煤化工酸性气脱硫中生物脱硫技术的可行性研究

煤化工酸性气脱硫中生物脱硫技术的可行性研究

黄勇

攀枝花东方钛业有限公司   四川省攀枝花市   617201

摘要：生物脱硫技术是一种广泛应用于煤化工酸性气脱硫的一种环保技术。在煤化工过程中，煤炭在高温高压条件下与水蒸气反应生成合成气，这个过程中会产生含有硫化氢（H2S）的酸性气体。硫化氢是一种有毒气体，对环境和人体健康都有害，因此需要进行脱硫处理。生物脱硫技术利用微生物的代谢活动将硫化氢转化为硫元素或硫酸盐，从而达到脱硫的目的。生物脱硫技术有环保、能耗低、操作简便、硫资源回收等优点。然而，生物脱硫技术也存在一些挑战，如微生物对环境条件的敏感性、反应器设计和操作的复杂性、处理效率的稳定性等，这些都需要在实际应用中进一步研究和优化。

关键词：煤化工酸性气脱硫；生物脱硫技术；优点分析

1 生物脱硫技术具体步骤

1.1 微生物选择

在生物脱硫技术中，选择合适的微生物是至关重要的，因为这些微生物的代谢活动直接影响到脱硫效率和系统的稳定性。常用的生物脱硫微生物有硫杆菌属（Thiobacillus）、硫螺旋菌属（Sulfobacillus）、硫氧化细菌（Sulfur-oxidizing bacteria）、硫还原细菌（Sulfur-reducing bacteria）。硫杆菌属是一类革兰氏阴性细菌，能够在酸性环境中生长，对硫化氢有很强的氧化能力例如，硫杆菌属中的T. thioparus和T. denitrificans等菌种常用于生物脱硫；硫螺旋菌属是一类耐热、耐酸的革兰氏阳性细菌，能够在高温和酸性条件下氧化硫化氢。例如，S. thermosulfidooxidans是一种常用的耐热生物脱硫菌种；硫氧化细菌能够将硫化氢氧化为硫元素，然后再将硫元素氧化为硫酸盐。例如，Beggiatoa和Thiothrix等丝状细菌也常用于生物脱硫；硫还原细菌在厌氧条件下能够利用硫酸盐作为电子受体，将硫化氢转化为硫元素。例如，Desulfovibrio和Desulfuromonas等菌种。微生物需要适应煤化工酸性气体的特定环境条件，如温度、pH值、氧气浓度等。微生物的脱硫效率要高，能够在短时间内将硫化氢转化为无害的硫化合物。微生物的生长速率要快，以便快速建立生物膜或生物量，提高系统的处理能力。微生物在系统中的稳定性要好，能够抵抗环境波动和污染物的影响。选择成本效益高的微生物，以降低运行成本。在实际应用中，通常会通过实验室筛选和优化，选择最适合特定煤化工酸性气体脱硫条件的微生物菌种。此外，也可以通过基因工程手段对微生物进行改造，以提高其脱硫能力和环境适应性。

1.2 生物反应器设计

生物反应器设计是生物脱硫技术中的关键环节，它直接影响到脱硫效率、系统稳定性和运行成本。生物反应器的设计需要考虑多种因素，包括微生物的生长特性、反应器的操作条件、气体的流动特性、传质和传热效率等。生物滤池是一种填充有生物介质的固定床反应器，气体通过介质流动，微生物附着在介质表面形成生物膜，通过生物膜的吸附和代谢作用去除硫化氢。设计要点包括选择合适的生物介质（如塑料环、陶粒等）、确定介质的填充高度和孔隙率、控制气体流速以保证良好的传质效果。生物滴滤塔是一种在生物滤池基础上改进的反应器，通过循环喷淋营养液来维持微生物的生长和活性，同时帮助去除代谢产物。设计要点包括选择合适的喷淋密度、营养液的组成和pH值、反应器的高度和直径、气体流速和停留时间。生物转盘是一种部分浸没在水中的旋转圆盘反应器，圆盘表面附着微生物，通过旋转使微生物交替接触气体和水，进行硫化氢的去除。设计要点包括圆盘的直径和厚度、旋转速度、浸没深度、气体和水的接触时间。生物流化床是一种利用气体流动使生物介质（如砂粒、活性炭等）悬浮的反应器，微生物附着在介质表面，通过介质的流动增加气固接触。设计要点包括选择合适的生物介质、控制气体流速以维持介质的流化状态、反应器的直径和高度。

