CN111542661B - 用于调节浆厂的S/Na平衡的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于调节浆厂的S/Na平衡的方法和系统，其中将含有硫化物的含水浆厂液体转移到生物反应器中，并通过硫氧化微生物进行氧化，从而产生含水悬浮液，可以从该含水悬浮液中分离出沉淀物形式的元素硫，而残留的溶液可以被引导至苛性化。任选地，在生物反应器中氧化之前，可以先将含水浆厂液体汽提，以获得含H2S的气流，然后将该含H2S的气流用洗涤溶液洗涤，以获得含有硫化物的含水废洗涤溶液，在这种情况下，残留的溶液可以用于补充洗涤液。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于调节浆厂的S/Na平衡的方法和系统。本发明的一些方面涉及一种用于从浆厂液体中分离硫的方法和系统。本发明的一些方面涉及一种用于在浆厂内对浆厂液体中的硫化合物进行生物氧化的方法和系统。
背景技术
工业制浆工艺，特别是化学制浆工艺，用于从木质原料中除去半纤维素和木质素，以提供纤维素纤维。化学蒸煮工艺，特别是硫酸盐蒸煮，使用高温和制浆化学品的组合来破坏木质素的化学键，木质素是木材中的一种将纤维素纤维结合在一起的天然生物聚合物。在硫酸盐蒸煮工艺中，将木质材料在蒸煮器中与制浆化学品的水溶液混合，然后用蒸汽加热。硫酸盐工艺的一个实例是Kraft制浆工艺(Kraft process)，其中主要的制浆化学品是氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na2S)。化学蒸煮工艺将纤维素纤维与木质素和半纤维素成分分离，并产生废蒸煮液，称为黑液。然后将含有废蒸煮化学品和副产物的该液体浓缩并通常燃烧以再循环蒸煮化学品。蒸煮化学品的再循环通常称为浆厂的液体循环或化学品回收循环。
由于有关环境保护的法规越来越严格，现代浆厂需要更仔细地循环化学品，并设法减少硫化合物在环境中的积累。用于处理在浆厂工艺中形成的含硫侧流的常规方法是将侧流作为飞灰倾倒或将含硫侧流再循环至其他工艺用于生产工业化学品。硫回收的一个实例是恶臭气体的燃烧，这些恶臭气体是作为浆生产过程的副产品而形成的。恶臭气体的燃烧产生了含有硫氧化物的烟道气，可以将硫氧化物回收并进一步用于制造例如硫酸。亚硫酸氢钠、连二亚硫酸钠和石膏是可以由浆厂的含硫侧流生产的可能的产物的其他实例。然而，将浆厂烟道气或含硫侧流精炼成更有价值的化学品需要大量的资本投资和独立的化工设备。从环境的角度来看，精炼可能还会有问题。此外，这种投资是耗时的，并且可能难以改造成常规浆厂中已经存在的工艺。
硫是硫酸盐浆厂的化学蒸煮过程中的关键化学品，并且需要连续不断地从化学品回收循环中去除并补充。与用于从浆厂中回收硫的常规方法有关的一个特殊缺点是伴随的化学蒸煮过程中钠的损失，钠通常与硫一起被回收。这导致蒸煮化学品中两种关键元素的损失，这对于浆厂的S/Na平衡是不希望的。因此，鉴于更严格的法规，如何减少化学品回收循环中的总硫含量以及如何改善浆厂的S/Na平衡一直是个难题。硫在化学品回收循环中的积累对于浆厂的有效运行是一个持续的挑战。因此，需要一种用于控制浆厂的S/Na平衡的成本有效且环境友好的方法和系统，其更易于在常规浆厂的现有工艺上实施。
发明内容
可以通过提供一种方法和系统来解决上文公开的问题，该方法和系统能够通过从含有硫化物的浆厂液体例如绿液或白液中分离硫化合物并用微生物将硫化物氧化成元素硫来调节浆厂的S/Na平衡。一个优点是，可以减少浆厂工艺中的总硫含量，这是由于浆厂工艺中的硫的循环更短，其中过量的硫从液体循环中而不是从工艺的后期阶段(例如在浆厂工艺中形成的气体或飞灰)中被回收。另一个优点是，可以以更简单和更快速的方式来实现调节浆厂的S/Na平衡。而且，硫可以以其元素形式被回收而不同时损失钠。这减少了添加补充NaOH来调节浆厂的硫化度的需要，从而降低了成本并能够避免不必要的化学品的使用。因此，能够以成本有效且环境友好的方式调节浆厂的S/Na平衡。
浆厂中废蒸煮化学品的回收被称为浆厂的液体循环或化学品回收循环。用过的蒸煮化学品可以在回收锅炉中燃烧，从而形成熔融的“熔融物”，其可以溶解在液体中。由于特征性的绿色，如此形成的液体可以被称为绿液。绿液可用于制备用于制浆过程的白液。液体循环被设计为回收制浆中使用的化学品。
硫平衡控制在浆厂中很重要。随着将硫以典型的硫化钠(Na2S)形式引入到蒸煮工艺中，还必须以某种形式从化学品回收循环中去除硫，以避免循环中过多的硫含量。化学品回收循环中过多的硫含量和不必要的低硫含量可能会引起操作问题，导致例如制浆液体质量差、工厂能耗增加以及工厂生产能力下降。浆厂的S/Na平衡与硫化度有关。硫化度是浆厂白液中Na2S和活性碱之间的比例的百分比值。活性碱是指NaOH和Na2S。最佳的硫化度取决于几个因素，例如木材种类、用碱量、蒸煮温度和最终产品中期望的性质。通常，硫化度可以在20-50％之间变化。
含有Na2S和NaHS的绿液是液体循环的重要部分，其负责回收制浆中使用的化学品。如上文所公开的，由绿液形成的白液也含有硫化物。因此，从回收锅炉中转移的绿液流或者其后从工艺中转移的绿液或白液流代表了用于通过从化学品回收循环中去除硫来调节浆厂的S/Na平衡的便利的材料来源。
