沼氣生物脫硫的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、沼氣作為可再生能源已成為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，開發(fā)高效的脫硫技術(shù)是沼氣有效利用的重要保證。與常規(guī)的化學(xué)脫硫相比，生物脫硫技術(shù)具有處理成本低和無二次污染等優(yōu)勢。沼氣生物脫硫技術(shù)引起眾多研究者的關(guān)注。沼氣生物脫硫主要由2部分組成，首先通過吸收液把沼氣中 H2S吸收下來，接著脫硫細(xì)菌把吸收液中的硫化物氧化成單質(zhì)硫或者硫酸根。國內(nèi)對于沼氣生物脫硫技術(shù)處于起步階段。本研究首先建立單質(zhì)硫的分析方法，采用硫化鈉模擬廢水研究了pH、溶解氧（DO）

2、、水力停留時(shí)間（HRT）、溫度和鹽度等運(yùn)行參數(shù)對硫化物生物氧化成單質(zhì)硫的影響。采用PCR-DGGE技術(shù)分析高含鹽生物脫硫反應(yīng)器中的優(yōu)勢菌種。采用16S rDNA克隆文庫技術(shù)分析高含鹽生物脫硫系統(tǒng)細(xì)菌多樣性。在留民營沼氣站開展了日處理沼氣100m3生物脫硫的中試研究和日處理沼氣1000m3生物脫硫示范工程研究。在高碑店污水處理廠開展污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣中高濃度H2S生物脫硫中試研究。
　　單質(zhì)硫的測定還沒有成熟的方法。論文中首先建立了

3、液-液萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析環(huán)境樣品單質(zhì)硫方法。CS2作為測定單質(zhì)硫的萃取溶劑優(yōu)于CCl4。此方法測定單質(zhì)硫形態(tài)的線性范圍為5-200 mg/L，測定下限達(dá)到0.11mg/L。在其檢測下限，5個(gè)平行樣的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.18％。率先采用液-液萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀定量分析環(huán)境樣品中單質(zhì)硫的方法是本文的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。
　　從降低生物脫硫的成本考慮，生物脫硫的關(guān)鍵技術(shù)是把硫化物氧化成單質(zhì)硫。為了研究問題的方便，采用硫化鈉模擬廢

4、水代替吸收液中的硫化物，研究工藝參數(shù)對單質(zhì)硫生成的影響，探索影響單質(zhì)硫生成的關(guān)鍵因素。硫化鈉模擬廢水生物脫硫研究表明，脫硫細(xì)菌在pH7.8-8.2時(shí)活性最高。增加溶解氧濃度會降低單質(zhì)硫的生成率。當(dāng)DO濃度在2.55mg/L時(shí)，硫的去除負(fù)荷和單質(zhì)硫的產(chǎn)率最高。當(dāng)脫硫負(fù)荷保持不變時(shí)，HRT對脫硫效果的影響很小。最有效的脫硫溫度是33℃。當(dāng)鹽濃度從0.5%升至2.5%時(shí)，脫硫負(fù)荷從2.85kg/(m3·d)降至0.51kg/(m3·d)，在生

5、物脫硫反應(yīng)器中，保持一個(gè)合適的鹽度非常必要。組合填料和半軟性填料的脫硫負(fù)荷相差不大，采用組合填料生成的污泥沉降性好于半軟性填料。聚合氯化鐵對單質(zhì)硫混凝效果優(yōu)于聚合氯化鋁。
　　為了明確生物脫硫系統(tǒng)的優(yōu)勢菌種，方便相關(guān)研究者進(jìn)一步完善生物脫硫技術(shù)，采用 PCR-DGGE方法對反應(yīng)器中的優(yōu)勢菌種進(jìn)行分析。菌種分析表明，高鹽度廢水生物脫硫系統(tǒng)的優(yōu)勢菌種包括Halothiobacillussp. ST15，Uncultured bacte

6、rium cloneJ69-151C-2A，Thiobacillussp. ISA11，和Marine bacteriumHB-5等4種。主要脫硫細(xì)菌是硫桿菌屬的Thiobacillussp. ISA11和鹽生硫桿菌屬的Halothiobacillussp. ST15。
　　PCR-DGGE技術(shù)只能表明生物反應(yīng)器中存在的優(yōu)勢菌種，并不能明確表明各類細(xì)菌所占的比例。論文進(jìn)一步采用16S rDNA克隆文庫方法對細(xì)菌的多樣性進(jìn)行分析。研

7、究表明，高含鹽生物脫硫系統(tǒng)中的微生物主要包括3種類群：變形菌類群、放線菌類群和鞘脂桿菌類群。細(xì)菌類群優(yōu)勢順序?yàn)椋害?變形菌占55.9%，β-變形菌占17.6%，放線菌占8.8%，δ-變形菌占5.9%，α-變形菌占5.9%，鞘脂桿菌占2.9%。生物脫硫系統(tǒng)中主要的脫硫細(xì)菌是鹽生硫桿菌屬Halothiobacillus sp.ST15（占55.9%）和硫桿菌屬Thiobacillus sp.UAM-I（占14.7%）。成功培養(yǎng)Halothi

8、obacillussp. ST15成為脫硫系統(tǒng)的優(yōu)勢菌種是本研究的重要創(chuàng)新點(diǎn)。
　　硫化鈉模擬廢水研究確定控制單質(zhì)硫生成的工藝條件，PCR-DGGE技術(shù)和16S rDNA克隆文庫方法進(jìn)一步明確反應(yīng)器中的優(yōu)勢菌種。上述研究為開展沼氣生物脫硫技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。論文在上述研究的基礎(chǔ)上，在留民營沼氣站開展日處理100m3沼氣的生物脫硫中試實(shí)驗(yàn)。當(dāng)H2S濃度在2800-4200 mg/m3之間，氣液體積比10:1，控制吸收液pH在7.8-

9、8.2之間，吸收液溫度25℃的條件下，吸收塔內(nèi)沼氣中H2S的去除率達(dá)到90%以上。
　　生物脫硫中試實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，在留民營沼氣站建立生物脫硫示范工程，其處理規(guī)模1000m3/d，沼氣中H2S濃度2800-4200 mg/m3，在pH=8、氣水比10:1和47s的接觸時(shí)間，H2S的去除率達(dá)到90%。硫化物轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫的比例85%。在示范工程成功運(yùn)行的基礎(chǔ)上，生物脫硫成功入選2012年北京市節(jié)能低碳技術(shù)，沼氣生物脫硫技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)

10、用。
　　在高碑店開展污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣生物脫硫技術(shù)中試研究。其沼氣中H2S濃度較高，在7000-8400 mg/m3之間，當(dāng)氣液比是10:1，吸收液pH達(dá)到8.3時(shí)，103s的接觸時(shí)間，處理后沼氣中H2S濃度為115mg/m3，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行效果達(dá)到863項(xiàng)目的技術(shù)要求。高碑店沼氣生物脫硫反應(yīng)器中有4種優(yōu)勢菌種，其中可以氧化硫化物的菌種依次為：①螺桿菌科 Sulfurimona屬的 Sulfurimonas sp. RS_Sur1