生物催化氧化法處理H-,2-S廢氣的工藝及理論研究.pdf

1、硫化氫是危害性極強(qiáng)的毒性氣體，也是惡臭氣體的主要成分之一，H2S的排放既嚴(yán)重污染環(huán)境，又對(duì)人類健康構(gòu)成極大的威脅。因此，H2S廢氣的治理已成為亟待解決的重大環(huán)境問題之一。 本文針對(duì)H2S廢氣處理過程中存在的實(shí)際問題，利用生物催化氧化脫硫自主發(fā)明專利技術(shù)，將生物法和液相生化催化氧化法技術(shù)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行了詳細(xì)的工藝及相關(guān)理論研究，以期為H2S廢氣的治理提供一種新的處理方法和工藝。 本論文的創(chuàng)新性主要有如下幾點(diǎn)：①建立了生

2、物催化氧化去除H2S的新工藝，其特點(diǎn)是利用T.f菌和Fe(Ⅲ)的氧化特性，通過對(duì)H2S的化學(xué)氧化、催化氧化以及生物氧化和T.f菌對(duì)Fe(Ⅱ)氧化的有機(jī)結(jié)合，在填料塔中實(shí)現(xiàn)了對(duì)H2S的去除及Fe(Ⅲ)氧化劑的再生，使得兩者相互促進(jìn)，發(fā)揮其協(xié)同作用。②利用再生曝氣裝置強(qiáng)化Fe(Ⅲ)氧化劑和T.f菌的再生，實(shí)現(xiàn)噴淋液連續(xù)再生，循環(huán)利用。③利用電位—pH圖的熱力學(xué)理論，對(duì)操作過程可能產(chǎn)生的各種相關(guān)氣、固相物質(zhì)組分的穩(wěn)定性進(jìn)行理論分析，以指導(dǎo)實(shí)際

3、操作和運(yùn)行過程。④利用同時(shí)平衡原理的溶液化學(xué)理論進(jìn)行了H2S去除過程的理論分析，在此基礎(chǔ)上得出了本法去除H2S的Fe(Ⅲ)催化劑的活性組分和催化機(jī)理。 確定了T.f菌在生物催化氧化體系中的最佳生長環(huán)境，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用MATLAB工具計(jì)算得到了不同條件下T.f菌氧化Fe2+的動(dòng)力學(xué)方程，為本工藝的進(jìn)一步優(yōu)化提供參考數(shù)據(jù)。 論文設(shè)計(jì)了生物催化氧化法處理H2S廢氣的具體工藝和試驗(yàn)裝置，利用再生曝氣裝置提高T.f菌對(duì)Fe2

4、+的氧化能力，系統(tǒng)研究了工藝參數(shù)對(duì)五種不同的填料塔去除H2S氣體效果的影響。在進(jìn)氣濃度較低時(shí)，五種填料塔均能獲得令人滿意的效果。當(dāng)進(jìn)氣濃度較高時(shí)，五種填料塔去除H2S效果的順序?yàn)椋悍惺窘固迹舅芰闲∏颍净旌咸盍希拒浶运芰侠w維填料。在進(jìn)氣濃度為2.0g/m3時(shí)，在通氣量0.25m3/h和溫度30℃的條件下，沸石填料塔在噴林量和停留時(shí)間分別為1000ml/h和85s的條件下，可將進(jìn)氣中的H2S完全去除；焦碳填料塔在噴林量和停留時(shí)間分別為14

5、00ml/h和102s的條件下可將H2S完全去除；對(duì)于塑料小球填料塔，當(dāng)噴林量和停留時(shí)間分別為1400ml/h和102s時(shí)，H2S的去除率達(dá)到99.6％，出氣H2S濃度已達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于塑料纖維填料塔和混合填料塔，在最大噴淋量和停留時(shí)間的條件下，H2S的去除率分別為96.4％和97.7％，但出氣濃度均未達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；此時(shí)，需要多段凈化處理出氣濃度才能達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。 T.f菌對(duì)體系中可能存在的含硫物質(zhì)H

6、2S、S、S2O32-和SO32-利用情況的研究表明，T.f菌對(duì)這四種含硫物質(zhì)均有較好的氧化作用，而且Fe2+的存在會(huì)增強(qiáng)T.f菌氧化這四種含硫物質(zhì)的能力。 對(duì)生物催化氧化體系中可能產(chǎn)生的各種固相以及氣相物質(zhì)的穩(wěn)定區(qū)域，利用電位—pH圖進(jìn)行的理論分析表明，在試驗(yàn)體系中，固相Fe(OH)2和FeS以及氣相SO2均難以穩(wěn)定存在，而其它氣、固相均有一定范圍的穩(wěn)定區(qū)。在試驗(yàn)過程中，通過控制Fe3+的濃度可以避免固相物質(zhì)的產(chǎn)生。

7、 應(yīng)用同時(shí)平衡原理對(duì)生物催化氧化體系中溶液態(tài)物質(zhì)的濃度分布情況進(jìn)行了較系統(tǒng)全面的計(jì)算和分析，結(jié)果表明，在試驗(yàn)條件(pH=2.0)條件下，當(dāng)進(jìn)氣H2S濃度較高時(shí)，體系中的優(yōu)勢(shì)物種為H2S、S4O62-和S5O62-；隨著進(jìn)氣H2S濃度的降低，體系中出現(xiàn)了SO42-和HSO4-優(yōu)勢(shì)物種；在氣相H2S分壓一定的情況下，隨著溶液混合電位的增加，溶液中依次出現(xiàn)H2S、HS-、HSO4-、SO42-、S4O62-以及S5O62-等主要物質(zhì)。在本試

8、驗(yàn)體系的電位值范圍內(nèi)，體系中的物質(zhì)以HSO4-和SO42-為主。 對(duì)于生物催化氧化體系中Fe(Ⅲ)化合物的溶液化學(xué)分析表明，在試驗(yàn)條件下氧化H2S過程中起主要作用的Fe(Ⅲ)化合物是Fe3+和Fe2(OH)24+。 從試驗(yàn)結(jié)果和理論分析可以得到，H2S的氧化過程是通過三種途徑實(shí)現(xiàn)的，一是Fe3+的直接化學(xué)氧化作用，二是在Fe2(OH)24+的催化作用下，分子氧的氧化作用，三是T.f菌的生物氧化作用。在去除H2S的同時(shí)