根据本发明的一方面，将含有硫化物的浆厂液体流例如绿液或白液流的至少一部分转移到生物反应器中。然后可以在生物反应器中借助于硫氧化微生物将含有硫化物的液体进行生物氧化，从而形成元素硫。然后可以回收元素硫。
根据本发明的另一方面，可以将含有硫化物的浆厂液体流例如绿液或白液流的至少一部分转移到汽提器中。含有硫化物的浆厂液体可以在汽提器中用酸性试剂汽提。酸性试剂降低浆厂液体的pH。通过这种方式，浆厂液体中的硫化物可以被转化为气态H2S。因此，可以获得含H2S的气流和残留的浆厂液体流。然后将含H2S的气流在洗涤器中用含有碱性试剂例如NaOH的含水洗涤溶液洗涤。当接触时，H2S与碱性试剂反应，从而产生含硫化物(例如Na2S和NaHS)的含水废洗涤溶液，这些硫化物在反应时自身从气相转移到液相中，从而可以获得选择性的硫化物转化。然后在生物反应器中借助于硫氧化微生物将含有硫化物的含水废洗涤溶液进行生物氧化，从而形成元素硫。然后可以回收元素硫。
因此，提供了一种用于调节浆厂的S/Na平衡的方法，该方法包括：
-将含有硫化物的含水浆厂液体转移到生物反应器中，
-在生物反应器中，借助于硫氧化微生物在氧化反应中将含有硫化物的含水浆厂液体进行生物氧化，从而产生含有元素硫的含水悬浮液，以及
-在位于生物反应器下游的硫分离单元中，从含水悬浮液中分离元素硫，从而获得残留的溶液和含有元素硫的沉淀物。
任选地，用于调节浆厂的S/Na平衡的方法可以包括：
-将含有硫化物的含水浆厂液体转移到汽提器中，
-在汽提器中用酸性试剂汽提含有硫化物的含水浆厂液体，从而获得含有H2S的气流和残留的浆厂液体流，
-在位于汽提器下游的洗涤器中，用含有碱性试剂的含水洗涤溶液洗涤含有H2S的气流，从而使至少一些H2S与碱性试剂反应，从而产生残留的气流和含有硫化物的含水废洗涤溶液，
-将含水废洗涤溶液引导到生物反应器中，
-在生物反应器中，借助于硫氧化微生物在氧化反应中将含有硫化物的含水废洗涤溶液进行生物氧化，从而产生含有元素硫的含水悬浮液，和
-在位于生物反应器下游的硫分离单元中，从含水悬浮液中分离元素硫，从而获得残留的溶液和含有元素硫的沉淀物。
在所附权利要求中进一步描述了根据本发明的目的。
附图的简要说明
图1通过示例的方式示出了被配置为调节浆厂的S/Na平衡的系统的流程图，
图2a通过示例的方式示出了被配置为调节浆厂的S/Na平衡的系统的流程图的一种变型，
图2b通过示例的方式示出了被配置为调节浆厂的S/Na平衡的系统的流程图的另一种变型，
图3通过示例的方式示出了被配置为从浆厂液体流中分离硫的汽提器，
图4通过示例的方式示出了被配置为从浆厂液体流中分离硫的洗涤器，以及
图5通过示例的方式示出了被配置为从浆厂液体流中分离硫的生物反应器。
这些图是示意性的。数字不为任何特定的比例。
详细说明
术语“洗涤器”是指一种空气污染控制装置，其用于从浆厂的废气流中去除颗粒或化合物。可以将含水溶液引入到洗涤器中，以将不需要的污染物从气流中收集到含水废洗涤溶液中。
术语“效率”是指产出与总投入的量化比例。除非另有说明，否则本上下文中的效率以给定的总输入量可以产生的理论最大值的百分比计算。换句话说，效率表示为理想情况下可以预期的结果的百分比。
术语“弱恶臭气体”通常是指硫浓度小于0.5g/m3的气体。弱恶臭气体也可以称为稀释的恶臭气体。在浆厂环境中，弱恶臭气体可能来自例如木屑预蒸、筛分、浆洗涤、熔融物溶解槽(smelt dissolver)和各种罐的通风(ventilation ofvarious tanks)。
术语“强恶臭气体”通常是指硫浓度高于5g/m3的气体。在浆厂环境中，强恶臭气体可能来自例如蒸煮器、蒸发设备和冷凝物汽提器。
术语“体积流量”是指每单位时间通过的流体的体积。
术语“质量流量”是指每单位时间通过的物质的质量。
在本说明书的上下文中，术语“硫化物”是指包含HS-或S2-部分的化合物或物质。这些化合物或物质包括例如NaHS和Na2S以及它们的水合物。
术语“澄清”是指通过去除杂质或固体物质使流体(通常为液体)清澈的过程。
术语“充气”是指供应氧气或空气。充气是使空气流过液体、与液体混合或溶解在液体中从而使氧气转移到液体(例如水溶液)中的过程。
在化学浆生产中，蒸煮用于通过使用化学药品和热量以去除与纤维结合的木质素以及去除木材提取物(其稍后可能在工艺中引起泡沫和沉淀)而在蒸煮器中从木屑中回收纤维。因此，在制浆过程中通常使用溶解尽可能多的木质素和尽可能少的纤维素的化学品。通常，用于制造漂白化学浆的方法包括制浆、洗涤、筛分、漂白和清洁阶段。如今，硫酸盐蒸煮(也称为Kraft蒸煮(Kraft cooking)或制浆)是最常用的浆生产方法，它使用氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na2S)的混合物。蒸煮过程可以基于包括一个蒸煮器或几个蒸煮器的间歇蒸煮或连续蒸煮。该过程所需的化学品以混合物形式使用，该混合物被称为白液。
在制浆过程中，白液的硫化钠(Na2S)和氢氧化钠(NaOH)与水根据式1和2反应，形成硫氢根(HS-)和氢氧根(OH-)。
