CN114506982A - 一种高含硫气田含硫污泥处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高含硫气田含硫污泥处理装置及处理方法，其中处理方法包括：1)将含硫污泥与碱液混合反应，固液分离得含硫液体和第一处理污泥；2)调整含硫液体至酸性，在催化剂作用下与含氧气体发生氧化反应，经尾气吸收得到含硫化合物；3)将第一处理污泥与破乳剂混合反应，固液分离得液相和第二处理污泥，回收液相；4)将第二处理污泥在硫铁氧化微生物和生物营养液作用下进行好氧生化反应产生硫酸。本发明的处理方法针对含硫污泥的组成成分进行针对性的处理，通过破乳反应，实现油溶性缓蚀剂和少量柴油的回收；通过氧化含硫液体中的硫化物实现硫化氢和硫化物的无害化处理，将单质硫通过生物脱硫转化为硫酸实现资源化处理。

Description

一种高含硫气田含硫污泥处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及一种高含硫气田含硫污泥的处理方法和处理装置，属于污泥处理技术领域。

背景技术

含硫气田是指产出的天然气中含有硫化氢以及硫醇、硫醚等有机物的气田。硫化氢含量在2％-70％为高含硫气田。在高含硫气田的开采过程中，硫化氢会腐蚀生产、施工设备以及集输管道等设施，并且还会在开采过程中产生其他形式的硫化合物。为了减低硫化氢对集输管道的腐蚀，要定期对集输管网进行缓蚀剂批处理，即利用清管球在高压天然气的推动下向集输管道中加入适量的缓蚀剂和柴油，缓蚀剂通过特殊亲金属化学键作用与管内金属表面结合形成一层保护膜，达到保护管道的目的。

高含硫气田中的含硫物质会随着气田开采不断的采出和聚集，最终产生含有各种硫化合物的废弃物。例如，在高含硫气田集气站场检修及集输管道批处理过程中会产生带有刺激性气味的含硫污泥，主要组分为单质硫、油溶性缓蚀剂、少量柴油、微量泥沙、管道腐蚀产物、硫化氢及硫化物等。由于其成分复杂且有恶臭气味，处理难度较大，目前按照危险固体废弃物交有相应资质的环保单位采用回转窑焚烧进行处置。但该方法处理掉有害组分的同时会产生二氧化硫、二氧化氮等有害气体，不仅会造成大气环境污染，且污泥中含有的大量单质硫不能得到资源化利用。

CN106185833A公开了一种从高含硫气田集输系统固体沉积物中分离硫磺的方法，该方法是利用存在密度差的不同质量百分比的氯化锌溶液，对固体沉积物进行二级浮选分离，实现高含硫气田集输系统固体沉积物中硫磺的分离和回收。但是高含硫气田含硫污泥除了含有硫磺(单质硫)以外，还含有其他多种有害物质，采用上述方法处理后的残留物中还含有危险物，处理的不彻底，并且回收的硫的纯度低。

另外，现有技术中有利用物理化学方法进行硫磺回收，在高温釜内，将固体沉积物升温至400℃以上，固废中的硫磺升华为硫蒸气排出，再将硫磺蒸汽通过冷凝方法回收，其他废固则留在反应釜内。这种方法回收的硫磺纯度较高，但处理过程中产生含硫废液，针对含硫废液无相应处理方法。

CN110438164A公开了一种基于膜生物反应器用含硫磺污泥制备稀硫酸的方法，并公开了一种将含硫磺污泥中硫磺产生稀硫酸的膜生物反应器。该方法首先对含硫磺污泥进行水洗预处理，再对高耐受硫/铁氧化菌株选育，最后利用膜生物反应器实现将含硫磺污泥中硫磺转化为稀硫酸。

基于生物脱硫技术，近年来有文献报道了化学+生物法资源化处理技术，即通过高温氧化法，将含有硫磺的固废生成二氧化硫或三氧化硫，然后采用碱液吸收二氧化硫和三氧化硫生成亚硫酸盐或硫酸盐，再通过生物细菌利用生物转化法将亚硫酸盐或硫酸盐转化为可以作为肥料的硫磺。该方法只针对含硫污泥中的单质硫、硫化氢及硫化物进行处理，而油溶性缓蚀剂、少量柴油、泥沙等残留物仍存在于污泥中，没有完全实现无害化、资源化处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种无害化、资源化程度高的高含硫气田含硫污泥的处理方法。

