成单质硫。含硫污泥密度较一般污泥大，在重力作用下，含硫污泥逐渐沉淀至倒锥形 排硫斗2，通过排硫管1排出生物脱硫装置，达到回收单质硫的目的。
权利要求1.一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征在于包括相连接的单质硫沉 淀区、好氧沼气生物脱硫段、厌氧沼气生物脱硫段和喷淋系统，单质硫沉淀区从下到上依次 设有排硫管(1)和倒锥形排硫斗(2)；好氧沼气生物脱硫段从下到上依次设有盘形曝气器 (5)、溶解氧探头(24)、环形挡气斜板(8)、集气室(19)、锥形集气器(18)和导气管(20)，盘 形曝气器(5)上设有微孔曝气头(4)，盘形曝气器(5)与空气进气管(3)相连，好氧沼气生 物脱硫段上部外壁上设有营养液输入筒(7)和营养液输出筒(21)，营养液输入筒(7)底部 设有营养液输入管(6)并与好氧沼气生物脱硫段相连，营养液输出筒(21)底部设有营养 液输出管(23)并与好氧沼气生物脱硫段相连，营养液输出筒(21)上部设有溢流管(22)； 厌氧沼气生物脱硫段从下至上依次设有盘形布气器(10)、生物填料层(12)和沼气收集管 (15)，盘形布气器(10)上设有微孔布气头(9)，盘形布气器(10)与沼气进气管(11)相连； 厌氧沼气生物脱硫段上部设有盘形喷淋器(14)，盘形喷淋器(14)上设有微孔喷头(13)，盘 形喷淋器(14)依次与喷淋管(16)、蠕动泵(17)和进水箱(25)相连。
2.根据权利要求1所述的一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征 在于所述的单质硫沉淀区、好氧沼气生物脱硫段和厌氧沼气生物脱硫段的体积比为 1 4 6 1 4 8。
3.根据权利要求1所述的一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征在于 所述的整个沼气生物脱硫装置的高径比为6 8 1 ；好氧沼气生物脱硫段的高径比为2 3 1 ；厌氧沼气生物脱硫段的高径比为4 5 1。
4.根据权利要求1所述的一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征在于 所述的营养液输入筒(7)、营养液输出筒(21)和好氧沼气生物脱硫段内的液面持平。
5.根据权利要求1所述的一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征在于 所述的生物填料层(12)内填充有用于微生物的挂膜生长的软性填料；盘形喷淋器(14)距 生物填料层(12)上端的高度为10 15cm，生物填料层(12)下端距好氧沼气生物脱硫段的 液面高度为60 80cm。
6.根据权利要求1所述的一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征在于 所述的倒锥形排硫斗⑵的底角α为55 60°。
7.根据权利要求1所述的一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置，其特征在于 所述的环形挡气斜板(8)与沼气生物脱硫装置的侧壁夹角β为50 60° ；锥形集气器 (18)上端距好氧沼气生物脱硫段液面的高度为10 20cm，锥形集气器(18)上端的底角、 为30 40°，锥形集气器(18)下端与环形挡气斜板(8)间的垂直距离为5 IOcm ；导气 管(20)插入营养液输出筒(21)液面以下10 20cm。
专利摘要本实用新型公开了一种好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置。它包括相连接的单质硫沉淀区、好氧沼气生物脱硫段、厌氧沼气生物脱硫段和喷淋系统。单质硫沉淀区设有倒锥形排硫斗和排硫管；好氧沼气生物脱硫段设有盘形曝气器、溶解氧探头、锥形集气器、环形挡气斜板、导气管、营养液输入筒和营养液输出筒；厌氧沼气生物脱硫段设有盘形布气器、生物填料层和沼气收集管；喷淋系统设有进水箱、蠕动泵和盘形喷淋器。本装置的优点有①好氧沼气生物脱硫段环形挡气斜板和锥形集气器的设计以及厌氧沼气生物脱硫段与空气的完全隔绝，保证了沼气生物脱硫的安全进行；②沼气中硫化氢气体经好氧、厌氧脱硫细菌的共同作用下，可使净化后沼气达标利用；③形成单质硫，可回收部分处理费用。
文档编号C10L3/10GK201785372SQ20102051315
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者刘帅, 叶天强, 沈李东, 胡宝兰, 蔡琛, 郑平 申请人:浙江大学