CN110240961B - 一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理工艺及处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理工艺及处理装置，所述装置包括生物净化塔、深度吸附塔、生物再生塔和硫磺收集塔。所述工艺为：通过含有硫氧化微生物的吸收液吸收沼气中的H2S，然后在厌氧环境下对液相进行搅拌，强化硫氧化微生物对HS‑的吸收；在富氧条件下利用硫氧化微生物将HS‑氧化生成单质硫，并进行回收。本发明通过在生物脱硫工艺中增加厌氧强化处理的步骤，强化了硫氧化微生物对HS‑的吸收以及对HS‑氧化途径的选择，有效地弱化了沼气生物脱硫过程中存在的化学氧化过程，大大降低了处理过程中S2O3 2‑和SO4 2‑形成，提高了单质硫的生成率，并降低了对用于调节pH的液碱的需求，具有良好的经济效益和应用前景。

Description

一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理工艺及处理装置
技术领域
本发明属于环境工程领域，具体涉及一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理工艺及处理装置。
背景技术
对天然气、沼气等进行脱硫处理，不但可以得到洁净的燃气，还能回收到硫磺，因此，对这类气体脱硫是一种一举两得，变废为宝的重要技术手段。早在上世纪中叶，法国就依靠对拉克气田的天然气脱硫，一跃而成为世界第三大硫磺产地。而我国1/3的硫磺是从四川天然气脱硫中得来。
经过几十年的发展，国内外已经形成了多种成熟的H2S脱除技术。使用最广泛的是传统的物理、化学方法，而生物脱硫技术的出现，有力地推动了脱硫技术的发展。目前常见的脱硫工艺有络合铁脱硫技术、Fe2O3干式脱硫技术、克劳斯法、微生物脱硫法等等。
微生物脱硫是在常温常压下利用具有硫氧化性能的微生物将水中的硫化物去除的技术。利用此法可以将天然气、沼气中的H2S除去。气体中H2S的被移除需要经历以下过程：①H2S被吸收至液体中形成硫化物HS-；②硫化物被微生物作为营养物质利用，并形成生物硫颗粒；③硫颗粒被分离得到单质硫S8。生物脱硫所用的微生物一般来自于无色硫细菌、光合硫细菌、脱氮硫杆菌三大类。与传统物理、化学方法相比，微生物脱硫技术具有能耗低、条件温和、无二次污染、操作费用低、设备简单等优点。中国科学院过程工程研究所通过自行筛选、定向改造脱硫菌，形成了以极端微生物为基础的沼气生物脱硫工艺，该工艺采用的是脱硫细菌嗜盐嗜碱硫碱弧菌，处理pH进一步提高到9.5-11.0。具有工艺流程简单、能耗低、净化水平高、应用范围广等优势；与普通中性-弱碱性生物脱硫系统相比，该工艺在高pH条件下运行，具有很好的脱硫能力，大幅提高了生物脱硫系统的容积负荷，有效降低了处理成本。
在限氧条件下，硫氧化细菌将HS-氧化成S8，然后通过重力沉降或离心等方法从硫浆液中分离得到固体硫磺颗粒物。在这一过程中会有部分的HS-被氧化成SO4 2-和S2O3 2-。因此从HS-到S8的转化率仅在80～90mol％之间。HS-氧化的不专一性不但影响单质硫的生成，而且这一过程往往伴随质子的形成，使体系pH下降，从而需要消耗碱液来维持系统稳定。此外，SO4 2-和S2O3 2-的积累使体系总矿化度不断增加，细胞为了应对不断升高的环境渗透压，需要消耗大量能量生产大量的相容性溶质，从而导致细胞的活性和脱硫性能下降。在生物脱硫体系中，主要存在以下几种反应：
①HS-+1/2O2→1/8S8+OH-硫化物的生物氧化
②1/8S8+1 1/2O2+H2O→SO4 2-+2H+单质硫的生物氧化
③3HS-+O2→1/2S2O3 2-+1/2H2O硫化物的化学氧化
④1/2S2O3 2-+O2+1/2H2O→SO4 2-+H+硫代硫酸根的生物氧化
⑤
Figure BDA0002095145790000021
化学反应生成聚硫化物
