煙氣生物脫硫技術
1引言
煤炭燃(ran)燒生(sheng)成(cheng)的(de)(de)SO2隨煙氣(qi)(qi)進入大氣(qi)(qi), 可能(neng)會形成(cheng)酸雨, 對(dui)人類生(sheng)存環境產生(sheng)極(ji)大的(de)(de)危害。而目前我國(guo)的(de)(de)能(neng)源結構以(yi)煤炭為(wei)主, 占一(yi)次能(neng)源的(de)(de)75%, 并且隨著(zhu)經濟(ji)的(de)(de)增長, 在今(jin)后若干年內還有上(shang)升(sheng)的(de)(de)趨勢。目前可以(yi)進入工業化的(de)(de)技術(shu)多為(wei)物理(li)和(he)化學方(fang)(fang)法(fa), 與這(zhe)些方(fang)(fang)法(fa)相比(bi), 生(sheng)物法(fa)脫(tuo)硫去(qu)除率高、成(cheng)本(ben)低、能(neng)耗少, 展示了廣闊的(de)(de)應(ying)用前景(jing)。本(ben)文將(jiang)對(dui)生(sheng)物煙氣(qi)(qi)脫(tuo)硫技術(shu)的(de)(de)研究進展進行介(jie)紹。
2煙氣生物脫硫原理
應(ying)用(yong)(yong)(yong)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)的(de)研究(jiu)是(shi)伴(ban)隨(sui)(sui)著(zhu)利用(yong)(yong)(yong)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)選礦(kuang)的(de)研究(jiu)而開(kai)始(shi)的(de)。1947 年, Colmer 和Hinkle 發現并證(zheng)實(shi)化(hua)能自養(yang)細菌(jun)能夠促(cu)進氧(yang)化(hua)并溶(rong)解(jie)煤(mei)炭中存(cun)在(zai)(zai)(zai)的(de)黃(huang)鐵(tie)礦(kuang), 這被認為是(shi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)濕法冶金研究(jiu)的(de)開(kai)始(shi)。在(zai)(zai)(zai)20 世紀50 年代, Leathan 及Temple 等(deng)人就分別發現某些化(hua)能自養(yang)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)與煤(mei)中的(de)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)鐵(tie)的(de)氧(yang)化(hua)有關, 并從煤(mei)礦(kuang)廢水中分離出氧(yang)化(hua)亞鐵(tie)硫(liu)(liu)(liu)桿(gan)菌(jun)( Thiobacillus ferrooxidans) 。但直到20 世紀70 年代, 隨(sui)(sui)著(zhu)酸雨和大(da)氣(qi)污染問(wen)題的(de)日益嚴重(zhong), 微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)技(ji)術(shu)才開(kai)始(shi)得到重(zhong)視。微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)技(ji)術(shu)可(ke)以用(yong)(yong)(yong)在(zai)(zai)(zai)很多(duo)方(fang)面, 近年來(lai), 在(zai)(zai)(zai)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)煤(mei)炭脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)、微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)除臭、微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)降解(jie)揮發性有機氣(qi)體的(de)研究(jiu)和工業應(ying)用(yong)(yong)(yong)方(fang)面取得了較大(da)進展(zhan), 而將微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)用(yong)(yong)(yong)于煙(yan)(yan)氣(qi)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(BFGD) 是(shi)一項較新的(de)技(ji)術(shu), 目前(qian)文獻報道極少。但隨(sui)(sui)著(zhu)人們(men)對脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)認識的(de)進一步提高(gao), 生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)技(ji)術(shu)將被廣泛地應(ying)用(yong)(yong)(yong)于煙(yan)(yan)氣(qi)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)。
2.1吸收SO2的(de)工作原理
煙氣中的SO2通(tong)過水膜除(chu)塵器或吸(xi)收(shou)塔(ta)溶解(jie)于水并轉化為亞(ya)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)；在(zai)厭(yan)氧環境及有外加碳源的條件下，硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)還原(yuan)菌(SRB1將(jiang)亞(ya)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)還原(yuan)成硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化物；然后再在(zai)好(hao)氧條件下通(tong)過好(hao)氧微生物的作(zuo)用將(jiang)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化物轉化為單質(zhi)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)，從而(er)將(jiang)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)從系統(tong)中去(qu)除(chu)。可以將(jiang)煙氣生物脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)過程(cheng)劃(hua)分為兩個階段(duan)，即SO2的吸(xi)收(shou)過程(cheng)和含硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)吸(xi)收(shou)液的生物脫硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)過程(cheng)。
