高浓度硫化氢去除系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种高浓度硫化氢去除系统及方法，其中本发明的高浓度硫化氢去除系统包括：一化学除硫模块，具有一气体通入口、一气体排出口及一液体排出口，且一含硫化氢气体由气体通入口通入至化学除硫模块中；一化学储存单元，包括一化学氧化剂；一液体喷洒单元，其中化学储存单元中的化学氧化剂通过液体喷洒单元通入至化学除硫模块；一生物再生单元，包括一再生化学氧化剂的生物体且与化学储存单元连接；以及一硫沉淀排出模块，与该化学除硫模块的该液体排出口连接。
【专利说明】高浓度硫化氢去除系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高浓度硫化氢去除系统及方法，特别是一种可循环再生化学氧化剂的高浓度硫化氢去除系统及方法。
【背景技术】
[0002]硫化氢为一常见的污染气体之一，举凡各种不同的工业工艺中，均会产生不同浓度范围的含硫化氢气体。例如，在垃圾掩埋场中，可测得硫化氢浓度约IOOOppm左右的含硫化氢气体；厌氧废水处理厂产生的沼气，其硫化氢浓度约在3000ppm至IOOOOppm之间；皮革、造纸、炼油等工业甚至可产生硫化氢浓度为数万ppm的污染气体。这些所产生的含高浓度硫化氢的气体会造成机具腐蚀，甚至会对人体造成致命性的伤害。
[0003]为了降低含硫化氢气体所造成的伤害，目前已发展出多种硫化氢去除方法，包括物理法、焚化法、克劳斯法、化学洗涤法及生物处理法。然而，此些方法仍有其缺点。例如，物理法虽具有高去除率、操作时间短及无时间限制等优点，但却可能造成二次污染且再生成本高；生物处理法虽耗能少、低成本且不会造成二次污染，但微生物可承受的硫化氢浓度仍有其上限；而以胺吸收法去除硫化氢并搭配克劳斯法进行回收，虽可有效去除硫化氢，但却面临设备昂贵且程序繁琐等问题。
[0004]有鉴于工业上所产生的废气中常含有高浓度的硫化氢，因此，若能开发出一种可改善前述方法缺点并能达到高效率、低成本、操作简单、可再生循环化学氧化剂的新颖高浓度硫化氢去除系统及方法，则对于各种需要去除硫化氢气体的产业势必有所帮助。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于提供一种高浓度硫化氢去除系统及去除方法，俾能以化学氧化剂处理高浓度的含硫化氢气体，且反应后的化学氧化剂还可利用生物氧化法再生，而达到高效率、低成本、简易操作及再生循环的效果。
[0006]为达成上述目的，本发明的高浓度硫化氢去除系统，包括:一化学除硫模块，具有一气体通入口、一气体排出口及一液体排出口，且一含硫化氢气体由气体通入口通入至化学除硫模块中；一化学储存单元，包括一化学氧化剂，化学氧化剂为三价铁离子(Fe3+)溶液、四价锰离子(Mn4+)溶液、具氧化力的化学物质、或其组合；一液体喷洒单元，其中化学储存单元中的化学氧化剂通过液体喷洒单元通入至化学除硫模块；一生物再生单元，包括一再生化学氧化剂的生物体且与化学储存单元连接；以及一硫沉淀排出模块，与该化学除硫模块的该液体排出口连接。
[0007]此外，本发明还提供一种搭配前述高浓度硫化氢去除系统的高浓度硫化氢的去除方法，包括:(A)通入一含硫化氢气体至一化学除硫模块，且通过一液体喷洒单元以将存放于一化学储存单元中的一化学氧化剂通入至化学除硫模块，以使含硫化氢气体中的硫化氢与化学氧化剂反应得到一反应产物及一除硫气体，其中除硫气体从化学除硫模块排出，反应产物排出至硫沉淀排出模块、或先排出至化学储存单元后再通入至硫沉淀排出模块，且化学氧化剂为三价铁离子溶液、四价锰离子溶液、具氧化力的化学物质、或其组合；(B)通过该硫沉淀排出模块移除反应产物中的固体硫，再将移除固体硫后的反应产物通入至一生物再生单元,其中生物再生单元包括一再生化学氧化剂的生物体,通过生物体以将反应产物氧化成该化学氧化剂；以及(C)回收经生物体氧化的化学氧化剂至化学储存单元中。