研究表明，S8的生成效率会因HS-的化学氧化而受到抑制。当体系中存在溶解氧以及HS-时，部分HS-被化学氧化作用形成S2O3 2-(反应①)，此外，部分的聚硫化物也会转化为S2O3 2-。所以，在这个过程中只要有溶氧条件，体系就会不可避免的生成S2O3 2-。因此，为了增加S8的生成速率，应该设法减少副产物S2O3 2-和SO4 2-的生成。近来，
研究表明，在缺氧条件下，硫氧化菌(SOB)能够吸收HS-。因此，如果在脱硫系统的生物净化塔和生物再生塔之间增加一个厌氧反应器，将会使生物再生塔进水HS-浓度降低，进而使再生塔中化学氧化速率降低，S2O3 2-的积累减少。
通过全基因组分析发现，在硫碱弧菌属中，从HS-到S8是由FCC酶或SQR酶催化，S8进一步通过DSR或HDR被氧化成SO4 2-。微生物通过DSR酶系催化SO4 2-产生的关键是氧化电子载体细胞色素c，而细胞色素c的氧化是通过细胞色素c氧化酶(CcO)氧原子还原导致的，这一过程会被HS-可逆抑制。因此，在高浓度的HS-溶液中，由于CcO的抑制，而使HS-到SO4 2-的氧化途径受到抑制。同样，FCC的活性也会被抑制。因此，在CcO抑制状态下，由FCC氧化HS-生成S8的路径被抑制，而另一条以来SQR的HS-氧化路径被激活。因此，为高浓度HS-增加一个厌氧阶段将有助于(I)强化对SO4 2-形成代谢抑制；(II)通过刺激SOB对HS-的吸收降低HS-到S2O3 2-的化学氧化速率；(III)迫使HS-路径发生改变。
因此，如果在原有工艺的基础上，增加一个厌氧强化处理的步骤，通过强化微生物对HS-的吸收以及对HS-氧化途径的选择，能够提高单质硫的生成率，进而提高生物脱硫过程的经济性。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有高产单质硫的嗜盐嗜碱生物脱硫工艺及处理装置。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理装置，所述装置包括依次连接的生物净化塔、深度吸附塔、生物再生塔和硫磺收集塔，所述硫磺收集塔和生物净化塔连接，上述四个塔单元形成封闭的液体循环系统；
其中，所述深度吸附塔内设有曝气装置，或气体入口和搅拌装置；
所述生物再生塔内设有曝气装置。
本发明提供的生物净化塔主要用于将沼气中的H2S转化为HS-进入液相，在生物净化塔中，一般将含H2S沼气与碱性吸收液逆流接触，吸收后的富HS-液体通自流的方式进入深度吸附塔。除了进液管道之外，生物净化塔上还可以设置与深度吸附塔连接的净化气管道，使得净化后的沼气可以分出一支作为深度吸附塔的供气。
本发明提供的深度吸附塔在厌氧环境下能够强化硫氧化微生物对HS-的进一步吸收。塔内设置曝气装置，利用无氧气体对富HS-液进行曝气搅拌，强化体系传质，同时，作为缓冲装置起到稳定系统的作用。液相得到充分处理后从深度吸附塔排出进入生物再生塔。
除了曝气装置外，深度吸附塔还可以设置气体入口和搅拌装置，直接通入无氧气体并在搅拌的作用下强化硫氧化微生物对HS-的吸收，效果和曝气处理的效果相同，可根据实际情况进行具体选择。
上述无氧气体指的是不包含氧气或只包含微量氧气的气体(氧气含量＜0.01％)，对于本发明而言，只要能实现在深度吸附塔中制造厌氧环境的气体均适用于本发明。示例性的，所述无氧气体可以为净化后的沼气、氮气以及惰性气体等，优选为采用净化后的沼气或氮气。当采用生物净化塔中净化后的沼气作为无氧气体时，吸收液还能对沼气中残余H2S进行二次吸收，提高沼气净化效果。
本发明提供的生物再生塔中硫氧化微生物将HS-转化为单质硫。其中，富含HS-的液相在再生塔中进行富氧气体曝气处理，通过监测系统氧化还原电位ORP调节曝气量使系统处于最佳的氧化产硫状态，产生的硫磺经过曝气作用集中于上层液体，形成浓硫层，将上部富集硫磺的液体排至硫磺收集塔。产硫过程中实时检测系统pH及温度，保证微生物处于最佳的生长条件下。
对于本发明而言，生物再生塔中的富氧气体可以为空气、氧气等，优选为空气。
