[发明专利]好氧/厌氧一体化沼气安全生物脱硫装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种好氧/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^-+O₂→2S+2OH^-        (1)

2HS^-+4O₂→2SO₄^2-+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^-+2NO₃^-+7H⁺→5S+N₂+6H₂O。 (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

本发明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。