生物脫硫(liu)技術對(dui)大(da)型沼氣工程有(you)多重要

隨著我國對可再生能源的開發和利用的不斷深入發展, 利用畜禽糞便厭氧發酵產沼氣是一種非常有前景的能源利用途徑，但所產生的沼氣中都含有H2S氣體，由于它是一種腐蝕性很強的化合物，所以沼氣脫硫是沼氣利用的關鍵環節。本文以某工程調試與運行實例分析了大型沼氣工程中的生物脫硫技術，以為同類型工程提供參考。
目前沼氣脫硫的方法有兩大類，即物理化學法和生物法。物理化學法包括干法脫硫和濕法脫硫，已被廣泛地應用且積累了豐富的經驗，但該方法存在運行費用高、投資大、產生二次污染等缺點；而生物法以不需催化劑和氧化劑、不需處理化學污泥、少污染、低能耗、可回收單質硫等優點，引起了人們的廣泛關注。為此，筆者以某公司熱電聯產沼氣工程為例，介紹了該沼氣工程調試與運行時生物脫硫技術的具體運用。

生(sheng)物(wu)脫(tuo)硫(liu)的(de)裝置主要由(you)生(sheng)物(wu)脫(tuo)硫(liu)塔(ta)(ta)(ta)和曝(pu)氣(qi)(qi)水(shui)箱構(gou)成(cheng)，從(cong)厭氧罐(guan)內導出(chu)的(de)沼氣(qi)(qi)由(you)脫(tuo)硫(liu)塔(ta)(ta)(ta)底部進入(ru)，脫(tuo)硫(liu)循環水(shui)由(you)泵(beng)打入(ru)脫(tuo)硫(liu)塔(ta)(ta)(ta)頂，兩者在塔(ta)(ta)(ta)內逆(ni)向接觸(chu)反應，且(qie)塔(ta)(ta)(ta)內充有填料以(yi)供脫(tuo)硫(liu)菌附著生(sheng)長，同時也利(li)于氣(qi)(qi)水(shui)均勻(yun)分布以(yi)充分接觸(chu)。生(sheng)物(wu)脫(tuo)硫(liu)塔(ta)(ta)(ta)及曝(pu)氣(qi)(qi)水(shui)箱都采用(yong)耐(nai)酸玻璃(li)鋼制作，循環泵(beng)也使(shi)用(yong)耐(nai)酸性泵(beng)。脫(tuo)硫(liu)塔(ta)(ta)(ta)的(de)負荷為8m3 (沼氣(qi)(qi)) /（m3·h）左右。

本工程采用生物脫硫的方法對沼氣進行脫硫處理，主要利用無色硫細菌在適宜的溫度、濕度和微氧條件下的代謝作用將H2S氧化成單質硫或亞硫酸。生物脫硫分為3個階段 :
1.H2S 氣體的溶解過程，即由氣相轉化為液相；
2.溶解后的H2S被微生物吸收，轉移至微生物的體內；
3.進入微生物細胞內的H2S作為營養物被微生物分解、轉化和利用，從而達到去除H2S的目的。
雖然生物脫硫具有能耗少、去除率高等特點，但須給硫細菌營造一個適宜的環境，才能確保其具有較高的生物活性，以達到好的脫硫效果。而在該工程調試與運行中影響生物脫硫效率的主要因素有pH值、DO、溫度、H2S負荷，因此須對這些因素進行控制。
1、pH值的控制
硫細菌種類繁多，且各自具有不同的生理學、形態學和生態學特性，對環境條件的要求也各異。有研究表明，硫細菌可生存的范圍很廣，在pH值為1.0～9.0、溫度為 4～95℃的條件下都可生長和運動，但各自都有適宜的pH值范圍，如硫化葉菌屬的硫細菌在pH值為2～3下生存才有較好的生物活性，若環境的pH值不在其適宜的范圍，其活性將會 受到很大的影響，一般大多數硫細菌適宜的pH值范圍為6～8。
本工程試運行初期，將脫硫循環水的pH值維持在2～3之間，達到了較好的脫硫效果，可能是硫化葉菌屬的硫細菌起的作用，但隨著產氣量的增加，循環水中有限的DO濃度難以將pH值維持在較低水平，所以在試運行后期將循環水的pH值維持在5～7之間，在此期間主要通過控制較小的曝氣量(即較低的DO)和更換新鮮循環水來防止pH值的波動。因為當pH值發生較大波動時，硫細菌的活性急劇下降甚至失去活性，如本工程中當pH值由2～3調整到5～7時，生物脫硫塔幾乎完全失去了脫硫效果。所以在生物脫硫中，維持穩定的pH值是至關重要的，它將直接影響脫硫效果的好壞。
2、DO濃度的控制
氣相中H2S和O2難以發生反應，生物脫硫反應過程主要發生在液相中，所以脫硫塔內循環噴淋水中的DO（溶解氧）濃度是影響生物脫硫的一個重要因素。C.J.N.Busiman等在生物脫硫反應器中研究了單質硫產生的條件，在硫化物濃度為90mg/L、停留時間為45 min、DO濃度低于1mg/L時，產生極少的硫酸（<10%）；在DO濃度超過5mg/L 時，生成的硫酸鹽穩定在52%；而在DO濃度為1mg/L時，單質硫產率高。所以控制噴淋水中的DO濃度是氣相中H2S能否變為單質硫的關鍵因素之一。經過該工程試運行發現，在不同的H2S負荷下，循環液中都存在一個適度的DO濃度。
當DO濃度過低時主要發生..個反應，因S2-轉化為S0的過程是一個產堿的過程，會引起循環水pH值的上升; 當DO濃度過大時發生第二個反應，產生的酸過多，循環液的 pH 值會加速下降。pH值的上升與下降都會對脫硫效果有影響，所以合適的DO濃度是控制反應進行到哪一步的關鍵，也是使產物主要為單質硫，并使循環液的pH值穩 定維持在5～7，即脫硫效果的關鍵。由于理論上氧化1分子H2S生成單質硫需要1/2分子的O2 ，所以在工程調試與運行中, 需要根據不同的H2S負荷對循環液中的DO 濃度進行調整，以防止DO過少pH值上升、DO過量生成大量酸，造成pH值劇烈變化而影響脫硫效果。而DO控制主要是通過調整曝氣風量加以控制。
3、H2S負荷的控制
H2S負荷對脫硫產物也有較大影響。當脫硫塔在低負荷的條件下運行時，H2S容易被過氧化，生成大量的酸使循環水pH值急劇下降；當反應器在高負荷的條件下運行時，脫硫產物主要為單質硫，循環液pH值穩定甚至還會上升。生物脫硫塔在啟動時需向循環水中加入約1%的厭氧罐發酵液，以提供生物脫硫所需的菌種；啟動初期菌種有將近30d適應過程，期間脫硫效果會出現較大的波動；但調試運行穩定后，經過脫硫后的沼氣中 H2S濃度可維持在200×10-6以下，去除率將達到90%以上。
實際工程運行發現，在硫細菌所能承受范圍內，H2S容積負荷越高，微生物脫硫反應越能保持良好的運行效果，且不易發生循環水急劇酸化的現象。有研究發現，無色硫細菌在營養物質受限制而有足夠硫化物時，可在幾乎無明顯生長的情況下，有效地將硫化物氧化。所以在工程運營中，當H2S負荷發生變化時，主要通過控制pH值、DO濃度等運行條件就能確保運行效果的穩定。
來源：沼氣工程及其測控技術

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