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1、厌氧状态下生物法脱除H2S的研究类别：科技发明制作B类化工 / 文档可自由编辑打印摘 要 水煤气作为洁净煤技术具有广泛的应用前景，但水煤气中含有低浓度硫化氢水，如果不对煤气中硫化氢进行脱硫处理，经燃烧后将以更低浓度的SO2形式随烟气排放，造成脱硫成本提高。目前去除H2S的方法主要为物理法、化学法，而生物法具有设备简单、能耗低、产生二次污染的可能性小等优点已成为研究与应用中的主流方法。故本课题根据水煤气中含有CH4、CO等易燃易爆的气体，对氧含量有严格控制的特点提出了在厌氧状态下用生物法对水煤气中硫化氢进行脱除。通过对活性污泥进行驯化、分离，设计生物反应塔，以树皮为填料，进行挂膜，通过测定pH、
2、SO42-检验挂膜情况，通入H2S后测定S2-检验菌种脱硫效率。结果表明：混合菌中可能存在硫杆菌，且生长周期为5天，挂膜结果表明该菌体能有效地氧化S、S2-，可作为氧化气体硫化氢的菌种。在对滴滤塔进行生物挂膜时，6天后pH稳定，菌体对硫离子氧化逐渐稳定，滴滤塔填料出现生物膜。通入H2S气体测定滴滤塔进出口硫化氢浓度得出，硫化氢初始浓度为27g/m3时，50min后填料被穿透，此时去除率可达到92.44%，初始浓度为60mg/m3时，60min后填料被穿透，去除率可达到91.86%，为实际应用于水煤气脱硫提供参考。关键词：硫化氢；生物脱硫；硫杆菌；填料塔目录第一章 前言11.1 课题提出的背景1
3、1.2 生物法处理硫化氢的研究概况21.2.1 生物法脱除硫化氢的菌类21.2.2 生物法脱除硫化氢的工艺21.2.3 生物法脱除硫化氢的研究进展31.3 本课题研究的主要内容及意义4第二章 实验材料与方法42.1材料和仪器52.1.1 实验主要材料和试剂52.1.2主要仪器62.1.3 溶液的配置62.2实验方法72.2.1污泥的驯化72.2.2脱除系统及生物填料塔的设计72.2.3生物反应器挂膜92.2.4填料塔去除硫化氢的小试实验（碘量法）9第三章 实验结果与分析103.1细菌驯化结果分析103.1.1液体培养103.1.2细菌分离纯化结果与分析103.2.1挂膜阶段结果与分析113.2
4、.2硫化氢效率结果与分析12第四章 结论与不足144.1结论144.2不足之处14参考文献15第一章 前言1.1 课题提出的背景H2S为无色剧毒的危险气体，当空气中浓度超过28mg/m3时，人就无法正常工作；超过1000mg/m3时，就可能引起急性中毒1。H2S臭阈为0.0004110-3g/L。低浓度的H2S具有强烈的恶臭气味，直接危害人体健康。H2S在空气中易被氧气和臭氧氧化为二氧化硫，从而导致酸雨。所以，净化硫化氢臭气已成为国民经济、环保领域中迫切需解决的问题。在有氧和潮热的条件下，严重腐蚀设备、管道和仪表等。目前去除H2S的方法有物理法、化学法和生物法，其中由于生物法具有设备简单、能耗
5、低、产生二次污染的可能性小等优点已成为国内外恶臭防治研究与应用中的主流方法。水煤气中含有CO、CO2、H2、O2、CH4、H2S、N2等成分，其中H2S含量一般为13 g/m3。如果不对水煤气中的硫化氢进行脱硫处理，水煤气中硫化氢经燃烧后将以更低浓度的SO2形式随烟气排放，按照污染控制要求需对烟气进行脱硫处理，脱硫成本高。且水煤气中硫化氢未经脱除，对其下游设备有腐蚀性，故本课题对水煤气中硫化氢进行脱除处理。根据水煤气中含有CH4、CO等易燃易爆的气体，对氧含量有严格控制的特点提出了在厌氧状态下用生物法对水煤气中硫化氢进行脱除的课题。煤气的脱硫方法从总体上来分有两种：热煤气脱硫和冷煤气脱硫。在我
