微生物法处理含硫工业废气

1、2002年3月q艳玲等:微生物法处理含硫工业废气#Mar. 2002现代化工M(xleni Chemical Industiy疥煤芍安全 本栏li由中国化工防治污染技术协会协办微生物法处理含硫工业废气马艳玲赵景联杨们伦（西安交通人学环境与化学匸程学院，西安710049）摘耍:指出了含诡1.业废气传统处理方法的缺陷，介绍了微工物处理方法的优势所在：对微生物茵种的共同持征以及无机 硫和仃机硫脱除时菌种的选择依据进彳了 了讨论，并对微生物法脱硫的机理进行了分析：评述了国内外生物滩池法、生物滴滤池 法和生物吸收比等生物膜法脱硫的工艺及其工业化应用.指出了微生物法脱硫技术冇待深入研究的问题、发展趋势和应

2、用前 景.关键诃：微生物陀硫：含硫废壮：废气处理：怕种中图分类号：X701.3文献标识码：ATreatment of sulfur-containing waste gases by microbial technologyAM Yan-ling, ZHAO Jing-luin. YANG Bo-lun(School of Environment and Chemical Engineering，Xi an Jiaotong Univeisity* Xi an 710049, China)Abstract： limitations of tinditional metluxls in tirt

3、ing industrial sulfur-containing waste gases are pointed out. Advan Cages of inicn)l)ial techimbgy are intnxluced. Cliamcknistics of niicivbial strains and liases of selecting miciubial stmiiis for iix)i - gallic and oigaiiic desulfiuization aiv discussed Mecluuiisins of microbial desulfurization ar

4、e analyzed Some l)iofihn dcsulfuriza- tion methods including biofilten biotneking filter and biosorb aixl their applicatioiis in industrial fields at home and abroad are reviewed. Existing problems, development trends and application piospeds of microbial desulfiinzation technology aie deliberated.K

5、ey words： nucmbial (lesulfunzation: sulfiii-conlaining waste gases: waste gas tiratnient: strains2002年3月q艳玲等:微生物法处理含硫工业废气#2002年3月q艳玲等:微生物法处理含硫工业废气51收稿口期：20011116作者简介：9艳冷，女，1975年生，西安交通大学惮七生（西北大学讲师，主要从那微生物应用、生物化学、环境保护等方而的研究：杨们伦，男. 丿山女较据博士 教授博七生导师主要从事反应、分离及其相互耦合的研究。含硫工业废气的治理c成为工业“三废”治理和 控制人气污染物的一项亜耍任务。

6、目前国内外相 继开发出一系列较为有效的排放控制技术，如吸收 法、吸附法和燃烧法等。这些方法虽然脱硫效果较 好,但操作条件较为苛刻，催化剂价格昂贵，对设备 冇腐蚀等。尤其是吸附法和吸收法一般都要求对吸 附剂和吸收剂进行再生，由此人人增加了过程的复 杂性和设备的投资额;燃烧法则宙丁废气燃烧不完 全而会产生二次污染等。微生物脱硫技术的开发, 可解决以上问题2闻。微生物法能够有效脱硫的原因在于所选微生物 不仅对废气适应较快，而H可使污染物得到降解和 转化。与传统处理方法和比，微生物法处理丁业废 气的主要优势在丁工艺设备简单,管理维护方便，能 耗少，运行费用低，二次污染少，而且去除有害成分 效率也比较高

7、以刃。1基础研究1.1微生物菌种的选择及其特性1947年，Cohner和Hinkle发现无机化能I氧菌 氧化亚铁硫朴菌（Tliivbac'illus Jerr（K）xidans）能够 促进煤中黄铁矿的氧化和分解：20世纪70年代开 始了煤炭微生物脱硫的应用研究；而将微生物法用 于脱除含硫匸业废气的研究始于80年代初7。研 究人员一直在寻找其他也能够应用于工业废气脱硫 的微生物，至今C发现此类微生物约冇十儿种，如硫II'1*1 H( Thiob(icillus)、硫螺胡属(Ijeptospirillum )、屮等 嗜热的脱硫杆菌属(SulfobaciUus)和极喜热的古细菌 硫化

8、叶菌屈(Sulfolobus)等均員右明显的脱硫能 力83 o这些细菌的共同特征是，在需氧条件下能 够氧化Fe2+.S和无机硫化物，通常将还原性硫化物 氧化为期一，使环境变酸，并放出能量。主要脱硫 微生物的生长特征如表1所示。微生物种类生长温 度/I最适营养能源脱硫卩H值类熨形态T. jirrooxidans20-352.0-3.0 "养Fe7和无机黄铁矿磕化物T thumxuhns20-351.0-3.0 自养7、无机反化物黄铁矿S aci(kjcal(kirius 60 701.53.5 异养2、无机硫化物有机瞌化物有机硫Acidicanus60-701.5 2.5 兼性4、无机