[0008]如前述的本发明的高浓度硫化氢去除系统及方法，当一含硫化氢气体由化学除硫模块的气体通入口通入至化学除硫模块中的同时，化学储存单元中的化学氧化剂亦通过液体喷洒单元通入至化学除硫模块；通过同时通入含硫化氢气体及化学氧化剂至化学除硫模块中，可使两者反应而得到一反应产物及一除硫气体。而后，除硫气体可由气体排出口排出，而反应产物则由液体排出口排出至硫沉淀排出模块中以移除反应产物中的固体硫。在此，由于通入至生物再生单元的反应产物中的固体硫被移除，故可使除硫效果更加提升，并维持生物再生单元的使用寿命。接着，待硫沉淀排出模块移除固体硫后，再将移除固体硫后的反应产物通入至生物再生单元，并通过生物再生单元中的再生化学氧化剂的生物体以将反应产物氧化成原先初始状态的化学氧化剂。接着，将氧化成原先初始状态的化学氧化剂重新回收至化学储存单元中，以达到回收、循环且再利用化学氧化剂的目的，同时亦可达到避免反应后的化学氧化剂二次污染的问题。
[0009]特别是，在本发明的去除系统及方法中，通过液体喷洒单元将化学氧化剂通入化学除硫模块中，达到喷洒式接触的效果。相较于公知使用填充与担体混合的化学氧化剂的化学除硫模块(一般称的为浸泡式化学氧化剂)，本发明的喷洒式化学氧化剂与含硫化氢气体混合更加完全使得反应更加均匀，且喷洒式化学氧化剂的总表面积较大使得反应更加迅速，进而达到高效率除硫的功效。
[0010]在此，液体喷洒单元的喷洒方式并无特别限制，可由化学除硫模块的顶端纵向喷洒或侧边横向喷洒。更具体而言，当化学除硫模块包括至少一除硫管柱，更优选为为包括多个以串联或并联连接的除硫管柱。除了前述的除硫管柱数目可调整外，液体喷洒单元的喷洒方式也可调整。举例而言，喷洒方式可由除硫管柱的顶端以纵向方向(即，化学氧化剂流动方向)进行纵向喷洒、或由除硫管柱的侧边以横向方向(即，与化学氧化剂流动方向呈一角度的方向)进行横向喷洒。
[0011]再者，需特别说明的是，本发明的高浓度硫化氢去除系统中的化学除硫模块优选使用一空槽体，而非一填充槽体。公知使用填充与担体混合的化学氧化剂的化学除硫模块，含硫化氢气体由底部通入化学除硫模块时，容易因压损过大而难以通入气体，特别是在化学除硫模块长度较长，且通入含硫化氢气体量增加、或浓度较高时更为显著。此外，前述公知的除硫模块，反应后所形成的固体硫，更易阻塞担体缝隙、化学除硫模块的气体通入/排出口及液体通入/排出口，而必须定期拆解化学除硫模块以维持系统的操作。然而，因本发明的化学除硫模块为一空槽体，当含硫化氢气体与化学氧化剂反应后形成的固体硫可直接进入化学储存单元中，而不会堵塞化学除硫模块。
[0012]在此，硫沉淀排出模块的目的主要为移除化学除硫模块所产生的固体硫，故其位置仅须设在化学除硫模块与生物再生单元间即可，而无特殊限制。举例而言，硫沉淀排出模块可设于化学储存单元与生物再生单元间，故由化学除硫模块所产生的反应产物会先通入化学储存单元中而后再通入化学除硫模块以进行除固体硫步骤；或者硫沉淀排出模块可设于化学除硫模块与化学储存单元间，故由化学除硫模块所产生的反应产物会先通入硫沉淀排出模块以进行除固体硫步骤，而后再通入化学储存单元。优选为，硫沉淀排出模块设于化学除硫模块与化学储存单元间。