6、国，热煤气脱硫现在仍处于试验研究阶段，还有待于进一步完善，而冷煤气脱硫是比较成熟的技术，其脱硫方法也很多。冷煤气脱硫大体上可分为干法脱硫和湿法脱硫两种方法，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广，而湿法脱硫以砷碱法、ADA、改良ADA和栲胶法颇具代表性。干法脱硫 干式脱硫，由于硫的吸附，会增加脱硫剂床层的阻力，即而引起煤气压力波动，不利于窑前煤气的正常燃烧；另外，采用干式脱硫，脱硫效率随着脱硫剂应用时间增加而不断降低，不利于控制最终产品质量；而且，由于干法脱硫大多属于间歇再生，为了不影响企业连续生产，必须设置备用脱硫塔，造成设备闲置浪费。湿法脱硫 湿法的基本过程是用脱硫溶液洗涤烟气，气液传质过程
7、一般较气固快，设备相对较小，但工艺复杂，占地面积大，投资费用高，净化后的烟温较低，需对其再加热，以利排放后扩散。生物脱硫法是近年来开发处理硫化氢臭气的一种新湿法脱硫，它是利用微生物去除恶臭物质，达到去除臭味的方法。此法可适用于生物去除的水溶性恶臭物质的处理，微生物只能利用水中溶解性的物质，因此被去除的恶臭物质首先应溶解于水中，再转移到微生物体内，通过微生物的代谢活动而被去除。本课题主要对生物脱除低浓度硫化氢进行进一步的研究，重点研究菌种的培养和反应塔设计。为今后用于洁净煤燃烧技术中脱除硫化氢，以及屠宰厂废气脱除硫化氢奠定基础。1.2 生物法处理硫化氢的研究概况 生物脱硫法由于使用的菌种不同，不
8、仅所需的营养物质、能源和碳源不尽相同，而且脱除硫的原理也不相同。1.2.1 生物法脱除硫化氢的菌类光合硫细菌光合细菌中的紫色硫细菌和绿色硫细菌的一些种在厌氧条件下，以H2S为供氢体，从光源中获得能量，还原CO2合成细菌细胞，而H2S被氧化成单质S或进一步氧化成硫酸。由于条件苛刻，研究进展不大，仍处于分批试验或实验室小试阶段。自养菌 自养菌的除硫原理是以无机硫为营养，二氧化碳提供碳源，在有氧气供应的条件下把H2S氧化为单质硫或硫酸盐。其中较为常用的有排硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌和脱氮硫杆菌2。脱氮硫杆菌是一种严格自养和兼性厌氧型细菌, 能在好氧或厌氧条件下将硫化物氧化为单质S或进一步氧化成硫酸盐。
9、在好氧条件下脱除H2S的原理为: 用碱液吸收H2S并形成硫化物溶液, 然后脱氮硫杆菌以硫化物为电子供体, 以O2为电子受体, 将硫化物氧化为单质S或硫酸盐。在厌氧条件下，脱氮硫杆菌以硝酸盐中的氧来氧化硫化合物，其氧化H2S的过程为：异养菌异养菌虽然不以硫化物作为能源物质, 但其世代周期短、生长迅速, 应用其对填料塔进行挂膜易于形成生长旺盛的生物膜, 因此可取得较好的硫化物脱除效果, 而挂膜与运行管理却比自养菌更为方便。考虑到能源物质消耗，本课题暂不考虑该种菌类。1.2.2 生物法脱除硫化氢的工艺 根据气体处理过程中微生物的存在形式，可将生物脱硫方法分为微生物吸收工艺（悬浮态）和微生物过滤工艺（
10、固着态）。微生物吸收工艺可分为生物洗涤法和生物曝气法。生物过滤工艺包括土壤法、堆肥法和箱式滤池等几种形式。其中，土壤法占地面积大；堆肥法滤料易结块，使用年限短，而且它们往往都是开放式的，所以一般用于恶臭气体的去除，很少用于气体的净化3。目前常用的生物处理设备为生物滤池、生物滴滤池和生物洗涤器，应用最广泛的是生物滤池和生物滴滤池。生物滴滤池适宜处理气量较小、浓度大的废气处理。对于气量大、浓度低的废气可采用生物滤池处理系统，对于负荷较高及污染物降解后会生成酸性物质的废气，则以生物滴滤池为好。目前，在H2S气体的生物净化工艺中，操作简便的生物滴滤池工艺的应用居多。综上所述生物法脱硫化氢有以下几方面的