本发明的另一目的是提供了一种含硫气田含硫污泥的处理装置。

本发明的含硫污泥处理方法具体包括如下步骤：

1)将含硫污泥与碱液混合反应，固液分离得含硫液体和第一处理污泥；

2)调整含硫液体至酸性，负压抽取含硫气体，将含硫气体与含氧气体在催化剂作用下发生氧化反应，得到含硫化合物；

3)将第一处理污泥与破乳剂混合反应，固液分离得缓蚀剂/柴油混合液和第二处理污泥；

4)将第二处理污泥在硫铁氧化微生物和生物营养液作用下进行好氧生化反应，得到硫酸溶液。

高含硫气田含硫污泥中主要组分有：单质硫、油溶性缓蚀剂、少量柴油、微量泥沙、管道腐蚀产物、硫化氢及硫化物等，本发明的处理方法针对含硫污泥的组成成分进行针对性的处理，通过加入破乳剂进行破乳反应，实现油溶性缓蚀剂和少量柴油的回收；通过氧化含硫液体中的硫化物实现硫化氢和硫化物的无害化处理，将单质硫通过生物脱硫转化为硫酸实现资源化处理。本发明的高含硫气田含硫污泥处理方法，能够将含硫污泥中的绝大部分有害物质实现无害化和资源化，相比现有技术含硫污泥处理方法无害化和资源化程度高，适合在高含硫气田推广应用，为高含硫气田持续安全平稳运行提供技术支撑。

本发明含硫污泥处理方法的步骤1)为预处理步骤，即采用碱液与含硫污泥混合，含硫污泥中的酸性物质如硫化氢与碱液中的碱反应成盐从而被携带至水相，含硫污泥中的可溶性硫化物溶解在碱液中从而也被携带至水相，最终通过固液分离可以得到产生含硫液体和第一处理污泥。

其中碱液优选为氢氧化钠水溶液，更优化的方案氢氧化钠水溶液采用1％～5％NaOH溶液，能够更好的处理含硫污泥中的硫化氢和硫化物，同时也能减轻后续调整pH值的加酸用量。

其中固液分离可以采用常规分离方法，例如静置分离、离心分离、过滤分离或压滤分离等方法，本发明优选的固液分离方法为静置分离，取上层水相(含硫液体)进行后续的氧化脱硫处理，下层污泥相(第一处理污泥)进行后续的破乳处理。

本发明含硫污泥处理方法的步骤2)为氧化脱硫处理步骤，首先在预处理步骤中，碱液处理后的含硫污泥为碱性，需要调整含硫液体pH值为酸性，让含硫污泥中的硫转化为含硫气体逸出，优化的方案即调整含硫污泥的pH值为4-5；调整pH所使用的酸为常规酸，例如硫酸、盐酸等，优化的选择为硫酸，更优化的选择为经后续生物脱硫中得到的硫酸。其次，逸出的含硫气体(主要成分为H₂S)与含氧气体混合形成富氧含硫气体。气体的逸出过程可以在负压反应塔中进行，空气曝气的气液比为5-20，真空度控制在0.005MPa-0.02Mpa。

在催化剂和含氧气体作用下进行氧化反应，将含硫气体中的有毒的S^2-转化为无毒的S₂O₃ ^2-或SO₄ ^2-，具体反应方程式如下：

4S^2-+3O₂→2S₂O₃ ^2-

S^2-+2O₂→SO₄ ^2-

氧化反应的环境为碱性溶液环境，其pH值为9.5-12。

其中含氧气体是一种含有氧气的气体，氧气的分压足以能够在催化剂作用下能够与含硫气体发生氧化反应，优化的选择为空气。

其中催化剂可以采用含硫气体(S^2-)与氧气发生氧化反应的常规催化剂，优化选择为CuSO₄、FeSO₄、MnSO₄、CoCl₂中的一种，更优化的选择为MnSO₄。

本发明含硫污泥处理方法的步骤3)为破乳处理步骤，即将预处理步骤后产生的第一处理污泥中加入破乳剂，经混合反应，固液分离后得到液相和第二处理污泥。

其中破乳剂可以采用常规的破乳剂，本发明优选破乳剂为由酚醛树脂破乳剂、烷基酚聚氧乙烯醚、聚磷酸酯破乳剂和聚合氯化铝破乳剂的质量比为1:2:3:1复配而成的破乳剂，加入量优选为第一处理污泥重量的1～10‰。

其中固液分离可以采用常规分离方法，例如静置分离、离心分离、过滤分离或压滤分离等方法，本发明优选的固液分离方法为静置分离，上层液相为缓蚀剂/柴油混合液，回收缓蚀剂/柴油混合液可以用于集输管网的防腐处理；下层污泥相为第二处理污泥进行后续的生物脱硫处理。

本发明的步骤2)和步骤3)之间没有特定的处理顺序，也可以先进行步骤3)再进行步骤2)，或者两个步骤同时进行。

本发明含硫污泥处理方法的步骤4)为生物脱硫步骤，即将破乳处理步骤后产生的第二处理污泥，在硫铁氧化微生物和生物营养液作用下进行好氧生化反应，将第二处理污泥中的单质硫转化为硫酸，实现单质硫的资源化利用。