[0013]此外，在本发明的去除系统及方法中，除硫管柱的数目并无特别限制，可随着含硫化氢气体中的硫化氢浓度进行增减。由于本发明的去除系统及方法可随着硫化氢浓度进行增减，故可用以处理的硫化氢浓度为IOOOppm或以上的高浓度含硫化氢气体。特别是，当硫化氢浓度为1000-2000ppm时，可达到100%的硫化氢去除率；当硫化氢浓度为3000-4000ppm时，可达到约97%的硫化氢去除率；且硫化氢浓度为4000-5000ppm时，可达到约95 %的硫化氢去除率。
[0014]在本发明的高浓度硫化氢去除系统中，硫沉淀排出模块可包括一硫沉淀过滤单元及一硫沉淀排出单元。因此，通过硫沉淀过滤单元可将反应产物中的固体硫以沉淀或截流方式由反应产物中分离，而分离出的固体硫则可通过硫沉淀排出单元从系统中移除。在此，硫沉淀过滤单元可为玻璃、压克力、塑料或其他材质所制成的容器，且其内部可选择性的填充一担体，其可为玻璃珠、麦饭石、装置滤膜或其他固体，且此单体的形状并无特别限制，可为颗粒状、柱状、片状或其他形状。
[0015]在本发明的高浓度硫化氢去除系统及方法中，再生化学氧化剂的生物体并无特殊限制，只要为具有将反应产物氧化再生成化学氧化剂特性的微生物或酵素即可。举例而言，当化学氧化剂为三价铁离子溶液时，则再生化学氧化剂的生物体为可将反应后产生的二价铁离子(Fe2+)氧化成三价铁离子(Fe3+)的微生物或酵素即可。在此，再生化学氧化剂的生物体的例子包括，但不限于:Acidithiobacillus ferrooxidans (GenBank号码:AF362022) >Leptospirillum ferriphiIum(GenBank号石马:JF510470)、Acidithiobacillusferrooxidans (GenBank 号码:JN224813)、Sulfobacillus sp.L15 (GenBank 号码:AY007663)及 Sulfobacillus thermosulfidooxidans (GenBank 号码:EU499919)。
[0016]在本发明的高浓度硫化氢去除系统及方法中，生物再生单元可为玻璃、压克力、塑料或其他材质所制成的容器，且容器外部可为控温双层夹层结构。同时，生物再生单元内可选择性的填充一液态培养基，使生物体悬浮生长；或一固态担体，以使生物体附着于固态担体上或包埋于固态担体中。
[0017]再者，在本发明的高浓度硫化氢去除系统及方法中，化学除硫模块前、化学储存单元与液体喷洒单元间、生物再生单元与化学储存单元间、或硫沉淀排出模块与生物再生单元间，可选择性的设置一泵浦，以帮助气体或液体的流动。
[0018]此外，在本发明的高浓度硫化氢去除系统及方法中，化学除硫模块的气体排出口可与一发电装置连接。据此，由化学除硫模块排出的除硫气体可通入至一发电装置，而达到再生能源的功效。
[0019]再者，在本发明的高浓度硫化氢去除系统及方法中，含硫化氢气体的流速或流量并无特殊限制。然而，本发明的高浓度硫化氢去除系统亦可使用公知装置控制气体的流速或流量。例如，含硫化氢气体可通过气体压缩装置(如，送风机或抽风机)及/或气体调节装置(如，流量计、阀门或转钮)通入至除硫管柱中。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例1的高浓度硫化氢去除系统的示意图；[0021]图2是本发明实施例2的闻浓度硫化氧去除系统的不意图；
[0022]图3是本发明试验例的除硫效果图；
[0023]图4是本发明试验例的除硫效果图；