Na2S+H2O→2Na++HS-+OH-(式1)
制浆过程的结果是形成黑液。来自蒸煮器的浆包含纤维和废蒸煮液(黑液)。在化学浆生产中使用大量的化学品，并且需要对这些化学品进行回收和再利用。浆厂的化学品回收系统中的主要工艺单元是黑液的蒸发、蒸发的液体在回收锅炉中的燃烧以及苛性化(包括生石灰的产生)。
回收锅炉用于回收蒸煮化学品。在燃烧时，蒸煮化学品在回收锅炉的底部形成熔融的“熔融物”。熔融物可以溶解在液体中。由于特征性的绿色，如此形成的液体可以被称为绿液。绿液可用于制备用于制浆过程的白液。这些废蒸煮化学品的循环被称为液体循环。液体循环被设计为回收制浆中使用的化学品。尤其是，回收锅炉旨在回收碳酸钠(Na2CO3)和硫化钠(Na2S)。将绿液澄清并用生石灰苛性化，在此过程中，将Na2CO3转化为NaOH。除NaOH和Na2S外，白液还包含其他钠盐，例如硫酸钠(Na2SO4)，以及少量的亚硫酸盐和氯化物。
硫平衡控制在浆厂中很重要。随着将硫引入到蒸煮工艺中，还必须从化学品回收循环中去除硫，以避免循环中过多的硫含量。浆厂的S/Na平衡与硫化度有关。硫化度是浆厂白液中Na2S和活性碱之间的比例的百分比值。活性碱是指NaOH和Na2S。硫化度通常可以在20-50％之间变化。式3可以用于表示硫化度。Na2S和NaOH的量可以以NaOH当量的克数或干木材的百分比表示。可以使用标准NaOH SCAN-N 30:85和Na2S SCAN-N 31:94确定浆厂的硫化度。通过向化学品回收循环中添加补充的NaOH，可以将浆厂的硫化度保持在期望的水平。然而，这导致额外的成本并且需要不必要的化学品的使用。
本说明书公开了一种用于通过从浆厂的化学品回收循环中去除硫化合物来调节浆厂的S/Na平衡以及用于将硫化合物加工成高内在价值的元素硫的方法和系统。化学上，除了一些稀有金属和稀有气体之外，硫与几乎所有元素发生反应。元素硫可用作其他化学品(例如硫酸)的前体。此外，所公开的方法和系统能够在不损失钠的同时回收硫。回收硫而不回收钠可用于调节浆厂的S/Na平衡。
图1通过示例的方式示出了用于调节硫酸盐浆厂的S/Na-平衡的系统100。系统100包括生物反应器102和位于生物反应器102下游的硫分离单元106。
在可由系统100实施的方法中，收集含有硫化物的含水浆厂液体109。含水浆厂液体109的pH为碱性。含有硫化物的含水浆厂液体109的pH可以为约14。含水浆厂液体109可以包含例如浆厂绿液流或浆厂白液流。
浆厂绿液流可以来自回收锅炉，浓缩的黑液在该回收锅炉中燃烧。燃烧在回收锅炉的底部形成熔融的“熔融物”。熔融物含有例如Na2CO3和Na2S。熔融物可以溶解在液体中，该液体可以是例如水或稀白液。由于特有的绿色，如此形成的液体被称为绿液。绿液含有硫化物，例如Na2S和NaHS。可以在澄清器单元中将浆厂绿液流澄清，以提供含水浆厂液体109，或者可以将浆厂绿液流直接用于本发明的方法中。在后一种情况下，浆厂绿液流相当于含水浆厂液体109。
将含水浆厂液体109转移到生物反应器102中。图5通过示例的方式参考图1、2a和2b示出了生物反应器102、202。在进入生物反应器102之前，含水浆厂液体109的温度高于室温。优选地，在进入生物反应器102之前，含水浆厂液体109的温度在40至60℃的范围内。必要时，可以通过设置在生物反应器102上游的热交换器来降低含水浆厂液体109的温度。在生物反应器102中，含有硫化物的含水浆厂液体109在氧化反应中被生物氧化。氧化是借助于硫氧化微生物进行的。在每年生产一百万吨风干浆的示例性浆厂中，转移到生物反应器102中的含水浆厂液体109的体积流速可以是每小时6.9m3。转移到生物反应器102中的含水浆厂液体109的Na2S浓度可以是46.8g/l。
硫氧化微生物可以是自养、异养或兼养需氧细菌。硫氧化微生物可以是嗜碱的。硫氧化微生物可以包括例如硫杆菌属(Thiobacillus)和硫微螺菌属(Thiomicrospora)的细菌。能够将硫化物氧化成元素硫的细菌可以从例如地热温泉、海洋地热喷口、硫化物洞穴系统、富含有硫化物的工业场所、污水污泥、土壤、盐沼、碱湖和冷泉中获得。可以从碱湖中分离嗜碱硫氧化细菌，如硫碱微菌(Thioalkalimicrobium)、硫碱弧菌(Thioalkalivibrio)和硫碱螺旋菌(Thioalkalispira)。它们可能不同程度地具有嗜盐性或耐盐性。硫氧化微生物可以具有以下性质中的至少一种：最适pH值高于9，通常低于10.5，特别是约9.5；能够氧化至少H2S/HS-；在10-65℃的温度范围内生长；对NaCl和碳酸钠的耐受性。
可以用来自浆厂的包含空气和/或弱恶臭气体的气体105给生物反应器102充气。在氧化反应中，含水浆厂液体109的大部分硫化物被氧化成元素硫。氧化反应的效率可以等于或大于95％。由于生成的元素硫的化学稳定性随pH和温度的升高而降低，因此生物反应器内部的温度不应超过65℃。生物反应器102内部的反应介质的pH可以在8-11之间。通过用弱恶臭气体给生物反应器102充气，可以降低反应介质的pH。生物反应器102可以是混合反应器。系统100可以含有一个以上的生物反应器。生物反应器可以平行布置。