2S+3O₂+2H₂O→2H₂SO₄

其中硫铁氧化微生物可以选择氧化亚铁硫杆菌，氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidan，购自北京理工大学)是一种嗜酸、呈革兰氏阴性、专性好氧的化能自养菌。它主要存在于含硫的环境中，它能氧化元素硫，亚铁离子及还原态化合物来获得细胞新陈代谢所需要的能量。其中生物营养液为无机盐溶液，为微生物提供营养，具体的无机盐为硫酸铵、磷酸二氢钾、七水合硫酸镁、硫酸钠、无水氯化钙、硫酸钾或硝酸钾。其中好氧生化反应的温度优选为25-33℃，第二含硫污泥与生物菌的质量配比为(4-16):3。

本发明进一步优化的方案，在好氧生化反应后得到第三处理污泥，将第三处理污泥压滤、固化，得到无害化固体材料。该无害化固体材料主要成分为含有污泥中的微量泥沙和管道腐蚀产物，这些固体材料可以用于烧砖、铺路等用途。

本发明进一步优化的方案，经好氧生化反应后生成硫酸，可以通过生物膜过滤得到稀硫酸，实现含硫污泥中单质硫的资源化利用，回收得到的稀硫酸还可以用于步骤2)酸化含硫液体。

本发明高含硫气田含硫污泥的处理装置采用如下技术方案：该处理装置包括：

包括依次连接的预处理单元、氧化脱硫单元和生物脱硫单元；所述预处理单元包括：预处理反应罐，该预处理反应罐顶部设有加料口，底部设有排污口，该排污口与所述生物脱硫单元联通或可控联通；所述氧化脱硫单元包括：过滤器，该过滤器的进口与所述预处理反应罐内腔中部联通或可控联通；负压反应塔，该负压反应塔顶部与所述过滤器的出口联通或可控联通，所述联通或可控联通管路上旁路设有加酸装置；负压反应塔底部设有用于通入含氧气体的第一曝气器；尾气吸收装置，该尾气吸收装置与所述负压反应塔的顶部联通。

本文所称“联通”指的是通过管路实现两端装置、部件或其位置、区域的物料的连接；所称“可控联通”指的是通过管路实现两端装置、部件或位置、区域的物料连接，并且在管路上设置有用于选择性联通管路的机构，例如串联于管路中的流体泵或流体阀、位于管路端部的开关扇等机构。

本发明上述方案中预处理单元用于含硫污泥处理方法中的预处理步骤和破乳处理步骤，处理后的第二处理污泥通过排污口输送到生物脱硫单元；

为了进一步提高预处理步骤中各物料的混合程度，预处理单元还包括搅拌器，用于在使用时对预处理反应罐中的物料进行搅拌处理。具体的，搅拌器是由位于预处理反应罐外顶部的驱动电机和连接在所述驱动电机动力输出端的搅拌扇叶构成，所述搅拌扇叶位于所述预处理反应罐的内腔底部。

预处理反应罐顶部设置的加料口可用于向罐体内加入含硫污泥以及用于处理含硫污泥的处理试剂。具体的加料口包括污泥料进口、碱液进口和破乳剂进口，这些进口均位于所述预处理反应罐顶部且与反应罐内腔联通或可控联通，分别用于向预处理反应罐中加入含硫污泥、碱液和破乳剂。污泥料进口的可控联通可以通过在污泥进口处设置开关扇实现；碱液进口和破乳剂进口的可控联通可以通过流体泵实现，具体分别为碱液泵和加药泵。

为了回收破乳处理后残留的缓蚀剂和柴油，预处理单元还包括储油罐，该储油罐与预处理反应罐内腔中部联通或可控联通，用于将破乳处理后产生的缓蚀剂/柴油混合液回收至储油罐。储油罐与预处理反应罐的可控联通可以通过流体泵实现，具体为吸油泵。

本发明的上述方案中氧化脱硫单元用于含硫污泥处理方法中的氧化脱硫步骤；

加酸装置的设置是为了便于在含硫污泥处理方法中向含硫液体中加入酸性物质，用于调整含硫液体的pH值。为了实现均匀、稳定的加酸操作，加酸装置包括酸液罐，该酸液罐旁路设置在负压反应塔与过滤器之间，并实现联通或可控联通，可控联通可以通过在管路上设置流体泵实现，具体为加酸泵。

缓冲罐用于对通过过滤器的含硫液体进行缓冲储存，同时也可以实现含硫液体与酸液的充分混合。具体的，缓冲罐串联在所述负压反应塔与过滤器之间并位于加酸装置之后，缓冲罐底部设有排液口和用于通入含氧气体的第二曝气器，缓冲罐顶部与所述尾气吸收装置联通。设置第二曝气器可以向缓冲罐内通入含氧气体，使含硫液体在进入负压反应塔之前在缓冲储存的过程中进行预先氧化处理，使得一部分有毒的S^2-进行无害化处理，从而减轻负压反应塔的处理压力。作为进一步的优化方案，为了使加酸后的物料充分混合，可以在加酸装置与缓冲罐之间的管路上串联设置混合器，用于物料进一步的混合。

