气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法技术

本发明专利技术公开了一种气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法，属于环保污染处理技术领域。采用气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法，包括：将含硫化氢的沼气/天然气，与空气或氧气混合，将混合气体从生物鼓泡塔反应器底部通过气泡扩散器进入反应器中净化，将净化后的沼气/天然气分为两份，一份通过气体循环泵循环回流，和混合气体一起进入反应器中，另一份直接从反应器顶部排出。本发明专利技术方法将H2S基本转化为单质S，显著降低了后处理成本和二次污染风险；特别是循环净化后沼气，极大增加了脱硫效率，提高了硫单质的产率。

Biogas/Natural Gas Biodesulfurization in Gas Circulating Biological Bubbling Tower

The invention discloses a biogas/natural gas biological desulfurization method of a gas circulating biological bubbling tower, which belongs to the field of environmental pollution treatment technology. The biogas/natural gas biological desulfurization method of gas circulating biological bubbling tower is adopted, which includes: mixing the biogas/natural gas containing hydrogen sulfide with air or oxygen, purifying the mixed gas from the bottom of the biobubbling tower reactor through bubble diffuser into the reactor, dividing the purified biogas/natural gas into two parts, one is recycled by gas circulating pump, and the other is mixed gas. Starting from the reactor, the other part is discharged directly from the top of the reactor. The method of the invention basically converts H2S into elemental S, significantly reduces the cost of post-treatment and the risk of secondary pollution, especially the biogas after recycling purification, greatly increases the desulfurization efficiency and improves the yield of sulfur monomer.