硫磺收集塔的主要作用在于分离和收集硫单质，再生塔上层富集硫磺的液体进入硫磺收集塔中，在重力作用下硫磺沉降到下部，使液体分为下层硫浆液和上层清液，下层富硫浆液将用于硫磺收集。上层清液导入生物净化塔，对沼气进行吸收净化。
根据本发明，所述硫磺收集塔和生物净化塔之间的管路上设有动力输送装置，用于将上层清液导入生物净化塔；所述动力输送装置优选为水泵。
根据本发明，所述生物净化塔上设有进气管路和出气管路，其中，进气管路主要用于向塔内通入沼气，出气管路主要用于排出经过净化后的沼气。
根据本发明，所述生物净化塔上设有与所述深度吸附塔连接的净化气管道，用于将生物净化塔中净化后的沼气作为无氧气体导入深度吸附塔中。所述净化气管道上设有阀门，用于调节沼气的流量。
其中，所述净化气管道优选为生物净化塔出气管路上设置的分支。
根据本发明，所述深度吸附塔上设置出气口，所述出气口优选与生物净化塔的出气管路连接，二者连接的管路上优选设置单向阀门，以避免生物净化塔排出的气体从深度吸附塔的出气口进入。
根据本发明，所述生物再生塔上设有出气口，其为单独进出气口，不与其他塔体相连。
根据本发明，所述深度吸附塔和生物再生塔中的曝气装置为曝气管或曝气盘，但非仅限于此，本领域的常规曝气装置均适用于本发明，可根据实际情况进行选择。
根据本发明，所述深度吸附塔内的搅拌装置选用本领域常规的机械搅拌装置即可。
当选择净化后的沼气作为无氧气体导入深度吸附塔时，曝气动力来自于沼气压力。当选择通入其他气体，如氮气时，可采用气泵提供动力，并在深度吸附塔中形成单独的气体循环。
上述生物净化塔、深度吸附塔、生物再生塔和硫磺收集塔之间依次设有液体管道。其中，所述生物净化塔的液体出口与深度吸附塔的液体进口相连，所述深度吸附塔的液体出口与生物再生塔的液体进口相连，所述生物再生塔的液体出口与硫磺收集塔的液体进口相连，所述硫磺收集塔的液体出口与生物净化塔的液体进口相连。所述生物净化塔和深度吸附塔之间设有净化气管道，通过单向气阀进行控制。
根据本发明，所述生物净化塔到深度吸附塔之间、深度吸附塔到生物再生塔之间、生物再生塔到硫磺收集塔之间均通过自流方式输送液体；所述硫磺收集塔到生物净化塔之间的管路通过动力输送装置输送液体。
第二方面，本发明提供了一种嗜盐嗜碱生物脱硫工艺，所述工艺为：通过含有硫氧化微生物的吸收液吸收沼气中的H2S，使H2S转化为HS-进入液相；在厌氧环境下对液相进行搅拌，强化硫氧化微生物对HS-的吸收；然后在富氧条件下利用硫氧化微生物将HS-氧化生成单质硫，并进行回收。
本工艺在硫氧化微生物将HS-氧化生成单质硫之前设置了厌氧环境搅拌的步骤，强化微生物与HS-接触，使绝大部分HS-被细胞吸附，降低游离态HS-的浓度，同时弱化了HS-的化学氧化，减少了S2O3 2-的积累和SO4 2-的生成，减少处理工艺运行中对碱的需求，提高单质硫的生成率。
作为优选的技术方案，本工艺采用第一方面所述的装置进行，所述工艺包括以下步骤：
(1)在生物净化塔中利用含有硫氧化微生物的吸收液吸收沼气中的H2S，使H2S转化为HS-进入液相，同时沼气得到净化；
(2)步骤(1)中的液相进入深度吸附塔后，使深度吸附塔保持厌氧环境，对含有HS-的液相进行搅拌，促进硫氧化微生物对HS-的吸收；
(3)液相进入生物再生塔后，进行富氧气体曝气处理，控制氧化还原电位，使硫氧化微生物处于氧化产硫状态，得到富集硫磺的液相；
(4)富集硫磺的液相进入硫磺收集塔，经过分离后得到富硫浆液和清液，对富硫浆液进行回收。
根据本发明，步骤(1)所述硫氧化微生物为硫氧化菌，优选为多能硫碱弧菌。
根据本发明，步骤(1)所述吸收液为Na2CO3溶液和/或NaHCO3溶液。
根据本发明，步骤(1)所述吸收液的pH为8.5-10.5，例如可以是8.5、8.8、9、9.3、9.5、9.8、10、10.3或10.5等。
根据本发明，步骤(1)中吸收液和沼气逆流接触，有助于增加接触面积，提高吸收效果。
根据本发明，步骤(2)的具体操作为：利用无氧气体对含有HS-的液相进行曝气搅拌处理，促进硫氧化微生物对HS-的吸收；
或，向深度吸附塔中通入无氧气体，然后对含有HS-的液相进行机械搅拌，促进硫氧化微生物对HS-的吸收。