尾气吸收装置可以采用普通的尾气吸收装置，可以用于吸收尾气还可以提供负压环境，例如在吸收罐顶部设置抽风机，底部设有供尾气进入的进气口，在吸收罐内部添加吸收液体用于吸收尾气中的有害气体，同时还可以为负压反应塔提供负压环境。当然也可以优选采用如下结构的尾气吸收装置，包括：尾气吸收罐，该尾气吸收罐顶部设有排气口，尾气吸收罐内腔底部设有第三曝气器；在尾气吸收罐外部设有两端联通所述尾气吸收罐内腔底部的循环管路，该循环管路上串联有流体驱动装置；文丘里管，该文丘里管串联在所述循环管路上，文丘里管的细脖部与负压反应塔的顶部联通，也可以同时联通缓冲罐的顶部。流体驱动装置优化选择为流体泵。

尾气吸收装置使用时加入含有催化剂的溶液或悬浊液，富氧含硫气体在催化剂的作用下发生氧化反应，将有害的硫转化为无害的硫。在实际工程应用中，尾气吸收装置可以多级串联设置，可以将有害硫处理的更加彻底。也可以并列多个设置，便于尾气吸收装置的维护，维护内容主要有清除转化后的无害硫、催化剂再生、保持溶液的碱性环境等，例如当其中一个尾气吸收装置内被转化成的S₂O₃ ^2-和SO₄ ^2-饱和时，将流程倒入另一尾气吸收装置继续工作，饱和的S₂O₃ ^2-和SO₄ ^2-尾气吸收装置静置沉降、排液、补充碱液，实现催化剂的再生、重复利用。

文丘里管是一种先收缩而后逐渐扩大的管道，具有入口段、收缩段、细脖部和扩散段等四个部分构成。采用由文丘里管和循环管路的结构，使用时在流体泵的作用下，位于尾气吸收罐中的吸收液体可以循环流动，并且在文丘里管的细脖部形成负压，可以将尾气吸入循环管路中，同时在尾气气路中形成负压。

为了充分利用文丘里管细脖部所形成的负压，可以将文丘里管的细脖部与负压反应塔的顶部联通，为负压反应塔提供负压环境；当然可以理解是，现有技术中负压反应塔也可以通过设置抽风机、真空泵等装置实现负压环境。

本发明上述方案中生物脱硫单元用于含硫污泥处理方法中的生物脱硫步骤。

生物脱硫单元可以采用现有技术中的膜生物反应器，通过生化反应将硫磺转化为硫酸。本发明提供了一种生物脱硫单元，包括生物脱硫反应罐，该生物脱硫反应罐与所述预处理反应罐的排污口联通或可控联通；生物脱硫反应罐顶部设有反应料加入口；生物脱硫反应罐内腔底部设有第四曝气器，用于向生物脱硫反应罐内腔通入含氧气体；生物脱硫反应罐底部设有排泥口；搅拌器，用于在使用时对生物脱硫反应罐中的物料进行搅拌处理；生物膜过滤器，该生物膜过滤器设在所述生物脱硫反应罐的内腔，用于过滤获取经生物脱硫处理后产生的硫酸。

生物脱硫反应罐内腔底部与所述排泥口之间设有循环保温管路，该管路上设有加热元件，用于为生物脱硫反应罐内的微生物提供生化反应的温度环境。

本发明的含硫污泥处理装置还包括储酸罐，储酸罐的进口与生物膜过滤器联通或可控联通，用于回收生化反应所产生的硫酸，可控联通可以通过设置的流体泵实现，具体为抽酸泵。

附图说明

图1是本发明处理装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2是图1中氧化脱硫单元的结构示意图；

图3是图1中生物脱硫单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例是高含硫气田含硫污泥处理装置的实施例，具体如图1所示。高含硫气田含硫污泥处理装置包括依次连接的预处理单元、氧化脱硫单元和生物脱硫单元。

预处理单元包括：预处理反应罐7，该反应罐7顶部设有加料口1,3,4，其中加料口3为污泥料进口，用于向预处理反应罐7加入待处理的含硫污泥c；加料口1为碱液进口，通过设置在管路上的碱液泵2向预处理反应罐7中加入碱液a；加料口4为破乳剂进口，通过设置在管路上的加药泵5向预处理反应罐7中加入破乳剂。加料口可以各自单独设置或者两者以上共用设置；预处理单元还包括搅拌器6，用于在使用时对预处理反应罐中的物料进行搅拌处理，具体的搅拌器是由位于预处理反应罐7外顶部的驱动电机和连接在所述驱动电机动力输出端的搅拌扇叶构成，所述搅拌扇叶位于预处理反应罐7的内腔底部。预处理单元还包括储油罐10，该储油罐10与预处理反应罐7内腔中部8可控联通，用于将破乳处理后产生的缓蚀剂/柴油d混合液回收至储油罐10，储油罐10与预处理反应罐7的可控联通可以通过设置在管路上的吸油泵9实现，储油罐10上还设有物料出口，所回收的缓蚀剂/柴油d可以通过物料出口回收利用。预处理反应罐7底部设有排污口，该排污口与生物脱硫单元16联通，并在联通管路上设置有螺杆泵17，用于输送第二处理污泥；预处理反应罐7中部11与氧化脱硫单元13可控联通，可控联通通过设置在管路上的排液泵12实现。