氧化反应产生含有元素硫的含水悬浮液103。氧化反应还产生气流104。气流104可以从生物反应器102前进到浆厂的弱恶臭气体的处理。弱恶臭气体的处理可以在回收锅炉中进行，其方式使得弱恶臭气体被进料到回收锅炉的燃烧空气中。
来自生物反应器102的含有元素硫的含水悬浮液103被引导至硫分离单元106。在硫分离单元106中，将元素硫从含水悬浮液103中分离。由此获得残留的溶液108和含有元素硫的沉淀物107。硫分离单元106可以是锥形分离器。分离可以通过例如过滤、沉降或絮凝来进行。在每年生产一百万吨风干浆的示例性的浆厂中，所产生的元素硫的量可以是每小时128kg。可以将来自硫分离单元106的已经从中分离了沉淀物107的残留的溶液108引导至苛性化。
图2a和2b通过示例的方式示出了用于从浆厂液体流中分离硫的另一系统。系统200包括汽提器210、位于汽提器210下游的洗涤器214、位于洗涤器214下游的生物反应器202和位于生物反应器202下游的硫分离单元206。
在可由系统200实施的方法中，收集含有硫化物的含水浆厂液体109。含水浆厂液体109的pH为碱性。含有硫化物的含水浆厂液体109的pH可以为约14。含水浆厂液体109可以包含例如浆厂绿液流或浆厂白液流。含水浆厂液体109被转移到汽提器210中。在每年生产一百万吨风干浆的示例性浆厂中，转移到汽提器210中的含水浆厂液体109的体积流量可以是每小时54.2m3。转移到汽提器210中的含水浆厂液体109的Na2S浓度可以是46.8g/l。
在汽提器210中用酸性试剂来汽提含有硫化物的含水浆厂液体109。酸性试剂可以是例如二氧化碳(CO2)或酸性溶液。将包含酸性试剂的汽提流体流213进料到汽提器210中。汽提流体流213可以包含例如纯二氧化碳或烟道气。在汽提器210中，汽提流体流213降低含水浆厂液体109的pH，从而导致由含水浆厂液体109的硫化物形成H2S。在汽提时，含水浆厂液体109的pH可以为7或更小。
如图3所示，汽提器210中的汽提以逆流方式进行。含有硫化物的含水浆厂液体109在汽提器210的上部被进料到汽提器210中，并且被布置成向下流向汽提器210的下部。汽提流体流213在汽提器210的下部被进料到汽提器210中，并且被布置成向上流向汽提器210的上部。汽提器210可以是板式塔或填充床塔。
汽提产生含有H2S的气流211和残留的浆厂液体流212。气流211的H2S浓度可以为99体积％。残留的浆厂液体流212可被进料回到浆厂的化学品回收循环中。在每年生产一百万吨风干浆的示例性浆厂中，含有H2S的气流211的质量流速可以是每小时553kg。残留的浆厂液体流212的体积流速可以是每小时54.2m3。残留的浆厂液体流212中的Na2S浓度可以为23.4g/l。
图4通过示例的方式参照图2a和2b示出了洗涤器214。将含有H2S的气流211进料到洗涤器214中。在洗涤器214中，用含水洗涤溶液215洗涤含有H2S的气流211。洗涤溶液215的pH可以用碱性试剂来调节。可以将包含碱性试剂的料流216配置为将碱性试剂进料到含水洗涤溶液215中。碱性试剂可以是例如NaOH溶液或氧化的白液。含水洗涤溶液215的pH可以高于8。优选地，含水洗涤溶液215的pH高于11.5。含水洗涤溶液215的pH可以在12至14的范围内。较高的pH可以提高洗涤的效率。当使用NaOH作为碱性试剂时，在每年生产一百万吨风干浆的示例性的浆厂中，进料到含水洗涤溶液215中的NaOH的质量流速可以为每小时25kg。
在洗涤器214中，能够实现含有H2S的气流211与含水洗涤溶液215之间的充分接触。气流211中的至少一些H2S与含水洗涤溶液215中的碱性试剂反应，从而形成硫化物，例如Na2S和NaHS。在洗涤器214中产生残留的气流217和含有硫化物的含水废洗涤溶液201。含水废洗涤溶液201的Na2S/NaHS混合物比例取决于含水废洗涤溶液201的pH。残留的气流217可以从洗涤器214前进到浆厂的强恶臭气体的处理。强恶臭气体的处理可以包括例如在回收锅炉中燃烧气体。
洗涤器214可以是填充床塔型的吸收塔。洗涤器214在气体和液体之间提供直接的接触区域。有利地，系统100、200可以包括至少一个导管，该至少一个导管被配置为将来自洗涤器214的残留的气流217引导到浆厂回收锅炉中。这使得来自洗涤器214的至少一些残留的气流217可以被引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现将化学品从残留的气流217再循环到浆厂的化学品回收循环中。因此，通过将化学品从含有H2S的气流211引入回到浆厂的化学品回收循环中，可以进一步增强能够通过从含有硫化物的浆厂液体中分离硫化合物并用微生物将硫化物氧化成元素硫来实现调节浆厂的S/Na平衡的方法和系统。
将含有硫化物的含水废洗涤溶液201、201a导入生物反应器202中(图5)。进入生物反应器202之前的含水废洗涤溶液201、201a的温度高于室温。优选地，进入生物反应器202之前的含水废洗涤溶液201、201a的温度在40至60℃的范围内。在生物反应器202中，含有硫化物的含水废洗涤溶液201、201a在氧化反应中被生物氧化。氧化是借助于硫氧化微生物进行的。