根据本发明，所述无氧气体优选为步骤(1)净化后的沼气和/或氮气，除此之外，其他的无氧气体例如惰性气体等同样适用于本发明。
根据本发明，步骤(3)所述氧化产硫过程中氧化还原电位为-400～-300mV，例如可以是-400mV、-380mV、-350mV、-330mV或-300mV等。
根据本发明，步骤(3)所述富氧气体为氧气或空气，优选为空气。
根据本发明，步骤(3)所述氧化产硫过程在常温下进行，温度在20～40℃之间为宜。
根据本发明，步骤(3)所述氧化产硫过程的pH为7～12，例如可以是7、8、9、10、11或12等。
步骤(3)所述氧化产硫过程必须在合适的条件下进行，本发明通过实时检测系统pH及温度，保证微生物处于最佳的生长条件下，若pH发生波动，可加入pH调节剂(碱液)实时进行调节。
根据本发明，步骤(4)中利用沉降的方式进行分离，沉降完成后，得到下层富硫浆液和上层清液，所得清液可导入生物净化塔对沼气进行吸收。
作为优选的技术方案，本发明所述嗜盐嗜碱生物脱硫工艺包括以下步骤：
(1)在生物净化塔中利用含有多能硫碱弧菌的吸收液逆流接触沼气，使H2S沼气转化为HS-进入液相，同时沼气得到净化；所述吸收液为Na2CO3溶液和/或NaHCO3溶液，pH为8.5-10.5；
(2)步骤(1)中的液相进入深度吸附塔后，利用氮气和/或步骤(1)得到的净化后的沼气对含有HS-的液相进行曝气搅拌处理，促进硫氧化微生物对HS-的吸收；或，向深度吸附塔中通入氮气和/或步骤(1)得到的净化后的沼气，然后对含有HS-的液相进行机械搅拌，促进硫氧化微生物对HS-的吸收；
(3)液相进入生物再生塔后，进行富氧气体曝气处理，控制氧化还原电位为-400～-300mV，pH为7～12，使硫氧化微生物处于氧化产硫状态，得到富集硫磺的液相；
(4)富集硫磺的液相进入硫磺收集塔，沉降后得到下层富硫浆液和上层清液，对富硫浆液进行回收，清液导入生物净化塔对沼气进行吸收。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明在生物脱硫工艺中增加了厌氧强化处理的步骤，通过强化硫氧化微生物对HS-的吸收以及对HS-氧化途径的选择，弱化了HS-的化学氧化，减少了S2O3 2-的积累和SO4 2-的生成，提高单质硫的生成率，减少碱液的消耗，提高单质硫的生成率。表现在装置上，则为增加了一台深度吸附塔。
(2)本发明提供的工艺和装置有效地弱化了沼气生物脱硫过程中存在的化学氧化过程，提高了单质硫的生成率，并降低了对用于调节pH的液碱的需求，显著提高了过程的经济性，建立了一种高产单质硫的嗜盐嗜碱生物脱硫工艺。其处理效率高，能耗低，运行成本低，产品附加值高，易于进行产业化推广，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的嗜盐嗜碱生物脱硫装置的结构示意图；其中，1-生物净化塔，2-深度吸附塔，3-生物再生塔，4-硫磺收集塔；图中带箭头的实线表示液体流向，带箭头的虚线表示气体流向；
图2为本发明对比例1提供的嗜盐嗜碱生物脱硫装置的结构示意图；其中，1-生物净化塔，2-生物再生塔，3-硫磺收集塔；图中带箭头的实线表示液体流向，带箭头的虚线表示气体流向；
图3为本发明实施例2提供的实验系统与对比例1提供的对照系统的硫磺生成率对比示意图；
图4为本发明实施例2提供的实验系统与对比例1提供的对照系统的硫酸根生成率对比示意图；
图5为本发明实施例2提供的实验系统与对比例1提供的对照系统的硫代硫酸根生成率对比示意图；
图6为本发明实施例2提供的实验系统与对比例1提供的对照系统的pH变化对比示意图；
图7为本发明实施例3提供的的实验系统的沼气进气H2S浓度、出气H2S浓度以及脱硫率的示意图；
