生物法再生铁离子溶液脱除气体中硫化氢的研究

发布时间：2020-06-10 04:02

【摘要】： 本论文进行生物法再生铁离子溶液脱除H_2S气体的研究。通过氧化亚铁硫杆菌的固定化细胞生物反应器再生的Fe~(3+)溶液，在鼓泡塔进行脱除H_2S气体的研究。由于该法脱硫效率高，运行费用低，在常温常压下操作，脱硫过程中无废料排出，且生成的硫资源还可被再利用，因此被认为是最有发展前途的生物脱硫方法之一。从云南省某硫化矿的矿坑酸性废水中分离出一类细菌，经分析鉴定初步断定该菌种为以氧化亚铁硫杆菌为优势菌的工程菌；并进行氧化亚铁硫杆菌生长特性与生长动力学研究。以软性塑料纤维与沸石为填料，用吸附法构建了氧化亚铁硫杆菌固定化细胞生物反应器，考查了固定化细胞生物反应器形式、空气流量的大小、液体流量的大小、Fe~(2+)浓度的变化、pH值的变化等因素对固定化细胞生物反应器氧化Fe~(2+)的影响，研究结果表明，其大大提高Fe~(2+)的氧化速率且性能稳定。在初始pH=1．6的条件下，要达到95％以上的Fe~(2+)氧化率，以软性塑料纤维为填料的固定化其Fe~(2+)氧化速率仅为0．36g/L/h；以沸石为填料气液逆流式固定化，其Fe~(2+)氧化速率为0．63g/L/h，是以软性塑料纤维为填料的1．75倍；而以沸石为填料气液并流式固定化，其Fe~(2+)氧化速率高达1．10g/L/h，是气液逆流式固定化的1．75倍。但以软性塑料纤维为填料的固定化反应器结构简单，运行费用低，，操作方便且容易控制，同时由于采用悬挂软性塑料纤维为填料，可有效避免填料塔的堵塞。通过固定化细胞生物反应器再生的Fe~(3+)溶液在鼓泡塔吸收脱除H_2S气体，考查了Fe~(3+)浓度、H_2S气体进气浓度、进气量、气体停留时间与Fe~(3+)溶液流量等操作因素对H_2S脱除效率的影响，以及脱硫装置长时间连续运行的脱硫效果。当H_2S气体进气浓度高达8100 mg／m~3，通过在较大的气体停留时间与Fe~(3+)溶液流量下运行仍可达到99．77％的脱硫效率，H_2S出气浓度在20mg／m~3以下，达到国家规定的城市煤气、天然气与油品炼厂废气中H_2S标准；且H_2S的处理负荷高达1031．85g／m~3／h。脱除H_2S实验装置长时间连续运行的研究结果表明，当H_2S气体的进气浓度为4000 mg／m~3左右时，脱硫效率随运行时间的延长而缓慢降低，运行250h后的脱硫效率从初始的99．81％下降到98．01％，H_2S出气浓度从7．80mg／m~3上升到82．00mg／m~3。要想保持脱硫效率的稳定，需定期向溶液中补加Fe~(2+)以保持溶液中铁离子浓度的基本稳定，同时补加Fe~(2+)还可以维持氧化亚铁硫杆菌的氧化活性。通过细菌氧化黄铁矿产生的铁离子溶液脱除H_2S气体，考查了黄铁矿的粒度大小、矿浆浓度这两个主要因素对细菌氧化黄铁矿的影响。利用气升式反应器氧化黄铁矿所产生的铁离子溶液进行脱除H_2S气体的对比试验研究，研究结果表明与细菌氧化FeSO_4·7H_2O产生Fe~(3+)溶液的脱硫效率相差不大，这说明用黄铁矿来代替FeSO_4·7H_2O用于生物脱硫在技术上是可行的。利用S-H_2O系和Fe-H_2O系的E-pH图分析脱除H_2S气体过程中形成单质硫的稳定性和形成固相铁的氢氧化物的可能性。进行H_2S气体水溶液和再生铁离子溶液中Fe~(3+)的溶液化学特性研究，研究结果表明，只有当溶液的pH2．29，才会产生Fe(OH)_3沉淀；当pH2．29，再生铁离子溶液中的铁离子主要是以Fe_2(OH)_2~(4+)、Fe~(3+)形式存在，其次是以Fe(OH)~(2+)形式存在。通过理论分析得出再生铁离子溶液脱除H_2S气体是经过三种途径实现的，一是Fe~(3+)的直接氧化作用，二是Fe_2(OH)_2~(4+)的间接催化氧化作用，三是Fe(OH)~(2+)的直接氧化作用。
【图文】：

氧化亚铁硫杆菌,细胞结构

氧化亚铁硫杆菌的细胞结构简图

照片,光学显微镜,照片,菌种

色变成棕红色的时间起来越短，最后选取颜色变得最快、最深以及沉淀最少的菌株作为出发菌进行鉴定与实验研究，并命名为Tl菌。该菌种经革兰氏染色鉴定为阴性菌;在光学显微镜下的照片如图2.1，从图2.1中看出，该菌为短杆状，直径约0.3~0.5林m、长度约 1.2一1.5林m，以单个、双个或几个成短链状存在，在显微镜下能观察到菌体的单极生鞭毛游动。另外由于该菌为典型的好氧菌，在初始 pH=2.0的酸性环境里长势良好，同时能快速地将gK培养基中Fe2+氧化成Fe3+，因此根据《伯杰氏细菌鉴定手册》(第八版)初步断定该菌种为以氧化亚铁硫杆菌为优势菌的工程菌。2.3.3菌种保存将处于对数后期的Tl菌株置于4℃冰箱保存
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X701

【引证文献】