根据图2b中所示的实施方案，用泵218将至少一些含水废洗涤溶液201b再循环回到洗涤器214。因此，含水废洗涤溶液201被分成两部分201a和201b。通过这种布置，可以将气流211中的硫化合物更有效地转化为硫化物。
可以用来自浆厂的包含空气和/或弱恶臭气体的气体205给生物反应器202充气。在氧化反应中，含水废洗涤溶液201、201a中的大部分硫化物被氧化成元素硫。氧化反应的效率可以等于或大于95％。由于生成的元素硫的化学稳定性随pH和温度的升高而降低，因此生物反应器内部的温度不应超过65℃。生物反应器202内部的反应介质的pH可以在8-11之间。通过用弱恶臭气体给生物反应器202充气，可以降低反应介质的pH。通过这种方式，通过用能够降低反应介质的pH的弱恶臭气体给生物反应器202充气，可以补偿在洗涤器214中使用比对于生物反应器202的最佳pH略微更高的pH。生物反应器202可以是混合反应器。系统200可以包括一个以上的生物反应器。生物反应器可以平行布置。
氧化反应产生含有元素硫的含水悬浮液203。氧化反应还产生气流204。气流204可以从生物反应器202前进到浆厂的弱恶臭气体的处理。弱恶臭气体的处理可以在回收锅炉中进行，此方式使得弱恶臭气体被进料到回收锅炉的燃烧空气中。有利地，系统100、200可以包括至少一个导管，该至少一个导管被配置为将来自生物反应器102、202的气流104、204引导到浆厂回收锅炉中。这使得来自生物反应器102、202的气流104、204中的至少一些可以被引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现化学品从气流104、204再循环到浆厂的化学品回收循环中。因此，通过将化学品从气流104、204引入回到浆厂的化学品回收循环中，可以进一步增强能够通过从含有硫化物的浆厂液体中分离硫化合物并用微生物将硫化物氧化成元素硫来实现调节浆厂的S/Na平衡的方法和系统。
将来自生物反应器的含有元素硫的含水悬浮液203引导至硫分离单元206。在硫分离单元206中，从含水悬浮液203中分离元素硫。由此获得残留的溶液208a、208b和含有元素硫的沉淀物207。硫分离单元206可以是锥形分离器。分离可以通过例如过滤、沉降或絮凝来进行。在每年生产一百万吨风干浆的示例性的浆厂中，生产的元素硫的量可以是每小时500kg。残留的溶液208a、208b相对于硫的质量流速可以是每小时10kg。
在图2b中所示的实施方案中，通过泵218将至少一些含水废洗涤溶液201b再循环回到洗涤器214中，与图2a中所公开的系统相比，该实施方案能够使用较小的硫分离单元206。由于气流211中的硫化合物更有效地被转化成硫化物，因此含有元素硫的含水悬浮液203的体积可以更小，因此需要更小的单元来分离残留的溶液208和含有元素硫的沉淀物207。
可以将至少一些来自硫分离单元206的残留的溶液208a(已从中分离了沉淀物207)引导回到洗涤器214中，以补充含水洗涤溶液215。因此，残留的溶液208a中可能未氧化的硫化合物可以被引导回到生物反应器202以进行氧化。此外，使液体再循环减少了对淡水的需求，并减少了对宝贵自然资源的不必要使用。残留的溶液208b可以被进料到浆厂的化学品回收循环中。
根据以上描述，该方法和系统的许多变型对于本领域技术人员将是明显的。这种明显的变化在所附权利要求的全部预期范围内。
Claims (56)
1.一种用于调节浆厂的S/Na平衡的方法，所述方法包括：
-将含有硫化物的含水浆厂液体(109)转移到生物反应器(102)中，
-用来自浆厂的包含弱恶臭气体的气体(105)给生物反应器(102)充气，所述弱恶臭气体是硫浓度小于0.5g/m3的气体，
-在生物反应器(102)中，借助于硫氧化微生物在氧化反应中将含有硫化物的含水浆厂液体(109)进行生物氧化，从而产生含有元素硫的含水悬浮液(103)，以及
-在位于生物反应器(102)下游的硫分离单元(106)中，从含水悬浮液(103)中分离元素硫，从而获得残留的溶液(108)和含有元素硫的沉淀物(107)，
其中，所述含水浆厂液体(109)是绿液或白液。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
-在澄清器单元中将浆厂液体流澄清，从而提供含水浆厂液体(109)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中
含水浆厂液体(109)在进入生物反应器(102)之前具有高于室温的温度。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(102)的至少一些气流(104)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(104)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