图8为本发明实施例3提供的实验系统的单质硫生成率、硫酸根生成率、硫代硫酸根生成率的示意图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供了一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理装置，如图1所示，所述装置包括依次连接的生物净化塔1，深度吸附塔2，生物再生塔3以及硫磺收集塔4，所述硫磺收集塔4和生物净化塔1连接，上述四个塔单元形成封闭的液体循环系统；
其中，所述深度吸附塔2和生物再生塔3内分别设有曝气装置；
所述硫磺收集塔4和生物净化塔1之间的管路上设有水泵；
所述生物净化塔1上设有进气管路和出气管路，所述出气管路上设有分支净化气管道，与所述深度吸附塔2连接；
所述深度吸附塔2上设置出气口，其与生物净化塔1的出气管路连接，二者连接的管路上设置单向阀门；所述生物再生塔3上设有出气口，用于排放尾气，其为单独进出气口，不与其他塔体相连。
所述曝气装置为曝气管或曝气盘。
实施例2
本实施例提供了一种嗜盐嗜碱生物脱硫工艺，所述工艺采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：
(1)含H2S沼气通入生物净化塔1中，与吸收液逆流接触，使H2S转化为HS-进入液相，净化后的沼气排出净化塔，从净化后的沼气中，分出一支作为深度吸附塔的供气；
(2)步骤(1)得到的富HS-液体通过自流的方式进入深度吸附塔2中，通过塔内设置的曝气装置利用生物净化塔1导出的净化后的沼气对HS-富液进行曝气搅拌，使深度吸附塔2中形成厌氧环境，强化体系传质，促进硫氧化微生物对HS-的吸收；同时，其作为缓冲装置起到稳定系统的作用，此外，还能对沼气中残余H2S进行二次吸收，提高沼气净化效果；
(3)在深度吸附塔2中经过充分处理后的富HS-液通过自流的方式进入生物再生塔3中，生物再生塔3中进行空气曝气处理，通过监测系统氧化还原电位ORP调节曝气量使系统处于最佳的氧化产硫状态，并实时检测系统pH及温度，保证微生物处于最佳的生长条件下，产生的硫磺经过曝气作用集中于上层液体，形成浓硫层，将上部富集硫磺的液体排入硫磺收集塔4中收集硫磺，尾气直接排出塔外；
(4)富集硫磺的液体通过自流的方式进入硫磺收集塔4中，在重力作用下硫磺沉降到下部，使液体分为下层富硫浆液和上层清液，下层富硫浆液将用于硫磺收集，上层清液用在水泵的作用下导入生物净化塔1，对沼气进行吸收净化。
本实施例处理的沼气中H2S含量为95000ppm，此外含CH4为63％，含CO228％，其他气体约占9％。使用的硫氧化微生物为多能硫碱弧菌，所用培养基(吸收液)组成为(在1L水中)：Na2CO3 46g、NaHCO3 23g、KNO3 0.505g、K2HPO4·3H2O 2g、NH4Cl 0.268g、MgCl2 0.1g、Trace 2mL，pH为自然状态，pH调节剂为NaOH。
本实施例提供的嗜盐嗜碱生物脱硫工艺具体为：
(1)根据上述培养基组成配制吸收液，并充满整个系统，开启循环泵，使液体形成完整的循环，监测显示液体pH为9.7，液体温度为28℃；
(2)加入足量含有多能硫碱弧菌的种子液，保证系统快速启动运行；
(3)将沼气以1m3/h的速率通入生物净化塔中，与吸收液逆流接触进行吸附；
(4)液相自流进入深度吸附塔中，利用净化后的沼气进行曝气搅拌处理；
(5)液体自流进入生物再生塔，开启气泵，通入空气进行曝气处理；
(6)实时监测沼气出口变化，调节循环泵流速，直到出口H2S降低至10ppm以下；此时循环泵流速为0.15m3/h，监测显示系统ORP为-355mV；
(7)系统在固定曝气速率下运行一段时间，活化多能硫碱弧菌，调节曝气速率，使ORP维持在-390mV附近，系统启动完成，开始进入产硫状态；
(8)实时监测pH的变化，pH下降后添加NaOH，调回至9.6附近即可；
(9)富集硫磺的液相进入硫磺收集塔，沉降后对富硫浆液进行回收，清液导入生物净化塔对沼气进行吸收。
(10)整个系统循环运行，定时取样检测，结果如图3～6所示。
实施例3
本实施例采用实施例1提供的装置进行嗜盐嗜碱生物脱硫。
本实施例处理的沼气中H2S浓度约为11000ppm，此外含CH4为58％，含CO2 32％，其他气体约占10％。