利(li)用微小(xiao)水滴的(de)巨大(da)表面(mian)積(ji)(ji)完成對煙氣的(de)吸(xi)(xi)收，從而使SO2從氣相轉(zhuan)入液相，并且(qie)主要(yao)以亞硫酸根(gen)、硫酸根(gen)的(de)形式存在吸(xi)(xi)收效果(guo)與吸(xi)(xi)收液的(de)比表面(mian)積(ji)(ji)、pH、堿度(du)(du)、溫度(du)(du)等有關，但主要(yao)取決于吸(xi)(xi)收液的(de)比表面(mian)積(ji)(ji)。凌過程的(de)主要(yao)反(fan)應如下(xia)：
SO2(g)一SO2(1)
SO2（1）+H20—HSO3-十H+
HSO3-一 SO32-+H+
2S032- 一02—2S042-
從反(fan)應方程(cheng)(cheng)式可以(yi)看出，在SO2的(de)吸(xi)收過程(cheng)(cheng)產生了H-。因此，吸(xi)收液必須有足(zu)夠的(de)堿度來中和H+，以(yi)保障吸(xi)收反(fan)應的(de)持(chi)續(xu)進行。
2.2含硫吸收液生物脫硫的工作原理
在厭(yan)氧(yang)環(huan)境下，富含亞硫(liu)酸(suan)鹽(yan)(yan)、硫(liu)酸(suan)鹽(yan)(yan)的(de)水在硫(liu)酸(suan)鹽(yan)(yan)還原(yuan)(yuan)菌(SRB)的(de)作(zuo)用下，其中的(de)亞硫(liu)酸(suan)鹽(yan)(yan)和硫(liu)酸(suan)鹽(yan)(yan)被(bei)還原(yuan)(yuan)成(cheng)硫(liu)化物。主要反應(ying)如下(此處以(yi)甲醇作(zuo)為硫(liu)酸(suan)鹽(yan)(yan)還原(yuan)(yuan)的(de)電子供體)：
HSO3-+CH30H—HS-+CO2+2H20
3S042- +4CH30H——3HS-十3HCO3- +CO2+5H20
在好氧條(tiao)件下利用(yong)細(xi)菌將厭(yan)氧形成的(de)硫化氫氧化成單質硫，并將單質硫顆粒予(yu)以回收。發生反應如下：
很顯然，該反應(ying)增加(jia)了(le)系(xi)統循(xun)環液的(de)堿性，與吸收(shou)過程導致吸收(shou)液酸性增加(jia)的(de)反應(ying)互逆，這維持了(le)整(zheng)個(ge)系(xi)統pH的(de)穩定，從而減少了(le)系(xi)統運(yun)行時的(de)藥劑投加(jia)量。
3 生物法煙氣脫硫技術研究方向
發展微生物(wu)煙(yan)氣脫硫(liu)技術很(hen)具(ju)有潛力(li), 但也(ye)存在一(yi)些問題需要解決, BFGD 法(fa)應側重(zhong)以下幾方面的研究工作。
(1) 基(ji)礎理論研(yan)(yan)究(jiu)。氧化無機(ji)硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)菌(jun)(jun)種以專(zhuan)性(xing)、兼性(xing)自(zi)養(yang)(yang)菌(jun)(jun)為主, 而專(zhuan)性(xing)自(zi)養(yang)(yang)菌(jun)(jun)往往生(sheng)(sheng)長(chang)較慢, 在(zai)煙氣(qi)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)技(ji)術(shu)中, 生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)量的(de)(de)(de)(de)供應將(jiang)影響整個系統(tong)的(de)(de)(de)(de)處理效(xiao)率。因此, 在(zai)今后的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)中, 篩選生(sheng)(sheng)長(chang)速度快、脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)性(xing)能優(you)良的(de)(de)(de)(de)菌(jun)(jun)種是必須進行(xing)的(de)(de)(de)(de)基(ji)礎研(yan)(yan)究(jiu)。對已(yi)有的(de)(de)(de)(de)菌(jun)(jun)種, 應將(jiang)研(yan)(yan)究(jiu)重點放在(zai)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)最佳培養(yang)(yang)方案優(you)化和對微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)菌(jun)(jun)種的(de)(de)(de)(de)改良上, 改進微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)遺(yi)傳性(xing)狀, 提(ti)高菌(jun)(jun)種的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)效(xiao)率。同(tong)時, 進一步探索煙氣(qi)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)機(ji)理, 從而提(ti)出(chu)更合理的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)新方法(fa), 以指導和完善脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)技(ji)術(shu), 加快BFGD 的(de)(de)(de)(de)工業化進程。
(2) 選擇合(he)適的生(sheng)(sheng)物反應(ying)器(qi)。生(sheng)(sheng)物反應(ying)器(qi)涉及(ji)氣(qi)、液、固三相傳(chuan)質(zhi)及(ji)生(sheng)(sheng)化降(jiang)解(jie)過程, 影響因素多(duo)而(er)復雜, 有關的理論研究及(ji)實際應(ying)用還(huan)不夠深入, 需要進一步探(tan)討和(he)研究。
(3) 合理解決煙氣(qi)溫(wen)度較高和生物法脫硫常(chang)溫(wen)操作二者之間的(de)矛盾。燃煤鍋爐煙氣(qi)經除塵器后(hou)溫(wen)度一般較高, 大部(bu)分在100～180 ℃, 而(er)脫硫細菌多在常(chang)溫(wen)下生長(chang), 因此, 一方(fang)面應(ying)開發回收利用(yong)進入(ru)生物反應(ying)器前煙氣(qi)余熱(re)的(de)技(ji)術(shu); 另一方(fang)面, 應(ying)用(yong)分子(zi)生物學技(ji)術(shu), 培育更適于煙氣(qi)脫硫的(de)耐高溫(wen)的(de)脫硫菌。