[0024]图5是本发明试验例的细胞数量变化图。
[0025]【主要元件符号说明】
[0026]11化学除硫模块 111 气体通入口
[0027]112气体排出口 114 液体排出口 [0028]115，116，除硫管柱12 化学储存单元
[0029]117
[0030]13液体喷洒单元 14 生物再生单元
[0031]141气体压缩装置 15 含硫化氢气体
[0032]161，162泵浦17 硫沉淀排出模块
[0033]171硫沉淀过滤单元172 硫沉淀排出单元
【具体实施方式】
[0034]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0035]本发明的实施例中附图均为简化的示意图。应当了解，所述附图标记仅显示与本发明有关的元件，其所显示的元件非为实际实施时的形态，其实际实施时的元件数目、形状等比例为一选择性的设计，且其元件布局形态可能更复杂。
[0036]实施例1
[0037]图1为本实施例的闻浓度硫化氢去除系统的不意图,其中“ ”是指液体流通路径，而“…”是指气体流通路径。在本实施例及以下实施例中，液体流通路径及气体流通路径仅以线条表示，然而液体及气体流通路径均可为如塑料、铁管、不锈钢管或其他材质等管线。
[0038]如图1所不，本实施例的闻浓度硫化氧去除系统包括:一化学除硫|旲块11，具有一气体通入口 111、一气体排出口 112及一液体排出114，且一含硫化氢气体15由气体通入口111通入至化学除硫模块11中；一化学储存单元12，包括一化学氧化剂且连接至化学除硫模块11的液体排出口 114 ;一液体喷洒单元13，其中化学储存单元12中的化学氧化剂通过液体喷洒单元13通入至化学除硫模块11 ;一生物再生单元14，包括一再生化学氧化剂的生物体且与化学储存单元12连接；以及一硫沉淀排出模块17，设置于化学除硫模块11及化学储存单元12间。
[0039]此外，为了帮助液体的流通，在化学储存单元12与液体喷洒单元13间及生物再生单元14与化学储存单元12间还分别设置一泵浦161及162。
[0040]再者，为了移除固体硫产物，本实施例的硫沉淀排出模块17包括一硫沉淀过滤单元171及一硫沉淀排出单元172。
[0041]在本实施例中，化学氧化剂为三价铁离子溶液；且再生化学氧化剂的生物体为Acidithiobacillus ferrooxidans。
[0042]接下来，将详细说明本实施例的高浓度硫化氢去除系统的操作方式。如图1所示，含硫化氢气体15可由化学除硫模块11下方的气体通入111通入至化学除硫模块11，而存放于化学储存单元12中的化学氧化剂则通过泵浦161的帮助并通过液体喷洒单元13由化学除硫模块11上方通入至化学除硫模块11。通入至化学除硫模块11的含硫化氢气体15的硫化氢则与化学氧化剂反应，反应得到一反应产物及一除硫气体。其中，除硫气体从设于化学除硫模块11上方的气体排出112排出，而反应产物则从设于化学除硫模块11下方的液体排出114排出至硫沉淀排出模块7,并通过硫沉淀排出模块17的硫沉淀过滤单元171可将反应产物中的固体硫以沉淀或截流方式由反应产物中分离，而分离出的固体硫则可通过硫沉淀排出单元172从系统中移除。接着，将移除固体硫后的反应产物则先通入化学储存单元12，再通过泵浦162的帮助通入生物再生单元14，且通过生物再生单元14中的生物体而可将反应产物氧化成初始状态的化学氧化剂。而后，回收经生物体氧化的化学氧化剂至化学储存单元12中，而可达到化学氧化剂再利用的功效。本高浓度硫化氢去除系统包括一气体压缩装置141，以提供空气至生物再生单元14，使生物再生单元14中的化学氧化剂再生。