按照实施例2的方案启动系统，沼气通入量为0.65m3/h，调节液体流量，使生物净化塔气体出口处净化后的沼气中H2S含量降至10ppm以下，此时液体流量为0.13m3/h。
本实施例脱硫沼气净化效果、硫磺生成率、S2O3 2-和SO4 2-生成率如图7和图8所示：系统的硫化氢脱除率达到99.9％以上，出气H2S含量降低到10ppm以下，沼气得到充分净化。最大单质硫生成率达到95.3mol％，硫酸根和硫代硫酸根的积累水平均处于较低的水平。
对比例1
本对比例提供了一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理装置，其与实施例1中的装置相比少了深度吸附塔及其连接管线；即生物净化塔和生物再生塔直接连接，除此之外其他构件完全相同，所述装置的结构如图2所示。
采用本对比例提供的装置对沼气进行生物脱硫处理，除了缺失在深度吸附塔中的操作外(即将生物净化塔吸附后的液相通过自流的方式直接导入生物再生塔进行空气曝气处理，并控制条件进行产硫)，其处理方法和条件与实施例2完全相同。
将实施例2与对比例1检测所得数据进行对比，如图3～6所示，实施例2中单质硫最高单质硫生成率可达到95.3mol％，而对比例最高仅为87.5mol％，说明加入深度吸附塔后，单质硫的生成率明显升高。相应的，实施例2的硫酸根以及硫代硫酸根的生成率降低明显，由于其硫酸根生成率仅为2～3mol％，使系统pH在15天的运行期内基本维持在稳定的状态，未执行补碱操作。而对比例1中pH下降幅度较大，分别在第九天和第十五天进行了补碱操作。二者相比，实施例2中碱消耗量减少75～85％，大大降低了系统的运行的耗碱成本，减少了人工操作，有效的改善了系统的稳定性。
综合上述实施例和对比例可知，本发明提供的具有高产单质硫的嗜盐嗜碱生物脱硫工艺及处理装置不但实现了对高H2S含量沼气的净化处理，而且极大提高了单质硫的产率，同时降低了处理过程碱的消耗。使含硫气体得到高效、绿色的无害化和资源化处理，并显著提高了过程的经济性。深度吸附塔作为实现上述工艺的关键，对于本发明取得良好的脱硫效果和单质硫生成效果起到了至关重要的作用。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (16)

1.一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的生物净化塔、深度吸附塔、生物再生塔和硫磺收集塔，所述硫磺收集塔和生物净化塔连接，上述四个塔单元形成封闭的液体循环系统；
其中，所述深度吸附塔内设有曝气装置，或气体入口和搅拌装置；
所述生物再生塔内设有曝气装置；
所述生物净化塔上设有与所述深度吸附塔连接的净化气管道；
所述深度吸附塔在生物脱硫工艺中增加了厌氧强化处理的步骤，通过强化硫氧化微生物对HS-的吸收以及对HS-氧化途径的选择，弱化了HS-的化学氧化，减少了S2O3 2-的积累和SO4 2-的生成，提高单质硫的生成率，减少碱液的消耗，提高单质硫的生成率。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硫磺收集塔和生物净化塔之间的管路上设有动力输送装置。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述动力输送装置为水泵。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述净化气管道上设有阀门。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝气装置为曝气管或曝气盘。
6.一种嗜盐嗜碱生物脱硫工艺，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的装置进行，所述工艺包括以下步骤：
(1)在生物净化塔中利用含有硫氧化微生物的吸收液吸收沼气中的H2S，使H2S转化为HS-进入液相，同时沼气得到净化；