5.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(102)的至少一些气流(104)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(104)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
6.一种用于调节浆厂的S/Na平衡的方法，所述方法包括：
-将含有硫化物的含水浆厂液体(109)转移到汽提器(210)，
-在汽提器(210)中用酸性试剂汽提含有硫化物的含水浆厂液体(109)，从而获得含有H2S的气流(211)和残留的浆厂液体流(212)，所述酸性试剂为二氧化碳，
-在位于汽提器(210)下游的洗涤器(214)中，用含有碱性试剂的含水洗涤溶液(215)洗涤含有H2S的气流(211)，从而使至少一些H2S与碱性试剂反应，从而产生残留的气流(217)和含有硫化物的含水废洗涤溶液(201，201a)，
-用来自浆厂的包含弱恶臭气体的气体(205)给生物反应器(202)充气，所述弱恶臭气体是硫浓度小于0.5g/m3的气体，
-在生物反应器(202)中，借助于硫氧化微生物在氧化反应中将含有硫化物的含水废洗涤溶液(201，201a)进行生物氧化，从而产生含有元素硫的含水悬浮液(203)，和
-在位于生物反应器(202)下游的硫分离单元(206)中，从含水悬浮液(203)中分离元素硫，从而获得残留的溶液(208a，208b)和含有元素硫的沉淀物(207)，
其中，所述含水浆厂液体(109)是绿液或白液。
7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：
-将至少一些已从中分离了沉淀物(207)的残留的溶液(208a)引导回到洗涤器(214)中，以补充含水洗涤溶液(215)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其进一步包括：
-通过泵(218)将至少一些含水废洗涤溶液(201b)引导回到洗涤器(214)中用于再洗涤。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其进一步包括：
-在澄清器单元中将浆厂液体流澄清，从而提供含水浆厂液体(109)。
10.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：
-在澄清器单元中将浆厂液体流澄清，从而提供含水浆厂液体(109)。
11.根据权利要求6或7所述的方法，其中
-含水浆厂液体(109)或
-含水废洗涤溶液(201，201a)
在进入生物反应器(202)之前具有高于室温的温度。
12.根据权利要求8所述的方法，其中
-含水浆厂液体(109)或
-含水废洗涤溶液(201，201a)
在进入生物反应器(202)之前具有高于室温的温度。
13.根据权利要求9所述的方法，其中
-含水浆厂液体(109)或
-含水废洗涤溶液(201，201a)
在进入生物反应器(202)之前具有高于室温的温度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中
-含水浆厂液体(109)或
-含水废洗涤溶液(201，201a)
在进入生物反应器(202)之前具有高于室温的温度。
15.根据权利要求6或7所述的方法，其进一步包括：
-用碱性试剂调节含水洗涤溶液(215)的pH，使得含水洗涤溶液(215)的pH高于8。
16.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：
-用碱性试剂调节含水洗涤溶液(215)的pH，使得含水洗涤溶液(215)的pH高于8。
17.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：
-用碱性试剂调节含水洗涤溶液(215)的pH，使得含水洗涤溶液(215)的pH高于8。
18.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
-用碱性试剂调节含水洗涤溶液(215)的pH，使得含水洗涤溶液(215)的pH高于8。
19.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：
-用碱性试剂调节含水洗涤溶液(215)的pH，使得含水洗涤溶液(215)的pH高于8。
20.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其进一步包括：
-用碱性试剂调节含水洗涤溶液(215)的pH，使得含水洗涤溶液(215)的pH高于8。
21.根据权利要求6或7所述的方法，其进一步包括：
-将来自洗涤器(214)的至少一些残留的气流(217)引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现将化学品从残留的气流(217)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
22.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：