[0043]实施例2
[0044]在本实施例中，高浓度硫化氢去除系统及去除方法均与实施例1相同，除了下述不同点。
[0045]在本实施例的高浓度硫化氢去除系统中，化学除硫模块包括多个除硫管柱115，116，117，其中除硫管柱115，116，117以串联方式连接。在此，所谓的串联是指气体依序通入除硫管柱115、除硫管柱116及除硫管柱117。
[0046]再者，在本实施例的高浓度硫化氢去除系统中，每一除硫管柱115，116，117上方均分别设有一液体喷洒单元13，并通过泵浦161将放于化学储存单元12中的化学氧化剂引导至各个液体喷洒单元13，以喷洒化学氧化剂至各个除硫管柱115，116，117中。
[0047]试验例
[0048]在本试验例中，使用实施例1的高浓度硫化氢去除系统进行试验。其中，所使用的再生化学氧化剂的生物体为Acidithiobacillus ferrooxidans CP9 (GenBank号码:EF605251);化学氧化剂为三价铁离子溶液；除硫管柱为25cmO (直径)X 160cm H(长度)的空槽体。
[0049]在此，将高浓度硫化氢气体与空气混和至1000、2000、3000、4000、5000ppm等浓度，调整硫化氢进流速率为10LPM，相当于约10、约20、约30、约40、约50g_S/m3/h的进流负荷(即，单位时间及单位装置体积的硫化氢通入量)进行，并在不同天数时进行试验，每次试验(天)进行三小时。此外，并在第25-30天时进行突增负荷测试(shock loadingtest),将硫化氢浓度由3000ppm增加至12000ppm,连续测试5天后，再次回到3000ppm ;且突增负荷测试的进流负荷为约130g-S/m3/h。同时,并在46-55天进行停机测试(shut downtest)后，再将硫化氢浓度提高至5000ppm。结果列于图3及图4中。
[0050]如图3所示，当硫化氢浓度为1000-2000ppm时，硫化氢去除率几乎100% ;当硫化氢浓度为3000-4000ppm时，硫化氢去除率约为97% ;当硫化氢浓度为5000ppm时，硫化氢去除率约为95% ;即便是硫化氢浓度为12000ppm时，硫化氢去除率也可达80%。
[0051]如图4所示，在约10g_S/m3/h至约50g_S/m3/h的进流负荷下，硫化氢去除率约为95%以上，且即便进流负荷高达130g-S/m3/h，亦可达到约80%的硫化氢去除率。[0052]在此，还检测生物再生单元中细胞数量。如图5所示，在整个试验过程中，微生物数目均非常稳定，可由7.9xl07CFU/g-GAC上升至2.lxl08CFU/g-GAC。此结果证实，本发明的高浓度硫化氢去除系统的生物再生单元可长期应用于化学氧化剂再生程序，并达成稳定及良好的操作效果。
[0053]由前述试验结果显示，本发明的高浓度硫化氢去除系统非常适合用于处理高浓度硫化氢。此外，由突增负荷测试结果显示，超量的硫化氢负荷并不会造成长久影响，且可在短时间内恢复正常除硫效果。再者，由停机测试结果显示，停机期间对本发明的高浓度硫化氢去除系统不会造成影响。
[0054]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高浓度硫化氢去除系统，包括: 一化学除硫模块，具有一气体通入口、一气体排出口及一液体排出口，且一含硫化氢气体由该气体通入口通入至该化学除硫模块中； 一化学储存单元，包括一化学氧化剂，该化学氧化剂为三价铁离子溶液、四价锰离子溶液、具氧化力的化学物质、或其组合； 一液体喷洒单元，其中该化学储存单元中的该化学氧化剂通过该液体喷洒单元通入至该化学除硫模块； 一生物再生单元，包括一再生化学氧化剂的生物体且与该化学储存单元连接；以及 一硫沉淀排出模块，与该化学除硫模块的该液体排出口连接。