11、优点： H2S的选择性和脱除率高，即使因吸收溶液呈酸性并有CO2存在，H2S的吸收选择性能仍然高，并且脱除率达99%以上； 操作费用较低。与普通物理、化学处理技术相比，生物处理技术的投资及运行费用是最低的，因为生物处理技术不需要添加昂贵的催化剂和特殊的氧化剂。国外有人曾以地热发电站每天脱除5吨量的硫化氢为基础，计算微生物脱硫的总费用，结果表明，微生物脱硫费用约为常规湿法脱硫的50%。对于一个大中型工厂来说，用于H2S处理的投资和运行费用很高，节约50%的投资就是很可观的数目。 整个工艺闭式循环，无废料排出，并获得了酸性的废液，可以制成水稻壮秧剂； 设备比较简单，工程造价低。由于生物法在常温、常
12、压下操作，生物反应器、吸收塔和其它容器可用普通碳钢加橡胶衬里制造。工业硫化氢生物处理是一种实用性强、应用范围广的方法，其具有脱除效率高，装置简单，处理成本低廉，运行维护容易，产生二次污染的可能性小等传统方法不可比拟的优越性和安全性，因此，处理含H2S气体的细菌成为一个新的研究方向，并且微生物脱硫技术具有良好的发展前景，已成为国内外硫化氢气体防治研究与应用中的主流方法。为了降低投资，节约运行费用，提高环境效益，保证排气达标，大力加强对这方面的研究，并应用到实际的H2S治理中去，具有很强的现实意义。1.2.3 生物法脱除硫化氢的研究进展自20世纪50年代“利用土壤微生物处理H2S废气”专利问世以来
13、，各国在生物氧化处理H2S气体这一领域开展了广泛的研究，至80年代已有各类微生物去除H2S装置在日本和德国开始应用并取得了显著效果4。陶粒、软性填料、PVC弹性填料进行生物膜脱除气体中H2S的研究，但仍处在起步阶段57。微生物法处理工业废气，是近几年发展起来的一种新技术，该法能有效地脱除有害气体，具有工艺设备简单、管理维护方便、能耗少、运行费用低、二次污染少、去除有害成分效率较高等优点，成为工业废气治理的一个发展方向。生物法处理气态污染物已经受到了越来越多的关注，具有很好的发展潜力和应用前景。由于国内这方面起步较晚，很多方面研究不全，比如对生物洗涤法和生物滴滤法等工艺参数的研究还不够透彻，对中
14、浓度的硫化氢的治理较少等。魏泉源8等利用生物填料塔，循环厌氧消化液处理沼气中硫化氢的方法，结果表明：经富集驯化的脱硫微生物可以高效地去除S2-，在生物填料塔系统运行过程中，进气量为0.15L/min、循环液曝气量为1.5L/min、pH值为23循环液喷淋量为1.8L/h、温度为（303）时系统的运行效果较优，在优化组合条件下运行系统，过程中不更新循环液，前5d硫化氢的去除率均保持在95%以上，68d仍保持在90%左右。王帆9等利用生物膜填料塔净化中浓度H2S，得出中浓度H2S净化适宜的工条件为营养液pH为2.0、温度30、营养液喷淋量10L/h、空塔气速0.16m3/h、H2S初始质量浓度小于
15、60mg/m3，H2S的净化效率可达到90%以上。李顺义10等研究了多层生物滤塔对低浓度H2S气体的净化效果，实验表明填料分层填充可提高废气中H2S去除率，当进气浓度低于140 mg/m3时，H2S的去除率90以上；H2S进气容积负荷、去除率与填料层填充厚度有一定的相关性，负荷低于42.2 g/(m3d)，下层200 mm填料对H2S总去除率的贡献在95以上；填料含水率为5570，生物滤塔的微生物活性较高，净化效率高。1.3 本课题研究的主要内容及意义近年来兴起的生物脱硫法具有脱臭效率高，装置简便，投资及运行费用低，无二次污染，易于操作和管理的优势。在洁净煤燃烧技术中首先须将煤气化成水煤气，水煤气主要由一氧化碳、氢气等易燃易爆气体组成，并含有微量的氧，在传输过程中对水煤气中氧含量有着严格的控制，以保证安全。所以，我们所研究的课题是在缺氧-厌氧条件下进行水煤气脱硫实验。本试验通过对活性污泥进行驯化、分离、鉴定，并在不同投硫量下，进行菌体生长动力学研究；其次设计生物滴滤塔，以树皮作为填料考察模拟水煤气中硫化氢的去除效果，得出生物