如图2所示，氧化脱硫单元13包括：过滤器131，用于过滤污泥中的一些固体杂质，该过滤器131的进口A与预处理反应罐7内腔中部可控联通。氧化脱硫单元13还包括缓冲罐136，该缓冲罐136的顶部与过滤器131的出口联通；在缓冲罐136与过滤器131之间旁路设置有加酸装置，具体为酸液罐132，酸液罐132在使用时传统盛装有酸液，酸液通过管路上设置的加酸泵向缓冲罐136泵送酸液，在酸液罐132与缓冲罐136之间串联有混合器134，用于加酸后物料的混合；缓冲罐136的底部设有第二曝气器135，用于向缓冲罐136内腔通入含氧气体。氧化脱硫单元13还包括负压反应塔1316，负压反应塔1316底部设有第一曝气器1318，与大气联通用于向负压反应塔1316内部通入含氧气体(空气)；负压反应塔1316顶部设有喷淋装置1315和排气口1314，喷淋装置1315用于将过滤后的含硫液体自上而下喷淋与含氧气体进行充分的接触，该喷淋装置1315与缓冲罐136底部联通，联通管路上设有输送泵1319，排气口1314用于与负压气体联通为负压反应塔1316提供负压环境，而且还可以排放或回收硫氧化所产生的含硫气体。负压反应塔1316工作时，含硫液体喷淋而下在催化剂的作用下与通过第一曝气器进入的含氧气体反应，氧化含硫液体中的硫实现无害化。氧化脱硫单元13还包括尾气回收装置，尾气吸收装置包括尾气吸收罐1311，尾气吸收罐1311外部设有两端联通尾气吸收罐1311底部内腔的循环管路，该循环管路上串联有流体泵1310，使用时用于驱动尾气吸收罐1311底部液体的循环流动，循环管路一端联通有位于尾气吸收罐1311底部内腔的第三曝气器1312，尾气吸收罐1311顶部分别设有压力表和排气口e，排气口e用于排出经处理后的尾气。在循环管路上还串联有文丘里管，文丘里管是一种先收缩而后逐渐扩大的管道，具有入口段、收缩段、细脖部和扩散段等四个部分构成，其中细脖部139与负压反应塔1316顶部的排气口1314联通，用于为负压反应塔1316提供负压环境同时文丘里管的细脖部139还与缓冲罐136顶部联通，也可以用于处理缓冲罐136中所产生的富氧含硫尾气。采用由文丘里管和循环管路的结构，使用时在流体泵的作用下，位于尾气吸收罐中的吸收液体可以循环流动，并且在文丘里管的细脖部形成负压，可以将尾气吸入循环管路中，同时在尾气气路中形成负压。使用时，尾气吸收罐1311中盛放有含有催化剂的溶液或悬浊液，富氧含硫气体被文丘里管吸收后经循环管路进入尾气吸收罐1311，在催化剂的作用下含硫气体被含氧气体氧化形成无害化物质，催化剂具体可以选择CuSO₄、FeSO₄、MnSO₄、CoCl₂中的一种。

如图3所示，生物脱硫单元包括：生物脱硫反应罐171，生物脱硫反应罐171顶部设有反应料加入口161，该反应料加入口161与预处理反应罐7底部的排污口D联通，并通过设置在管路上的排污泵17输送污泥。生物脱硫反应罐171底部设有第四曝气器169，该第四曝气器169与大气联通，使用时通过气泵166向生物脱硫反应罐171内腔通入含氧气体，生物脱硫反应罐171底部设有排泥口，使用时通过排泥泵165排除处理后的污泥g。生物脱硫反应罐171还设有搅拌器162，用于在使用时对生物脱硫反应罐171内的物料进行搅拌处理。生物脱硫反应罐171内还设有生物膜过滤器168，用于过滤获取经生物脱硫处理后产生的硫酸f，过滤器168的出口管路上设有流体泵162。生物脱硫反应罐171外部还设有循环保温管路，该管路一端与排泥口联通，另一端与生物脱硫反应罐171顶部联通，循环保温管路上设有加热元件164，通过加热用于维持生物脱硫反应罐171内部的反应温度。图3中170表示阀门，可以通过对不同阀门的控制实现循环加热或污泥排出。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，本申请的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本申请的保护范围内。