(2)步骤(1)中的液相进入深度吸附塔后，使深度吸附塔保持厌氧环境，对含有HS-的液相进行搅拌，促进硫氧化微生物对HS-的吸收；
(3)液相进入生物再生塔后，进行富氧气体曝气处理，控制氧化还原电位，使硫氧化微生物处于氧化产硫状态，得到富集硫磺的液相；
(4)富集硫磺的液相进入硫磺收集塔，经过分离后得到富硫浆液和清液，对富硫浆液进行回收；
将步骤(4)得到的清液导入生物净化塔对沼气进行吸收；
步骤(2)的具体操作为：利用无氧气体对含有HS-的液相进行曝气搅拌处理，促进硫氧化微生物对HS-的吸收；
或，向深度吸附塔中通入无氧气体，然后对含有HS-的液相进行机械搅拌，促进硫氧化微生物对HS-的吸收；
所述无氧气体为氮气和/或步骤(1)净化后的沼气。
7.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤(1)所述硫氧化微生物为硫氧化菌。
8.如权利要求7所述的工艺，其特征在于，步骤(1)所述硫氧化微生物为多能硫碱弧菌。
9.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤(1)所述吸收液为Na2CO3溶液和/或NaHCO3溶液。
10.如权利要求9所述的工艺，其特征在于，步骤(1)所述吸收液的pH为8.5-10.5。
11.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中吸收液和沼气逆流接触。
12.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤(3)所述氧化产硫过程中氧化还原电位为-400～-300mV。
13.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，步骤(3)所述富氧气体为氧气或空气。
14.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤(3)所述氧化产硫过程的pH为7～12。
15.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤(4)中利用沉降的方式进行分离，沉降完成后，得到下层富硫浆液和上层清液。
16.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：
(1)在生物净化塔中利用含有多能硫碱弧菌的吸收液逆流接触沼气，使H2S沼气转化为HS-进入液相，同时沼气得到净化；所述吸收液为Na2CO3溶液和/或NaHCO3溶液，pH为8.5-10.5；
(2)步骤(1)中的液相进入深度吸附塔后，利用氮气和/或步骤(1)得到的净化后的沼气对含有HS-的液相进行曝气搅拌处理，促进硫氧化微生物对HS-的吸收；或，向深度吸附塔中通入氮气和/或步骤(1)得到的净化后的沼气，然后对含有HS-的液相进行机械搅拌，促进硫氧化微生物对HS-的吸收；
(3)液相进入生物再生塔后，进行富氧气体曝气处理，控制氧化还原电位为-400～-300mV，pH为7～12，使硫氧化微生物处于氧化产硫状态，得到富集硫磺的液相；
(4)富集硫磺的液相进入硫磺收集塔，沉降后得到下层富硫浆液和上层清液，对富硫浆液进行回收，清液导入生物净化塔对沼气进行吸收。
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CN112473344A (zh) * 2020-12-22 2021-03-12 雅邦绿色过程与新材料研究院南京有限公司 一种无需曝气的生物脱硫系统及处理方法
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CN106975342A (zh) * 2017-05-11 2017-07-25 中国科学院过程工程研究所 一种生物脱硫系统和生物燃气脱硫方法

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