【技术实现步骤摘要】
气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法
本专利技术属于环保污染处理
，具体涉及一种通过气体循环提高生物脱硫效率和硫单质产率的沼气/天然气生物脱硫方法。
技术介绍
沼气、天然气等能源气作为重要的清洁能源，是节能减排的重要组成部分和关键环节，在应对气候变化和发展低碳经济、促进新农村建设方面发挥了巨大的作用。然而，在沼气的生产和天然气的开采过程中，往往伴随着H2S气体的产生。H2S是一种有害的剧毒气体，当空气中浓度超过28mg/m3时，人就无法正常工作；超过1000mg/m3时，就可引起急性中毒，造成人员死亡。此外，H2S对管道、燃烧器和仪器仪表等还有强烈的腐蚀作用，燃烧后H2S生成的SO2会造成环境污染，导致严重的酸雨、雾霾等污染问题。通常，沼气中的H2S浓度为100～15000mg/m3，而我国天然气中H2S含量超过10000mg/m3的天然气占总储量的25％，远远高于我国环保标准的规定20mg/m3。因此，沼气/天然气在使用前必须对其进行脱硫处理。目前，用于沼气/天然气脱硫的方法主要可以分为物理法、化学法和生物法。物理法主要是活性炭吸附分离和膜分离工艺等。目前物理法最成熟的工艺是活性炭吸附，但是活性炭脱硫必须定期更换或再生活性炭。化学法脱硫主要是通过化学氧化和化学吸收脱除硫化氢，尽管化学法具有操作简单、脱硫速率快以及净化效率高的优点，但是化学法具有化学试剂使用量大、脱硫成本高、副产物难处理和安全性差等缺点。生物脱硫是近年来发展较快的一种清洁脱硫技术。利用微生物的代谢作用可实现H2S气体转化为硫单质或硫酸盐，最终达到去除H2S的目的。生物法脱硫因具有选择性高、去除率高、低能耗、不需要化学催化剂、环保清洁等优点而备受关注。近年来，生物脱硫工艺已被成功地用于能源气中并获得了较好的脱硫效果，H2S去除率可达到95％以上，如利用硫杆菌氧化H2S过程中释放的能量可被细胞用来固定CO2进行生长，可同时去除能源气中的CO2，提高了其热值。然而，在沼气/天然气生物脱硫系统中，高浓度或高负荷的H2S会对微生物产生抑制作用，进而限制了沼气生物脱硫技术的广泛应用。此外沼气/天然气中存在的高浓度的H2S若在生物脱硫系统中全部氧化为SO42-，则系统排出的废液中将含大量的SO42-，处理不当会造成新的环境污染。因此将沼气/天然气中H2S选择性地转化为硫单质，不仅可以消除H2S的污染，还可以回收硫资源，最终实现高效环保脱硫。常用的沼气/天然气生物脱硫装置有生物滴滤池和生物过滤池，它们具有气/液表面积比值高、处理效率高、可溶性产物易去除等优点，但是当脱硫过程生成的产物大多为硫单质时，硫单质不溶于水，会逐渐积累在反应器填料和微生物膜表面上，导致床层压力损失大而床层堵塞，而使脱硫效率降低，达不到使用标准，最终需要清理或置换床层填料而中断反应器运行。CN201110205352.7公开了一种废水中氮和沼气中硫同时脱除的方法，其采用生物鼓泡反应器成功地实现了猪场废水脱氮与沼气脱硫；但是其并不能选择性地将H2S转化为单质硫，仍然存在二次污染的风险，同时由于硫化氢在生物鼓泡塔溶液中的溶解性差和传质效率低，最终导致脱硫效果差。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种能够有效提高空气/氧气和沼气/天然气中的硫化氢传质到液体中的传质推动力，提高H2S和氧气从气相传质到液相的效率，增加沼气/天然气生物脱硫效率，提高脱硫产物为硫单质产率的方法，该方法采用生物过滤池进行气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫，包括以下步骤：A、气体混合：将含硫化氢的沼气/天然气，与空气或氧气混合，得混合气体；B、脱硫净化：混合气体从生物鼓泡塔反应器底部通过气泡扩散器进入反应器中进行净化；C、气体循环：将净化后的沼气/天然气分为两份，一份通过气体循环泵循环回流，和步骤A所得混合气体一起从生物鼓泡塔反应器底部通过气泡扩散器进入反应器中，另一份直接从反应器顶部排出。其中，上述所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法中，步骤A，混合气体中氧气和硫化氢的摩尔比为0.5～5：1。其中，上述所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法中，步骤B，控制空床停留时间为10s～300s。其中，上述所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法中，步骤C，循环回流气体流量和步骤A所得混合气体流量的比值为0.1～10。其中，上述所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法中，步骤B，生物鼓泡塔反应器底部的气泡扩散器的孔径为0.01mm～2mm。其中，上述所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法中，步骤B，反应器中含有营养液、填料和脱硫菌。其中，上述所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法中，所述填料的粒径为1～20mm，其密度为水密度的0.90～0.99倍。其中，上述所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法中，所述营养液的pH值为5.0～9.0。其中，上述所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法中，反应器中填料和营养液的体积比例为0.01～0.5。本专利技术的有益效果：本专利技术方法采用生物过滤池，利用微氧，控制氧气与硫化氢(即O/S)较低的比例，同时通过净化后的部分气体回流可以提高空气在水中的氧溶解性，同时减少O2进入沼气/天然气，可以避免微生物将H2S过度氧化为SO42-，将H2S基本转化为单质S，产生的SO42-废水很少，不需要频繁处理产生的高浓度含硫酸根废水，显著降低了后处理成本和二次污染风险。通过控制气泡扩散器的孔径可以形成沼气/天然气进入生物鼓泡塔的气泡粒径，合适的气泡粒径有利于提高填料和硫氧化菌与硫化氢的接触面积，增加硫化氢在生物鼓泡塔反应器的气液传质，从而增加脱硫效率；通过添加多孔填料，不仅为生物膜的生长提供较大比表面积得到更高的生物量，而且增加了H2S与硫氧化菌的接触面积，有利于吸附和吸收硫化氢，增加生物鼓泡塔去除硫化氢的负荷。沼气/天然气净化后的一部分气体回流可以稀释进口硫化氢的浓度，使H2S进口浓度大大降低，减轻了沼气/天然气中高浓度H2S对微生物的毒性；沼气/天然气净化后的一部分气体回流可以提高含硫化氢沼气/天然气在生物鼓泡塔反应器中的停留时间，增加了硫氧化菌和硫化氢的接触反应时间，脱硫效率大大提高；沼气/天然气净化后的一部分气体回流可以提高O2和H2S从气相传质到液相的推动力，增加脱硫效率，提高沼气/天然气生物脱硫产物为硫单质的产率；沼气/天然气净化后的部分气体回流增大了反应器中上升气流速度形成较强扰动，可以增加气、液、固之间的混合，提高生物鼓泡塔中填料和其表面硫氧化菌与H2S的接触反应，以及反应器中悬浮硫氧化菌和H2S的反应，有利于加强硫化氢的吸收、吸附和生物降解。附图说明图1为模拟生物鼓泡塔脱硫系统流程图，其中1为N2，2为H2S标准气体，3为空气泵，4为气体流量计，5为气体混合缓冲室，6为液体取样口，7为生物鼓泡塔，8为气体循环泵，9为气体出口(气体取样口)。图2为模拟生物滴滤池脱硫系统流程图，其中1为N2，2为H2S标准气体，3为空气泵，4为气体流量计，5为气体混合缓冲室，6为生物滴滤池，7为液体循环泵，8为循环液槽，9为液体取样口，10为气体出口(气体取样口)。图3为生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法，其特征在于：包括以下步骤：A、气体混合：将含硫化氢的沼气/天然气，与空气或氧气混合，得混合气体；B、脱硫净化：混合气体从生物鼓泡塔反应器底部通过气泡扩散器进入反应器中进行净化；C、气体循环：将净化后的沼气/天然气分为两份，一份通过气体循环泵循环回流，和步骤A所得混合气体一起从生物鼓泡塔反应器底部通过气泡扩散器进入反应器中，另一份直接从反应器顶部排出。

【技术特征摘要】
1.气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法，其特征在于：包括以下步骤：A、气体混合：将含硫化氢的沼气/天然气，与空气或氧气混合，得混合气体；B、脱硫净化：混合气体从生物鼓泡塔反应器底部通过气泡扩散器进入反应器中进行净化；C、气体循环：将净化后的沼气/天然气分为两份，一份通过气体循环泵循环回流，和步骤A所得混合气体一起从生物鼓泡塔反应器底部通过气泡扩散器进入反应器中，另一份直接从反应器顶部排出。2.根据权利要求1所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法，其特征在于：步骤A，混合气体中氧气和硫化氢的摩尔比为0.5～5：1。3.根据权利要求1所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法，其特征在于：步骤B，控制空床停留时间为10s～300s。4.根据权利要求1～3任一项所述的气体循环式生物鼓泡塔沼气/天然气生物脱硫方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：江霞，吴见平，靳紫恒，蒋文举，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51