实施例2

作为进一步改进的实施例，本实施例在实施例1的基础上，在生物膜过滤器的出口处设有储酸罐，用于储存从生物脱硫反应罐171回收的稀硫酸(图3中未画出)，该储酸罐的进口与所述生物膜过滤器联通。

实施例3

作为进一步改进的实施例，本实施例在实施例2的基础上，将储酸罐的出口与酸液罐联合，实现稀硫酸的循环利用。

实施例4

本发明关于高含硫气田含硫污泥处理方法的实施例如下：

1)将待处理的含硫污泥加入预处理反应罐，跟据预处理反应罐的容积确定含硫污泥的处理量，本实施例按照固态含硫污泥与水1:5体积比投入，该处理量能够满足在含硫污泥固液分离时，能够确定固液分离的界面；再向预处理反应罐中加入2％NaOH溶液搅拌洗涤，进行第1次静置分离，将含硫污泥中的硫化氢及硫化物携带至水相，分离出的上层含硫液体进入氧化脱硫单元，分离留下的固体为第一处理污泥；

2)将步骤1)处理得到的含硫液体经过滤除去固体杂质，加入硫酸调整pH值为4，再将含硫液体在负压反应塔中的负压环境下，让含硫气体逸出并与空气充分接触，形成富氧含硫气体；通过文丘里管吸收富氧含硫气体至尾气吸收罐，在尾气吸收罐中加有含金属盐催化剂溶液，通过催化反应，将有害硫转化为无害硫；具体反应如下：

4S^2-+3O₂-----2S₂O₃ ^2-

S^2-+2O₂→SO₄ ^2-

其中催化剂采用CuSO₄；其中负压反应条件为空气曝气的气液比为5，真空度控制在0.005MPa，催化反应体系的pH值为9.5；

3)向预处理反应罐7中加入5‰加入破乳剂，混合搅拌均匀后，进行第2次静置分离，分离出的上层含少量柴油、缓蚀剂的油相输送至储油罐储存，可作为集输管道批处理缓蚀剂回用；其中破乳剂使用酚醛树脂破乳剂、烷基酚聚氧乙烯醚、聚磷酸酯破乳剂和聚合氯化铝破乳剂按照质量比为1:2:3:1复配物；

4)将步骤3)处理得到的第二处理污泥输送至生物脱硫单元，加入到生物脱硫反应罐，加入无机盐溶液(硫酸铵溶液)和生物菌(氧化亚铁硫杆菌)，在25℃环境中好氧反应，以单质硫和无机盐作为生物营养物质，将单质硫转化为硫酸，具体反应如下：

其中硫污泥与生物菌的质量配比为10:3，处理后留下的污泥(含微量泥沙、管道腐蚀产物)外排，经压滤、固化，可以用于烧砖、铺路。

实施例5

本发明关于高含硫气田含硫污泥处理方法的实施例如下：

1)将待处理的含硫污泥加入预处理反应罐，跟据预处理反应罐的容积确定含硫污泥的处理量，本实施例按照固态含硫污泥与水1:5体积比投入，该处理量能够满足在含硫污泥固液分离时，能够确定固液分离的界面；再向预处理反应罐中加入1％NaOH溶液搅拌洗涤，进行第1次静置分离，将含硫污泥中的硫化氢及硫化物携带至水相，分离出的上层含硫液体进入氧化脱硫单元，分离留下的固体为第一处理污泥；

2)将步骤1)处理得到的含硫液体经过滤除去固体杂质，加入硫酸调整pH值为4.5，再将含硫液体在负压反应塔中的负压环境下，让含硫气体逸出并与空气充分接触，形成富氧含硫气体；通过文丘里管吸收富氧含硫气体至尾气吸收罐，在尾气吸收罐中加有含金属盐催化剂溶液，通过催化反应，将有害硫转化为无害硫；具体反应如下：

4S^2-+3O₂-----2S₂O₃ ^2-

S^2-+2O₂→SO₄ ^2-

其中催化剂采用FeSO₄；其中负压反应条件为空气曝气的气液比为10，真空度控制在0.01Mpa，催化反应体系的pH值为10；

3)向预处理反应罐7中加入5‰加入破乳剂，混合搅拌均匀后，进行第2次静置分离，分离出的上层含少量柴油、缓蚀剂的油相输送至储油罐储存，可作为集输管道批处理缓蚀剂回用；其中破乳剂使用酚醛树脂破乳剂、烷基酚聚氧乙烯醚、聚磷酸酯破乳剂和聚合氯化铝破乳剂按照质量比为1:2:3:1复配物；

4)将步骤3)处理得到的第二处理污泥输送至生物脱硫单元，加入到生物脱硫反应罐，加入无机盐溶液(硫酸钠溶液)和生物菌(氧化亚铁硫杆菌)，在28℃环境中好氧反应，以单质硫和无机盐作为生物营养物质，将单质硫转化为硫酸，具体反应如下：

