两段式化能型沼气脱硫工艺研究

论文摘要

H2S是影响沼气安全利用的重要因素之一。生物脱硫具有条件易控制、能耗低、成本低等传统的干法和湿法脱硫所不具备的优势。目前国内沼气生物脱硫工艺多处于实验室模拟研究阶段,缺少现场的中试研究。为推广沼气的广泛应用,开发高效、低成本的沼气生物脱硫工艺势在必行。生物氧化和H2S吸收是控制脱硫效率的关键,本文重点对此展开系统性的研究。首先,本文建立了一套简捷的化能自养型脱硫菌驯化的方法,构建了生物接触氧化脱硫反应器,系统地研究了DO、硫化物容积负荷、pH、温度、水力停留时间（HRT）对生物脱硫效率和产物的影响,同时首次将盐度确定为影响生物脱硫的重要因素之一进行研究。1、DO是控制单质硫产量的关键因素,在给定的进水S2-浓度下,存在一个最佳DO使硫化物去除率和单质硫生成率最大化。硫化物容积负荷也影响SO42-的产生生物脱硫容积负荷宜控制在100 mg/h·L以下。控制进水S2-浓度为85～90 mg/L,当DO从0.3 mg/L逐渐升高至1.3 mg/L时,单质硫生成率从26%上升至90%,SO42-较少产生；随着DO（DO>1.3 mg/L）的继续升高,单质硫生成率降至67%（DO为2.5 mg/L）且趋于稳定。2、明确了容积负荷和最佳DO的相互关系。当硫化物容积负荷在70～300 mg/h·L之间时,硫化物容积负荷和最佳DO存在一定的函数关系,即DO=10-6Fv3-0.0006 Fv 2+0.1328 Fv-6.175.3、盐度对生物脱硫影响的研究表明,生物脱硫的盐度宜控制在1.5%以内,盐度升高导致脱硫率下降。高盐度（盐度大于1.5%）的环境对无色硫细菌（CSB）的生长代谢产生了抑制作用。其次,针对沼气吸收填料塔,本文构建和运行日处理100 m3沼气脱硫装置,研究了吸收液pH、吸收液温度、气液体积比对H2S吸收效果的影响,通过对其优化,即吸收液pH为8.0以上、气液体积比10：1,温度为20～25℃,H2S吸收率可达95%。最后,基于以上结论,通过在洗气塔中增设反冲洗装置和半软性填料、增设富液槽和贫液槽等措施,调整、优化工艺流程,克服了吸收塔吸收效率不稳定、反应器运行不稳定及反应器放大后H2S吸收率降低等问题,设计建立了一套日处理1000～1500 m3的先吸收后生物脱硫的两段式沼气生物脱硫设备。通过调试运行该生物脱硫装置,对含H2S 3000～4000 mg/m3的沼气,脱硫后H2S浓度平均为108 mg/m3,H2S吸收率达95%以上,单质硫转化率为85%,SO42-生成率低于2%。该工程处理1m3沼气只需0.03～0.06元。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 第一章 文献综述
• 1.1 干法脱硫
• 1.1.1 活性炭吸附脱硫
• 1.1.2 氧化铁法脱硫
• 1.2 湿法脱硫
• 1.2.1 碱液吸收法
• 1.2.2 醇胺吸收法
• 1.2.3 湿式氧化法
• 1.3 生物脱硫
• 1.3.1 光能自养型脱硫微生物
• 1.3.2 化能自养型脱硫微生物
• 1.4 问题的提出及研究意义
• 1.5 主要研究内容
• 第二章 沼气生物脱硫的实验室模拟研究
• 2.1 实验材料、装置及方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验装置
• 2.1.3 实验方法
• 2.1.4 分析项目及分析方法
• 2.2 污泥驯化与挂膜
• 2.2.1 驯化
• 2.2.2 挂膜
• 2.3 实验步骤
• 2.3.1 DO和容积负荷对生物脱硫的影响研究
• 2.3.2 pH对生物脱硫的影响研究
• 2.3.3 温度和水力停留时间对生物脱硫的影响研究
• 2.3.4 盐度对生物脱硫的影响研究
• 2.4 结果和讨论
• 2.4.1 DO和容积负荷对生物脱硫的影响
• 2.4.2 pH对生物脱硫的影响
• 2.4.3 温度和水力停留时间对生物脱硫的影响
• 2.4.4 盐度对脱硫效果的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 沼气生物脱硫的小试研究
• 3.1 两段式沼气脱硫工艺流程及原理
• 3.2 实验材料、装置及脱硫设备的启动
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3 实验启动
• 2S去除的影响'>3.3 吸收液对H₂S去除的影响
• 2S去除的影响'>3.3.1 吸收液的pH对H₂S去除的影响
• 2S吸收的影响'>3.3.2 气液体积比对H₂S吸收的影响
• 2S去除的影响'>3.3.3 吸收液温度对H₂S去除的影响
• 3.4 小试试运行
• 第四章 沼气生物脱硫的中试设计与运行
• 4.1 沼气的组成及处理量
• 4.2 沼气生物脱硫工艺流程
• 4.3 各处理单元的设计
• 4.3.1 洗气塔
• 4.3.2 富液槽、贫液槽
• 4.3.3 清水槽、溶配槽
• 4.3.4 再生槽
• 4.3.5 沉降槽
• 4.4 中试试验的启动
• 4.5 生物脱硫中试的运行
• 4.6 该生物脱硫工艺成本计算
• 4.7 本章小结
• 结论和建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简况及联系方式