生成的单质硫可以进一步氧化成 SO24 - 。反应式如
下:
H2 S( g) + OH -
H S- + H 2O
( 1)
H S-
+
1 2
O2
无色硫细菌
S+ OH -
( 2)
H S- + 2O2 + OH-
SO24- + H2 O
( 3)
生成的单质硫在沉降槽中以排泥的方式排出。
对于大型的沼气工程还可以进一步回收单质硫。如
1 沼气组成及处理量
留民营沼气站以鸡粪为发酵原料, 采用中温发 酵。沼气的 主要成分为 CH4 ( 60% ~ 70% )和 CO2 ( 30% ~ 40% ), H 2 S含量为 0. 2% ~ 0. 3% ( 2 000~ 3 000 LL /L)。沼气生物脱硫工程设计处理规模为 1 000 m3 / d。参照日本沼气用于锅炉燃烧时 H 2S浓 度限值为 100 LL /L[ 5 ] , 如果生物脱硫达不到这一要 求, 则通过后续干法脱硫进一步处理。
2 沼气生物脱硫工艺
沼气生物脱硫工艺流程如图 1所示。
图 1 沼气生物脱硫工艺流程 F ig. 1 F low chart of b io2desulfuriza tion of biogas
在吸收塔中用稀碱液吸收沼气中的 H 2S, 这是 一个化学过程; 在再生槽中通过无色硫细菌把吸收
液中的 H S- 氧化成单质 S, 这是一个生物氧化过程;
312 富液槽
富液槽的尺寸 为 1 000 mm @800 mm @1 500 mm, 通过吸收 H 2 S而富含 H S- 的吸收液自流进入
富液槽, 富液槽起到缓冲罐的作用。通过水泵 (Q = 4. 5 m3 / h, H = 125 kPa, W = 0. 75 kW )把富液槽的溶
液打入再生槽。无色硫细菌所需要的硫酸镁、磷酸
杨 栋, 等: 留民营沼气生物脱硫工程的设 计与运行
第 26卷 第 14期
8月发布的 5可再生能源中长期发展规划 6中提出, 到 2020 年建成 大型 畜禽养 殖场 沼气 工程 10 000 座、工业有机 废水沼气工程 6 000 座, 年 产沼气约 140 @108 m3; 约 8 000万户农村居民生活燃气主要 使用沼气, 年沼气利用量约 300 @108 m3。沼气中的 H2 S易造 成金 属管 道、阀门 和 流量 计的 腐蚀 和堵 塞 [ 1] , 因此沼气在综合利用之前必须脱除 H2 S。当 前国内沼气主要采用 Fe2 O3 干法脱硫。沼气生物脱 硫是近年发展起来的一种新型沼气脱硫方法 [ 2 ~ 4] 。
第 26卷 第 14期 2010年 7月
中 国 给 水排 水
CH INA WATER & WASTEWATER
Vo.l 26 No. 14 Ju.l 2010
留民营沼气生物脱硫工程的设计与运行
杨 栋 1, 2, 梁存珍 2, 刘卫国 2, 3, 刘海龙 1, 郝艳萍 2
( 1. 山西大学 环境与资源学院, 山西 太原 030006; 2. 北京石油化工学院 环境工程系, 北京 102617; 3. 武汉理工大学 资源与环境工程学院, 湖北 武汉 430070)
Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430070, China ) Abstr act: It is necessary to remove hydrogen sulfide from b iogas before it is utilized. Bio2desulfu2 rization is a new method to remove hydrogen sulfide from b iogas. It has the advan tages of low cost and no secondary pollution. Bio2desulfurization process w ith a b iogas treatment capac ity of 1 000 m3 / d was used in the third phase project ofL ium inying biogas station. The removal e fficiency of hydrogen su lfide is re lat2 ed to the pH, contact t ime, biogas2water ratio and temperature. 90% hydrogen su lfide w ith the in it ia l concentration of 2 000 to 3 000 LL /L can be removed under the cond itions of pH 8, b iogas2water ratio 10 B1 and contact time 47 s. 85% su lfide in the regenera tion tank is converted to elemental sulfur. Con2 sidering the technology and economy, it is feasible to adopt the b io2desu lfurization process in the large and m iddle biogas projects. K ey w ords: b iogas; hydrogen sulfide; b io2desulfurizat ion