2.如权利要求1所述的高浓度硫化氢去除系统，其中该硫沉淀排出模块设于该化学除硫模块与该化学储存单元间。
3.如权利要求1所述的高浓度硫化氢去除系统，其中该硫沉淀排出模块包括一硫沉淀过滤单元及一硫沉淀排出单元。
4.如权利要求1所述的高浓度硫化氢去除系统，其中该硫沉淀排出模块还包括一液体暂存槽，连结于该硫沉淀过滤单元及该生物再生单元间。
5.如权利要求1所述的高浓度硫化氢去除系统，其中该化学除硫模块包括至少一除硫管柱。
6.如权利要求1所述的高浓度硫化氢去除系统，其中该化学除硫模块包括多个除硫管柱，且所述除硫管柱以串联或并联连接。
7.如权利要求1所述的高浓度硫化氢去除系统，其中该生物体为:将该反应产物氧化再生成该化学氧化剂的微生物或酵素。
8.如权利要求1所述的高浓度硫化氢去除系统，其中该生物再生单元还包括:一液态培养基，使该生物体悬浮生长；或一固态担体，使该生物体附着于该固态担体上或包埋于固态担体中。
9.如权利要求1所述的高浓度硫化氢去除系统，其中该含硫化氢气体中的硫化氢浓度为1000ppm或以上。
10.一种高浓度硫化氢的去除方法，包括: (A)通入一含硫化氢气体至一化学除硫模块，且通过一液体喷洒单元以将存放于一化学储存单元中的一化学氧化剂通入至该化学除硫模块，以使该含硫化氢气体中的硫化氢与该化学氧化剂反应得到一反应产物及一除硫气体，其中该除硫气体从该化学除硫模块排出，该反应产物排出至一硫沉淀排出模块、或先排出至一化学储存单元后再通入至该硫沉淀排出模块，且该化学氧化剂为三价铁离子溶液、四价锰离子溶液、具氧化力的化学物质、或其组合； (B)通过该硫沉淀排出模块移除该反应产物中的固体硫，再将移除固体硫后的该反应产物通入至一生物再生单元，其中该生物再生单元包括一再生化学氧化剂的生物体，通过该生物体以将该反应产物氧化成该化学氧化剂；以及 (C)回收经生物体氧化的该化学氧化剂至该化学储存单元中。
11.如权利要求10所述的去除方法，其中该硫沉淀排出模块包括一硫沉淀过滤单元及一硫沉淀排出单元，通过该硫沉淀过滤单元以将该反应产物中的固体硫由反应产物中分离，且该固体硫通过该硫沉淀排出单元移除。
12.如权利要求10所述的去除方法，其中该硫沉淀排出模块还包括一液体暂存槽，移除固体硫后的反应产物先存放于该液体暂存槽中后再通入至该生物再生单元。
13.如权利要求10所述的去除方法，其中该化学除硫模块包括至少一除硫管柱。
14.如权利要求10所述的去除方法，其中该化学除硫模块包括多个除硫管柱，且所述除硫管柱以串联或并联连接。
15.如权利要求10所述的去除方法，其中该生物体为:将该反应产物氧化成该化学氧化剂的微生物或酵素。
16.如权利要求10所述的去除方法，其中该生物再生单元还包括:一液态培养基，使生物体悬浮生长；或一固态担体，使该生物体附着于该固态担体上或包埋于固态担体中。
17.如权利要求10所述的去除方法，其中该含硫化氢气体中的硫化氢浓度为1000ppm或以上。
【文档编号】B01D53/78GK103706229SQ201210464815
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2012年10月8日
【发明者】曾庆平, 林威志 申请人:财团法人交大思源基金会