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上海时时乐官方:温度、pH、气水比及DO对生物脱硫效果的影响

时间:2019-06-25 14:01作者:曼切
本文导读:这是一篇关于温度、pH、气水比及DO对生物脱硫效果的影响的文章,本研究主要考虑温度、pH、气水比及DO对沼气生物脱硫效果的影响。依据实验数据, 确定以下优化工艺条件:气水比设置为15∶1, pH控制在7.6~7.8, 温度为33℃~35℃, DO控制在0.97 mg/L。整体系统生物脱硫效果较为显着。

上海时时乐走试图 www.xzrsi.tw   摘    要: 沼气中存在大量杂质, 影响沼气使用品质, 特别是H2S, 能腐蚀压缩机、气体储存罐及发动机。H2S燃烧后产生SO2, 污染周边大气环境。采用生物脱硫工艺, 脱除沼气中H2S。通过研究脱硫工艺参数对生物脱硫效果的影响, 最终确定了沼气生物脱硫工艺参数为:气水比15∶1, pH 7. 6~7. 8, 温度为33℃~35℃, DO控制在0. 97 mg/L, 以期为进一步推广应用沼气工程提供一定参考。

  关键词: 沼气工程; 生物脱硫; 吸收液; 脱硫菌; 单质硫;

  Abstract: There are a lot of impurities in biogas, which affect the quality of biogas, especially H2 S, which can corroded compressor, gas storage tank and engine, and the SO2 produced by H2 S combustion will cause ambient air pollution. In this paper, H2 S in biogas was removed by biological desulfurization process, and the effect of technological parameters on biological desulfurization was studied, eventually the biological desulfurization process parameters are identified as: air water rate is 15∶1, pH is 7. 6 ~ 7. 8, the temperature is 33℃ ~ 35℃, the DO is controled in 0. 97 mg/L, in order to provide certain reference for further popularization and application of biogas engineering.

  Keyword: Biogas engineering; Biological desulfurization; Absorption liquid; The desulfurization bacterium; Elemental sulfur;

  近些年, 生物脱硫技术应用发展较快。该技术应用优势显着, 如处理效果显着, 运行成本低, 维护方便等, 已在我国沼气工程项目中获得大量应用。沼气生物脱硫工艺流程具体见图1, 主要包括吸收塔及生物反应器[1]。吸收塔中, 使用碱性液体将沼气中H2S吸收进吸收液中, 其为化学吸收反应, 具体见公式 (1) , 吸收过程消耗一定量的碱[2]。生物反应器中, 利用脱硫菌将吸收液中的HS-氧化为单质硫, 如公式 (2) 所示。这主要是生物氧化过程, 单质硫可在沉降糟内利用排泥方式排除[3]。HS-氧化过程释放等量的OH-, 能够确保系统内碱平衡。HS-经过进一步氧化过程, 反应生成SO42-, 见公式 (3) 。这需要定期补充一定量的碱, 会明显增加整体系统运行成本。

  生物脱硫过程中, 首先确保脱硫菌生存环境较为适宜, 具体表现为温度、pH、气水比及DO等条件, 促使脱硫菌发挥代谢作用。本研究主要利用黑龙江省能源院集成粪便综合利用系统 (IMUS) 产生的沼气作为原始沼气, 用于研究温度、pH、气水比及DO等条件对生物脱硫效果的影响。

  1、 试验

  1.1、 主要原料与器材

  1.1.1、 沼气来源

  本试验所用沼气来源于黑龙江省能源院集成粪便综合利用系统 (IMUS) , 为牛粪高温厌氧消化产生的沼气。沼气中, CH4含量为55%~65%, CO2含量为35%~45%, H2S含量为2 500 mg/m3~3 500 mg/m3。

温度、pH、气水比及DO对生物脱硫效果的影响

  1.1.2、 污泥来源

  接种污泥来自于哈尔滨市某市政污水处理厂二沉池的污泥, 利用硫化钠及其他营养物质进行驯化, 作于系统接种使用。

  1.2、 试验装置

  如图1所示, 试验装置包括H2S吸收塔、生物反应器、沉降槽及上清液槽。这些设备均为304不锈钢材质, 其中, H2S吸收塔半径为100 mm, 高度为2 000mm, 体积为60 L, 内置塑料阶梯填料。吸收塔进出口均设置沼气取样口, 吸收液流量由液体流量计实现精准控制。生物反应器半径为100 mm, 高度为1 500mm, 体积为47 L, 内置填料。反应器外侧安装加热套, 利用温控设备控制反应器温度。沉降槽及上清液槽体积为100 L。

  图1 沼气生物脱硫工艺流程
图1 沼气生物脱硫工艺流程

  Fig.1 The biological desulfurization process flow of biogas

  将已驯化好的污泥注入生物反应器中, 使用Na2S进行挂膜。系统运行7 d后通入沼气, 利用气体流量计对沼气流量实施有效控制, 保持整体系统处于连续运行状态。利用蠕动泵将Na2CO3泵入生物反应器, 以有效中和单质硫氧化成硫酸根产生的酸。同时, 每日定时将微生物生长所需的各种营养物质一次性投入生物反应器中。沉降槽也需定期排泥, 去除单质硫, 再补充一定量的自来水, 确保整体系统盐度平衡。