-将来自洗涤器(214)的至少一些残留的气流(217)引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现将化学品从残留的气流(217)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
23.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：
-将来自洗涤器(214)的至少一些残留的气流(217)引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现将化学品从残留的气流(217)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
24.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
-将来自洗涤器(214)的至少一些残留的气流(217)引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现将化学品从残留的气流(217)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
25.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：
-将来自洗涤器(214)的至少一些残留的气流(217)引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现将化学品从残留的气流(217)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
26.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其进一步包括：
-将来自洗涤器(214)的至少一些残留的气流(217)引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现将化学品从残留的气流(217)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
27.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
-将来自洗涤器(214)的至少一些残留的气流(217)引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现将化学品从残留的气流(217)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
28.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，其进一步包括：
-将来自洗涤器(214)的至少一些残留的气流(217)引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现将化学品从残留的气流(217)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
29.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括：
-将来自洗涤器(214)的至少一些残留的气流(217)引导到浆厂回收锅炉中，从而能够实现将化学品从残留的气流(217)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
30.根据权利要求6或7所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
31.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
32.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
33.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
34.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
35.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
36.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
37.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
38.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
39.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
40.根据权利要求22-25中任一项所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
41.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
42.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
43.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
44.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括：
-将来自生物反应器(202)的至少一些气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中。
45.一种被布置为调节浆厂的S/Na平衡的系统(100)，所述系统(100)包括：
-被配置为收集含有硫化物的含水浆厂液体(109)的装置，所述含水浆厂液体(109)是绿液或白液，
-一个或多个被配置为将含水浆厂液体(109)引导到生物反应器(102)中的导管，其中生物反应器(102)被配置用来自浆厂的包含弱恶臭气体的气体(105)充气，所述弱恶臭气体是硫浓度小于0.5g/m3的气体，
-被配置为用硫氧化微生物来氧化含水浆厂液体(109)的生物反应器(102)，从而生物反应器(102)被配置为产生含有元素硫的含水悬浮液(103)，和
-位于生物反应器(102)下游的硫分离单元(106)，硫分离单元(106)被配置为产生残留的溶液(108)和含有元素硫的沉淀物(107)。
46.根据权利要求45所述的系统(100)，其进一步包括至少一个被配置为将来自生物反应器(102)的气流(104)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(104)再循环到浆厂的化学品回收循环中的导管。
47.根据权利要求45或46所述的系统(100)，所述系统(100)包括多于一个生物反应器(102)。
48.一种被布置为调节浆厂的S/Na平衡的系统(200)，所述系统(200)包括：
-被配置为收集含有硫化物的含水浆厂液体(109)的装置，所述含水浆厂液体(109)是绿液或白液，
-一个或多个被配置为将含水浆厂液体(109)引导到汽提器(210)中的导管，
-被配置为用酸性试剂汽提含水浆厂液体(109)的汽提器(210)，从而汽提器(210)被配置为产生含有H2S的气流(211)和残留的浆厂液体流(212)，所述酸性试剂为二氧化碳，
-位于汽提器(210)下游的洗涤器(214)，洗涤器(214)被配置为用含有碱性试剂的含水洗涤溶液(215)洗涤含有H2S的气流(211)，从而洗涤器(214)被配置为产生残留的气流(217)和含有硫化物的含水废洗涤溶液(201，201a)，
-一个或多个被配置为将含有硫化物的含水废洗涤溶液(201，201a)引导到生物反应器(202)中的导管，
-位于洗涤器(214)下游的生物反应器(202)，生物反应器(202)被配置为用硫氧化微生物氧化含有硫化物的含水废洗涤溶液(201，201a)，从而生物反应器(202)被配置为产生含有元素硫的含水悬浮液(203)，其中生物反应器(202)被配置用来自浆厂的包含弱恶臭气体的气体(205)充气，所述弱恶臭气体是硫浓度小于0.5g/m3的气体，和
-位于生物反应器(202)下游的硫分离单元(206)，硫分离单元(206)被配置为产生残留的溶液(208a，208b)和含有元素硫的沉淀物(207)。
49.根据权利要求48所述的系统(200)，所述系统(200)进一步包括被配置为将至少一些含水废洗涤溶液(201b)引导回到洗涤器(214)中用于再洗涤的泵(218)和导管。
50.根据权利要求48或49所述的系统(200)，其进一步包括至少一个被配置为将来自洗涤器(214)的残留的气流(217)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从含有H2S的残留的气流(211)再循环到浆厂的化学品回收循环中的导管。
51.根据权利要求48或49所述的系统(200)，其进一步包括至少一个被配置为将来自生物反应器(202)的气流(，204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中的导管。
52.根据权利要求50所述的系统(200)，其进一步包括至少一个被配置为将来自生物反应器(202)的气流(204)引导到浆厂回收锅炉中，从而实现将化学品从气流(204)再循环到浆厂的化学品回收循环中的导管。
53.根据权利要求48或49所述的系统(200)，所述系统(200)包括多于一个生物反应器(202)。
54.根据权利要求50所述的系统(200)，所述系统(200)包括多于一个生物反应器(202)。
55.根据权利要求51所述的系统(200)，所述系统(200)包括多于一个生物反应器(202)。
56.根据权利要求52所述的系统(200)，所述系统(200)包括多于一个生物反应器(202)。
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