槽。中段为填料层, 内置阶梯填料, 提高气液接触效
率。吸收液通过上段的布水器均匀喷淋在填料上。
上段设置除沫器, 阻止生成的单质硫进入沼气管而
堵塞管道。在吸收塔内设置可对除沫器进行反冲洗
的布水器, 定期把除沫器中积存的单质硫冲洗下来。
影响吸收塔对 H 2S 的去除效率的 主要工艺条件包 括吸收液的 pH、气水接触时间、气水比、温度等。
摘 要: 沼气在综合利用之前必须进行脱硫处理, 沼气生物脱硫是近年发展的一种新的脱硫 方法, 具有处理成本低、不产生二次污染等优点。留民营三期沼气工程中采用生物脱硫工艺, 沼气 处理量为 1 000 m3 / d。 pH、接触时间、气水比、温度等因素均会影响沼气脱硫效果。当沼气中 H2 S 原始浓度为 2 000~ 3 000 LL /L、pH = 8 和气水比为 10 B1、接触时间为 47 s时, H 2 S去除率达到 90% , 再生槽中硫化物转化成单质硫的比例为 85% 。从技术和价格两方面考虑, 生物脱硫应用于 集中供气的大中型沼气工程是可行的。
19 91 年 北 京 市 大 兴 区 留 民 营 村 由 联合 国 援 建 了日产沼气 300 m3 的一期工程, 1997 年建成日产 沼气 300 m3 的二期工程。一期、二期沼气工程均采 用 F e2O3 干法脱硫, 存在处理成本高、脱硫剂更换周 期短等问 题。 2009年 留民营 建成日 产沼 气 1 600 m3 的三期工程, 实现附近七村沼气联供。三期工程 中采用两种不同的生物脱硫工艺, 一种处理工艺是 H2 S的化学吸收及生物氧化在一个反应器中进行; 另一种处理工艺是 H2 S 的化学吸收和生物氧化在 不同的反应器中进行, 两种处理方法并联运行, 可以 通过阀门调节沼气处理量。
关键词: 沼气; 硫化氢; 生物脱硫 中图分类号: X703 文献标识码: C 文章编号: 1000- 4602( 2010) 14- 0056- 04
Design and Op eration of B io2desu lfur iza tion Project of L ium inying B ioga s Sta tion
有有害废物的排放, 不带来二次污染。
3 主要处理单元
311 吸收塔
吸收塔的尺寸为 ª 600 mm @6 000 mm, 采用 6
mm钢板卷管。沼气 在吸收塔内 的接触 时间为 47
s。吸收塔分为 三段, 从 下至上高度 分别为 1 800、
2 200、2 000 mm。下段收 集吸收 液并溢 流至 富液
YANG Dong1, 2, LIANG Cun2zhen2, L IU W ei2guo2, 3, L IU H ai2long1, HAO Y an2p ing2
( 1. School of Environmenta l Science a nd Resource, Sha nxi University, Ta iyuan 030006, China; 2. D epartment of Environmenta l E ng ineering, Beijing Institute of P etrochem ica l Technology, Beijing 102617, Ch ina; 3. College of Resources and Environmenta l Eng ineering,
式 ( 1)、( 2)所示, 虽然在吸收塔中把 H2 S吸收下来 需消耗等量的 OH - , 但是在后续的 H S- 生物氧化过 程会产生等量 的 OH - 。如 果控制 工艺参 数, 减少 SO24 - 的生成比例, 就可以减少补充的碱量。与湿法 脱硫相比, 生物脱硫可以大幅度降低处理成本, 且没
DN25穿孔管曝 气。再生槽中 卷 第 14期
中国给水排水
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使用半软性填料, 省去污泥回流。 314 沉降槽
再生槽的液体自流到沉降槽中进行泥水分离, 生成的单质硫以污泥形式从系统中排出, 上清液自 流进入贫液 槽。沉 降槽 尺寸 为 2 000 mm @2 000 mm @2 500 mm, 停留时间为 120 m in, 内部设置六角 蜂窝斜管, 强化沉淀效果, 防止污泥进入吸收塔而堵 塞填料。定期从沉降槽排泥, 并补充自来水。 315 贫液槽、清水槽、溶配槽