其中硫污泥与生物菌的质量配比为16：3，处理后留下的污泥(含微量泥沙、管道腐蚀产物)外排，经压滤、固化，可以用于烧砖、铺路。

实施例6

本发明关于高含硫气田含硫污泥处理方法的实施例如下：

1)将待处理的含硫污泥加入预处理反应罐，跟据预处理反应罐的容积确定含硫污泥的处理量，本实施例按照固态含硫污泥与水1:5体积比投入，该处理量能够满足在含硫污泥固液分离时，能够确定固液分离的界面；再向预处理反应罐中加入4％NaOH溶液搅拌洗涤，进行第1次静置分离，将含硫污泥中的硫化氢及硫化物携带至水相，分离出的上层含硫液体进入氧化脱硫单元，分离留下的固体为第一处理污泥；

2)将步骤1)处理得到的含硫液体经过滤除去固体杂质，加入硫酸调整pH值为5，再将含硫液体在负压反应塔中的负压环境下，让含硫气体逸出并与空气充分接触，形成富氧含硫气体；通过文丘里管吸收富氧含硫气体至尾气吸收罐，在尾气吸收罐中加有含金属盐催化剂溶液，通过催化反应，将有害硫转化为无害硫；具体反应如下：

4S^2-+3O₂-----2S₂O₃ ^2-

S^2-+2O₂→SO₄ ^2-

其中催化剂采用MnSO₄；其中负压反应条件为空气曝气的气液比为15，真空度控制在0.015Mpa，催化反应体系的pH值为11；

3)向预处理反应罐7中加入5‰加入破乳剂，混合搅拌均匀后，进行第2次静置分离，分离出的上层含少量柴油、缓蚀剂的油相输送至储油罐储存，可作为集输管道批处理缓蚀剂回用；其中破乳剂使用酚醛树脂破乳剂、烷基酚聚氧乙烯醚、聚磷酸酯破乳剂和聚合氯化铝破乳剂按照质量比为1:2:3:1复配物；

4)将步骤3)处理得到的第二处理污泥输送至生物脱硫单元，加入到生物脱硫反应罐，加入无机盐溶液(硫酸钾溶液)和生物菌(氧化亚铁硫杆菌)，在30℃环境中好氧反应，以单质硫和无机盐作为生物营养物质，将单质硫转化为硫酸，具体反应如下：

其中硫污泥与生物菌的质量配比为8：3，处理后留下的污泥(含微量泥沙、管道腐蚀产物)外排，经压滤、固化，可以用于烧砖、铺路。

实施例7

本发明关于高含硫气田含硫污泥处理方法的实施例如下：

1)将待处理的含硫污泥加入预处理反应罐，跟据预处理反应罐的容积确定含硫污泥的处理量，本实施例按照固态含硫污泥与水1:5体积比投入，该处理量能够满足在含硫污泥固液分离时，能够确定固液分离的界面；再向预处理反应罐中加入5％NaOH溶液搅拌洗涤，进行第1次静置分离，将含硫污泥中的硫化氢及硫化物携带至水相，分离出的上层含硫液体进入氧化脱硫单元，分离留下的固体为第一处理污泥；

2)将步骤1)处理得到的含硫液体经过滤除去固体杂质，加入硫酸调整pH值为5，再将含硫液体在负压反应塔中的负压环境下，让含硫气体逸出并与空气充分接触，形成富氧含硫气体；通过文丘里管吸收富氧含硫气体至尾气吸收罐，在尾气吸收罐中加有含金属盐催化剂溶液，通过催化反应，将有害硫转化为无害硫；具体反应如下：

4S^2-+3O₂-----2S₂O₃ ^2-

S^2-+2O₂→SO₄ ^2-

其中催化剂采用CoCl₂；其中负压反应条件为空气曝气的气液比为20，真空度控制在0.02Mpa，催化反应体系的pH值为12；

3)向预处理反应罐7中加入5‰加入破乳剂，混合搅拌均匀后，进行第2次静置分离，分离出的上层含少量柴油、缓蚀剂的油相输送至储油罐储存，可作为集输管道批处理缓蚀剂回用；其中破乳剂使用酚醛树脂破乳剂、烷基酚聚氧乙烯醚、聚磷酸酯破乳剂和聚合氯化铝破乳剂按照质量比为1:2:3:1复配物；

4)将步骤3)处理得到的第二处理污泥输送至生物脱硫单元，加入到生物脱硫反应罐，加入无机盐溶液(氯化钙溶液)和生物菌(氧化亚铁硫杆菌)，在33℃环境中好氧反应，以单质硫和无机盐作为生物营养物质，将单质硫转化为硫酸，具体反应如下：