(4) 高效功能菌(jun)的(de)(de)選育。隨(sui)著生物(wu)技(ji)術的(de)(de)高速(su)(su)發展, 利用(yong)現代基因工程技(ji)術對某(mou)些(xie)脫(tuo)硫菌(jun)進行改性(xing), 強化(hua)其轉化(hua)作(zuo)用(yong), 以獲(huo)得生長繁殖速(su)(su)度快、活性(xing)高、適應(ying)溫度和pH 值范圍寬(kuan)的(de)(de)多質(zhi)粒高效菌(jun), 篩(shai)選和培育出(chu)適應(ying)性(xing)和穩定性(xing)更高的(de)(de)脫(tuo)硫菌(jun), 通過縮短煙(yan)氣脫(tuo)硫菌(jun)的(de)(de)馴化(hua)、培育和掛膜時間延長脫(tuo)硫菌(jun)的(de)(de)使用(yong)壽命(ming)。
4 應用實例
隨著(zhu)生物(wu)技術的不斷發展, 微生物(wu)煙氣(qi)脫硫技術必(bi)將取得更大進展。
1992 年荷蘭HTS E&E 公司和PAQUES 公司開發的(de)(de)(de)煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)脫硫(liu)(liu)工(gong)藝(yi)(BFGD) 標志著煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)脫硫(liu)(liu)技術領(ling)域達(da)到了實用(yong)技術水平。目(mu)前BFGD 工(gong)藝(yi)對于中(zhong)小型(xing)鍋(guo)爐煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)治(zhi)理已進入實用(yong)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)階段, 其示范工(gong)程處(chu)理電廠廢氣(qi)(qi)(qi)量(liang)達(da)200 萬m3/h。BFGD 工(gong)藝(yi)主要設計通過(guo)1個吸附器(qi)和2 個生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)應器(qi)去除氣(qi)(qi)(qi)體中(zhong)的(de)(de)(de)SO2。吸附器(qi)首先吸附煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)SO2, 并且是(shi)唯(wei)一(yi)與(yu)氣(qi)(qi)(qi)體接觸的(de)(de)(de)單元(yuan)。在(zai)第(di)1個反(fan)應器(qi)通過(guo)厭氧(yang)(yang)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)處(chu)理形成硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu), 在(zai)第(di)2 個反(fan)應器(qi)通過(guo)好氧(yang)(yang)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)處(chu)理將硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)成高質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)單質(zhi)硫(liu)(liu)。由硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)到硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)再被氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)成單質(zhi)硫(liu)(liu)要分別在(zai) 2 個生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)反(fan)應器(qi)中(zhong)完(wan)成, 增加了投資成本。文(wen)獻以(yi)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)滴(di)(di)濾(lv)(lv)池(chi)和生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)后處(chu)理單元(yuan)組(zu)成的(de)(de)(de)2 級反(fan)應器(qi)來(lai)處(chu)理模(mo)擬煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)。與(yu)一(yi)般(ban)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)滴(di)(di)濾(lv)(lv)池(chi)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)是(shi), 噴(pen)淋液(ye)(ye)不(bu)(bu)進行(xing)循環。當模(mo)擬煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)SO2 體積分數(shu)在(zai)( 300～1 000) ×10- 6 時, 生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)滴(di)(di)濾(lv)(lv)池(chi)能完(wan)全將SO2 轉化(hua)(hua)(hua)為亞硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)。含亞硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)和硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)的(de)(de)(de)溶液(ye)(ye)從(cong)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)滴(di)(di)濾(lv)(lv)池(chi)流入后處(chu)理單元(yuan), 在(zai)此反(fan)應器(qi)中(zhong)同(tong)時完(wan)成由硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)到硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)再到單質(zhi)硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)轉化(hua)(hua)(hua), 單質(zhi)硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)產率達(da)80%。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
