一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理工艺及处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术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

A halophilic alkalophilic biological desulfurization process and treatment device

【技术实现步骤摘要】
一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理工艺及处理装置
本专利技术属于环境工程领域，具体涉及一种嗜盐嗜碱生物脱硫处理工艺及处理装置。
技术介绍
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SO42-和S2O32-。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，SO42-和S2O32-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+11/2O2+H2O→SO42-+2H+单质硫的生物氧化③3HS-+O2→1/2S2O32-+1/2H2O硫化物的化学氧化④1/2S2O32-+O2+1/2H2O→SO42-+H+硫代硫酸根的生物氧化⑤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S2O32-(反应①)，此外，部分的聚硫化物也会转化为S2O32-。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S2O32-。因此，为了增加S8的生成速率，应该设法减少副产物S2O32-和SO42-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，S2O32-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SO42-。微生物通过DSR酶系催化SO42-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SO42-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SO42-形成代谢抑制；(II)通过刺激SOB对HS-的吸收降低HS-到S2O32-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。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术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，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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％)，对于本专利技术而言，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专利技术。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。本专利技术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。对于本专利技术而言，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。根据本专利技术，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。根据本专利技术，所述生物净化塔上设有进气管路和出气管路，其中，进气管路主本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。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；优选地，所述动力输送装置为水泵。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，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；优选地，所述净化气管道上设有阀门；优选地，所述曝气装置为曝气管或曝气盘。4.一种嗜盐嗜碱生物脱硫工艺，其特征在于，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。5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于，采用权利要求1-3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。6.如权利要求5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，优选为多能硫碱弧菌；优选地，步骤(1)所述吸收液为Na2CO3溶液和/或NaHCO3溶液；优选地，步骤(1)所述吸收液的pH为8...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆廷桢，邢建民，杨茂华，苗得露，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11