  1.3、 分析测试方法

  采用的测试方法及设备如下:H2S检测采用美国霍尼韦尔Impulse XP-H2S检测仪。硫化物:碘量法。DO:美国奥立龙Orion STARA2135 DO溶解氧测量仪。pH:pH计 (梅特勒FE20-S) 。SO42-:日本岛津Prominence HIC-SP离子色谱。

  2、 结果与分析

  2.1、 吸收液pH对H2S去除效果的影响

  H2S水溶液中溶解度小, 能够与吸收液中OH-发生中和反应, 因此有必要评估吸收液pH对H2S去除效果的具体影响。本试验沼气中, H2S浓度为2 500mg/m3~3 500 mg/m3, 气水比为10∶1, 具体去除效果如图2所示。

  由图2可知, 吸收液pH值低于7时, 接收液主要以H2S溶解为主, 而H2S在水溶液中溶解度小, 这样导致H2S去除效率偏低。当吸收液pH值大于7时, H2S与吸收液OH-反应, pH值为7.6~7.8时, H2S去除效率最佳。吸收液pH值高于8时, 脱硫菌体内酶活性显着下降, 导致H2S去除效率降低。

  图2 吸收液pH与H2S去除率之间的关系
图2 吸收液pH与H2S去除率之间的关系

  Fig.2 The relationship between pH of absorption solution and H2S removal rate

  2.2、 气水比对H2S去除效果的影响

  气水比大小与H2S去除效果具有明显关联性, 而气水比也会影响整体系统运行成本及能耗。本试验沼气中, H2S浓度为1 500 mg/m3~2 000 mg/m3, p H值为7.6~7.8, 温度控制在33℃~35℃, 气水比分别为5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1。研究气水比对H2S去除效果的影响。

  如图3所示, 气水比为5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1, 实际H2S去除率分别为99.8%、90.2%、87.3%、78.2%、65.3%。气水比低时, H2S去除率高, 随着气水比增加, H2S去除率随之下降。如果选择低的气水比, 水循环量相应增加, 能耗大幅度增大, 进而增加系统运行成本。故而, 基于保持高效的H2S去除效果及低运行成本的目的, 气水比确定为15∶1。

  图3 气水比与H2S去除率之间关系
图3 气水比与H2S去除率之间关系

  Fig.3 The relationship between gas-water ratio and H2S removal rate

  2.3、 温度对H2S去除效果的影响

  微生物生长代谢活动较为复杂, 生物处于适宜温度环境下, 才可确保良好的生长代谢状态。假使温度过高, 其代谢活动速度随之减慢。脱硫菌适宜生存温度为33℃~35℃。本试验气水比设置为15∶1, pH控制在7.6~7.8, 研究温度与H2S去除效率之间的关系。

  图4 温度与H2S去除效率之间的关系
图4 温度与H2S去除效率之间的关系

  Fig.4 The relationship between temperature and H2S removal efficiency

  由图4可知, 温度在15℃~35℃, 随着温度进一步升高, 脱硫菌生长代谢能力明显增加, H2S去除效率相应增大。温度高于35℃时, S生成效率降低, 而SO42-生成效率增加, 致使整体脱硫效果下降, 且系统维持高温状态会显着增加运行成本, 所以温度控制在33℃~35℃, H2S去除效率高, 脱硫效果显着。

  2.4、 DO对H2S去除效果的影响

  曝气可增加溶解氧气含量, 为脱硫微生物生长繁殖及转化H2S提供能量和电子受体, 所以, DO对H2S去除效果影响较为明显。本试验气水比设置为15∶1, pH控制在7.6~7.8, 温度为33℃~35℃。研究DO对H2S去除效果的影响。

  表1 DO对H2S去除效果的影响
表1 DO对H2S去除效果的影响

  由表1可知, DO由0.54 mg/L增加至2.61 mg/L, H2S去除率和SO42-生产率均表现出先增加后下降的趋势。其中, DO含量为0.54 mg/L~2.58 mg/L, H2S去除率差别不大, 而SO42-生产率由1.1%增加到34.9%。这说明, 提升DO含量不仅能增加H2S去除率, 还可增大SO42-生产率。这主要由于DO含量能够增加脱硫微生物活性, 氧化能力增强。DO含量过多, 将一些单质硫氧化为SO42-, 故而, 将DO控制在0.97mg/L, 能确保SO42-生产率保持较低水平, 减少碱补充量, 有效降低生物脱硫运行成本。

  3、 结语

  本研究主要考虑温度、pH、气水比及DO对沼气生物脱硫效果的影响。依据实验数据, 确定以下优化工艺条件:气水比设置为15∶1, pH控制在7.6~7.8, 温度为33℃~35℃, DO控制在0.97 mg/L。整体系统生物脱硫效果较为显着。

  参考文献

  [1]刘卫国.沼气生物脱硫的关键技术及应用研究[D].武汉:武汉理工大学, 2015.
  [2]郑丹.造纸企业污水处理沼气脱硫[J].煤气与热力, 2014, 34 (03) :9-12.
  [3]李承禹, 刘万涛.资源回收法烟气脱硫技术现状[J].电力科技与环保, 2017, (01) :28-30.

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