1.3 操作条件控制

在生物脱硫过程中，操作条件的控制对于维持微生物的活性、提高脱硫效率和确保系统的稳定性至关重要。微生物的代谢活动对温度非常敏感，因此需要维持适宜的温度范围。对于大多数生物脱硫微生物，最适生长温度通常在20-40°C之间，但也有一些耐热微生物可以在更高的温度下工作。控制策略包括使用加热或冷却系统来调节反应器内的温度，以及选择耐热或耐寒的微生物菌种。微生物的生长和代谢活动对pH值有特定的要求，通常在中性或微酸性条件下表现最佳。硫化氢的氧化过程可能会导致pH值下降，因此需要定期监测和调整pH值。控制策略包括添加碱性物质（如石灰、氢氧化钠）来中和酸性物质，或者通过营养液的循环来维持稳定的pH值。氧气是微生物氧化硫化氢的必要条件，因此需要确保足够的氧气供应。在生物滤池和生物滴滤塔中，可以通过增加气体流速或喷淋密度来提高氧气供应。在生物转盘和生物流化床中，可以通过调整旋转速度或气体流速来优化氧气供应。微生物需要适当的营养物质（如碳源、氮源、磷源等）来维持生长和代谢活动。营养物质的供应不足或过量都可能影响脱硫效率和微生物的活性。控制策略包括定期分析营养物质的浓度，并根据需要添加或减少营养物质。生物脱硫系统的处理能力有限，因此需要控制进入系统的硫化氢负荷。过高的负荷可能导致微生物活性下降，甚至系统崩溃。控制策略包括监测气体流量和硫化氢浓度，并根据系统的处理能力调整进料量。煤化工酸性气体中可能含有其他有害物质，如重金属、有机物等，这些物质可能对微生物有毒害作用。控制策略包括预处理气体以去除有害物质，或者选择耐受性强的微生物菌种。定期监测微生物的活性，如通过测定生物膜的厚度和密度、微生物的呼吸活性等指标。根据监测结果调整操作条件，以维持微生物的最佳活性。

2 生物脱硫技术的优势

生物脱硫技术（Biological Desulfurization）是一种利用微生物的代谢活动来去除或转化含硫化合物（如硫化氢、有机硫等）的技术。与传统的物理化学脱硫方法相比，生物脱硫技术优势较多。生物脱硫技术使用微生物作为催化剂，不需要使用有毒的化学试剂，因此对环境的影响较小。产生的副产品通常是无害的，如硫酸盐、单质硫等，这些物质可以被环境自然分解或回收利用。生物脱硫过程通常在常温常压下进行，不需要高温高压设备，因此能耗较低。与传统的脱硫方法相比，生物脱硫技术可以显著降低能源消耗和运行成本。生物脱硫系统通常结构简单，操作和维护相对容易。微生物具有自我修复和适应能力，能够在一定程度上适应操作条件的变化。生物脱硫技术可以处理多种含硫气体，包括低浓度的硫化氢和高浓度的有机硫。微生物可以通过驯化和筛选来适应不同的操作条件和污染物类型。生物脱硫过程中产生的硫可以被回收利用，如转化为单质硫、硫酸盐等，这些物质在农业、化工等领域有广泛的应用。微生物本身也可以作为生物肥料或生物催化剂，具有潜在的经济价值。在适宜的操作条件下，生物脱硫技术的处理效率可以达到90%以上，甚至接近100%。微生物的代谢活动可以持续进行，因此生物脱硫系统具有较高的稳定性和持久性。生物脱硫技术可以根据处理需求进行规模放大，从小规模的实验室研究到大规模的工业应用都具有可行性。通过优化反应器设计和操作条件，可以实现高效、经济的脱硫处理。

3结束语

近些年我国社会经济快速发展，煤化工行业发展速度较快，在煤化工快速发展背景下也产生较多的环保问题。煤化工生产中会产生诸多污染性废气，比如硫、含氨酸性废气等，对诸多应用设备以及生态环境会构成较大污染，对人员身体健康构成威胁。煤化工生产过程当中需要进行酸性气的脱硫，而使用的不同技术可以产生不同的效益和影响，也更是能够产生不同的效果，因此需要根据实际情况进行合理选择和使用，这样可以提升脱硫的效果，也更是提高经济效益，减少污染。

参考文献：

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