其中硫污泥与生物菌的质量配比为4：3，处理后留下的污泥(含微量泥沙、管道腐蚀产物)外排，经压滤、固化，可以用于烧砖、铺路。

实验例1

其中，经碱洗除硫、破乳除油后剩余的固相(含单质硫、微量泥沙、管道腐蚀产物)与生物菌(氧化亚铁硫杆菌)污泥以不同浓度比例混合，进行生物法制硫酸，实验结果见下表。

实验结果表明，经过预处理后的低品质硫磺使微生物产酸效率大幅度提高，未经预处理的含硫污泥会影响微生物的产酸效率；另随着含单质硫固相用量的增大，硫酸转化率增大，处理效果越好。

实验例2

本发明采用空气+催化剂体系处理步骤2)负压处理后的尾气，处理效果好。采用实施例4-7的方法处理含硫污泥，并采用如下催化氧化条件处理尾气，并对脱硫结果进行检测，具体结果如下：

通过对比可以看出：基于空气催化氧化，评价空气+金属盐催化氧化处理含硫尾气效果，确定锰盐为催化剂的硫化氢转化率可达100％，效果最好。

Claims (10)

1.一种高含硫气田含硫污泥的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将含硫污泥与碱液混合反应，固液分离得含硫液体和第一处理污泥；

2)调整含硫液体至酸性，负压抽取含硫气体，将含硫气体与含氧气体在催化剂作用下发生氧化反应，得到含硫化合物；

3)将第一处理污泥与破乳剂混合反应，固液分离得液相和第二处理污泥，回收液相；

4)将第二处理污泥在硫铁氧化微生物和生物营养液作用下进行好氧生化反应产生硫酸。

2.根据权利要求1所述的高含硫气田含硫污泥的处理方法，其特征在于：步骤2)所述调整含硫液体至酸性的pH值为4-5。

3.一种高含硫气田含硫污泥的处理装置，其特征在于：包括依次连接的预处理单元、氧化脱硫单元和生物脱硫单元；

所述预处理单元包括：

预处理反应罐，该预处理反应罐顶部设有加料口，底部设有排污口，该排污口与所述生物脱硫单元联通或可控联通；

所述氧化脱硫单元包括：

过滤器，该过滤器的进口与所述预处理反应罐内腔中部联通或可控联通；

负压反应塔，该负压反应塔顶部与所述过滤器的出口联通或可控联通，所述联通或可控联通管路上旁路设有加酸装置；负压反应塔底部设有用于通入含氧气体的第一曝气器；

尾气吸收装置，该尾气吸收装置与所述负压反应塔的顶部联通。

4.根据权利要求3所述的高含硫气田含硫污泥的处理装置，其特征在于：所述预处理单元还包括搅拌器，用于在使用时对预处理反应罐中的污泥进行搅拌处理；所述搅拌器是由位于预处理反应罐外顶部的驱动电机和连接在所述驱动电机动力输出端的搅拌扇叶构成，所述搅拌扇叶位于所述预处理反应罐的内腔底部。

5.根据权利要求3所述的高含硫气田含硫污泥的处理装置，其特征在于：所述预处理单元还包括储油罐，该储油罐与所述预处理反应罐内腔中部联通或可控联通。

6.根据权利要求3所述的高含硫气田含硫污泥的处理装置，其特征在于：所述加料口包括污泥料进口、碱液进口和破乳剂进口，这些进口均位于所述预处理反应罐顶部且与反应罐内腔联通或可控联通。

7.根据权利要求3所述的高含硫气田含硫污泥的处理装置，其特征在于：所述加酸装置包括酸液罐和加酸泵。

8.根据权利要求3-7任一项所述的高含硫气田含硫污泥的处理装置，其特征在于：所述氧化脱硫单元还包括缓冲罐，该缓冲罐串联在所述负压反应塔与过滤器之间并位于加酸装置之后，缓冲罐底部设有排液口和用于通入含氧气体的第二曝气器，缓冲罐顶部与所述尾气吸收装置联通。

9.根据权利要求3-7任一项所述的高含硫气田含硫污泥的处理装置，其特征在于：所述尾气吸收装置包括：

尾气吸收罐，该尾气吸收罐顶部设有排气口；尾气吸收罐内腔底部设有曝气器；在尾气吸收罐外部设有两端联通所述尾气吸收罐内腔底部的循环管路，该循环管路上串联有流体驱动装置；

文丘里管，该文丘里管串联在所述循环管路上，文丘里管的细脖部与所述负压反应塔的顶部联通。

10.根据权利要求3-7任一项所述的高含硫气田含硫污泥的处理装置，其特征在于：所述生物脱硫单元包括：

生物脱硫反应罐，该生物脱硫反应罐与所述预处理反应罐的排污口联通或可控联通；生物脱硫反应罐顶部设有反应料加入口；生物脱硫反应罐内腔底部设有第四曝气器，用于向生物脱硫反应罐内腔通入含氧气体；生物脱硫反应罐底部设有排泥口；

搅拌器，用于在使用时对生物脱硫反应罐中的物料进行搅拌处理；

生物膜过滤器，该生物膜过滤器设在所述生物脱硫反应罐的内腔，用于过滤获取经生物脱硫处理后产生的硫酸。

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