我国每年产生大量生物质废弃物,若不得到妥善处置极易造成严重的环境污染与资源浪费。生物质废弃物的处理方法有很多,其中以生物质废弃物为底物进行厌氧发酵制备沼气,在我国既能高效利用大量产生的生物质废弃物,也能缓解我国面临的能源危机。沼气的产生往往伴随着硫化氢的生成。硫化氢是一种有剧毒的气体,且呈酸性,对金属部件具有腐蚀性,在沼气的后期利用中若不加以除去,会对操作人员的生命构成极大威胁,且会腐蚀管路、阀门等设备,造成经济损失。硫化氢燃烧后还产生二氧化硫,这是形成酸雨的主要成分。因此脱除沼气中的硫化氢气体,是实现沼气高附加值利用的必由之路。沼气脱硫的途径有原位脱硫、干法脱硫、湿法脱硫、生物脱硫和膜分离法脱硫等多种途径。其中,湿法脱硫中的碱化学法脱硫,因其技术成熟、成本低廉、效果较好、运行稳定,已被广泛运用。但碱性化学脱硫剂与硫化氢的反应产物往往再生比较困难,影响了碱化学法的进一步发展。生物脱硫是一种新兴的脱硫方法,但目前存在着工艺不成熟、运行不稳定等问题。针对这些问题,本文提出了“碱化学吸收+生物脱硫”和“碱化学吸收+深度氧化”两个完整的脱硫方法,开展了过程模拟、试验装置设计和实验室研究,并设计出了工业化装置,主要研究内容和取得的结果如下。1.开展了沼气碱化学吸收脱硫过程及“碱化学吸收+生物脱硫”全过程模拟。利用Aspen Plus软件,逐次改变进料中水和氢氧化钾的摩尔分率,分别在 202.65kPa-20℃、202.65kPa-25℃、303.975kPa-20℃和303.975kPa-25℃四个条件下,计算出塔气相中硫化氢的去除率。模拟结果显示,相比于吸收温度,吸收压强对吸收效果的影响更为显著,在303.975kPa-20℃和303.975kPa-25℃均可达到较好的吸收效果。Aspen Plus还从理论上验证了碱化学吸收和含硫吸收富液生物再生全过程的可行性。2.完成了沼气碱化学吸收脱硫试验装置设计。根据进液量、进气量、入塔气体硫化氢含量、填料类型等参数,设计了一座用于沼气碱化学吸收脱硫的小试装置。最终成型塔器内径46mm,外径50mm。塔器有效高度为2.6m,吸收段填料层高度最高可达2.5m。装置处理能力为1.2m3/h,可以用于沼气碱化学吸收试验。3.开展了含硫吸收富液生物氧化脱硫试验研究。用硫氢化钠配制含硫吸收富液,在自行设计的好氧反应器中,在20℃、25℃和30℃下,5mg/L、7.5mg/L和10mg/L三个溶解氧浓度进行氧化试验,并分别通过液相色谱-紫外检测器联用法和高通量测序法对反应器中的硫单质和微生物群落进行测定。根据试验结果可知,随着在同一温度下,溶解氧越高,硫化物去除率越高;同理,在同一溶解氧条件下,温度越高,硫化物去除率越高。氧化试验中产生单质硫,在可鉴别的微生物种群中,具有硫氧化代谢能力的假单胞菌属丙型变形菌目Thiopseudomonas含量较高。4.设计了 800m3/h处理能力的沼气“碱化学吸收+生物脱硫”工业化装置。立足于工业应用水平,进行了工艺选择、物料衡算、主要构筑物和关键设备的设计和选型。工程建设完成后,每小时可处理800m3沼气,出塔生物天然气的甲烷含量为95%,并设计一座与之配套的生物脱硫装置,可用于进一步的工程应用及研究。5.进行了沼气“碱化学吸收+深度氧化”工艺技术的模拟。利用Aspen Plus软件,逐次改变循环液回流比,分别在0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6和0.7的回流比之下,计算最终出液中碳酸盐和硫酸盐的产率。经过Aspen Plus的模拟,可以得出:随着吸收比的增大,最终产物中,碳酸盐的物质的量流量减少28.5%,硫酸盐的物质的量流量增加291%,含量显著增加。在回流比为0.7时,硫酸盐的产率达到最高。