9、硫化物黄铁矿白养lirierieyt40-901.0-5.8 兼性F"有机硫化物有机硫自养Pudonionas25357.0-7.2 异养仃机瞌化物有机硫芽他杆菌屈286.872界养冇机欣化物有机離衣1 JII脱硫的微生物的生理特征可以看出，用于脱除无机硫的细菌都屈于化能 自养型微生物，均从自然环境中分离并进行纯化:而 脱除冇机硫的界养菌人多经过变界处理。除对已知 脫硫菌改性外，对未知脱硫菌的寻找仍在继续进行, 近年來又发现某些异养菌在厌氧条件下具有一定的 脱硫能力。1.2微生物法脱硫的机理对微生物法治理含硫工业废气的机理己作了许 多研究。有关资料表明还原态的无机硫在液 和及微生物的

10、作用下氧化,最终生成硫酸根离子，其 具体过程为：S2- f yoT S4or f S3O?- f SOi-fSO；，其中有些中间产物很不稳定。具有这 种能力的微生物包括氧化亚铁硫杆菌、氧化硫杆菌 (Thiobacillus thiooxulans)、酸热硫化叶菌(Sdlfblobus acidocardarius)、光合硫细胡以及冀菌等。光合细菌以硫化氢为供氢体，还原二氧化碳合 成菌体细胞，硫化氢被氧化为单质硫或硫酸。而硫 杆繭和丝状硫磺细菌是一类好气微生物，它们可以 从硫化物如硫化氢、元素硫的氧化生成硫酸过程中 取得能吊为。趣据:氣化碳。2处理含硫匸业废气的生物膜法生物膜法是微生物法中最受关

11、注的一种方法, 它是将微生物在塡料表I制古I定附看生长的生物处理 法,3o T业废气中的污染物和空气中的氧,通过相 间传质被微生物所吸附并发生生物氧化反应，从而 使工业废气得到净化。生物膜法具冇以下优点: 生物和多样化，除好氧菌外，还存在厌氧菌;生物 膜的含水率较低，单位体积内生物屋较人，因此生物 反应器具有较人的处理能力；共固左化微生物催 化剂颗粒小，细胞在单位体积中的活性髙，稳泄性 髙;固定化方法简单，工艺过程比较稳圧，动力消 耗较少，成本较低;营养物质利用效果好,转化率 提高。用于净化含硫工业废气的生物膜处理装置，主 要有生物滤池及生物滴滤池两种型式。2.1生物滤池法处理工业含硫废气的生

12、物滤池法工艺流程如图 1所示3。生MM图1生物滤池法匚艺流程生物滤池中填充具有吸附件的滤料(如灰泥、泥 炭、土壤或活性炭等物质),微生物挂膜前，在滤料中 掺入pH缓冲液和N、P等营养元素(如NFNOs和 K2HPC)4)o将一定湿度的工业废气通入生物滤池, 通过相间传质为微生物提供碳源，从而在整个滤料 床层中形成微生物膜，使工业废气中污染物的生物 降解得以持续进行。假定含硫工业废气在生物滤池 屮的净化过程为传质与生化反应的串联过程，且传 质速率比生化反应速率快，生化反应过程为整个过 程的控制步骤。由于滤料(特别是活杵炭)具有较高 的吸附能力，可以使微生物胞外酶和污染物在滤料 和微牛物膜界面处浓

13、缩，从而提髙主化反应速率，并使匚业废气的净化程度得以提高。生物滤池I大I其较 好的通Y性和适度的通水和持水性，以及丰富的微 生物群落，所以能有效地处理含硫丁业废气。2.2生物滴滤池法处理工业含硫废气的生物滴滤池法工艺流程如 图2所示。它与生物滤池法的最人区别是，在填 料上方喷淋循环液，设备内除传质过程外还冇很强 的生物降解作用。与生物滤池不同，生物滴滤池使 用的填料（如粗碎石、塑料波纹板料、陶瓷等）不具吸 附性，且境料的表面是微生物区系形成的几毫米厚 的生物膜,填料空隙很人，从而为气体通过提供了人 量的空间；也使气体对填料层造成的压力以及微生 物生长和生物膜疏松引起的空间堵塞的危险性降到 了垠

14、低。此外，在生物滴滤池中存在一个连续流动 的水和，幣个传质过程涉及气、液、固三相，通过回流 水可以控制滴滤池水相的pH值，也可以在冋流水 中加入K2HPO4和NH4NO3等物质，为微生物提供营 养元素。生物滴滤池的反应条件（pH值、温度）易于 控制（通过调节循环液的pH值、温度），而生物滤池 中pH值的控制则主要通过在装填料时投配适当的 固体缓冲剂來完成，一口缓冲剂耗尽，则需更新或再 生滤料，而温度的调节则盂要外加强制措施來完成。 因此，在处理含硫、含氮等经微生物降解会产生酸性 代谢产物及释放能量较人的污染物时，生物滴滤池 比生物滤池更有效。懵师生图2生物滴滤池法工艺流程另外，山丁单位体积填料

15、附着的微生物浓度较 岛，生物滴滤池适丁处理髙浓度有机物。Tonga等的 研究表明，当停留时间为50 s、处理效率为90%，时, 生物滴滤池处理苯乙烯的负荷是生物滤池的2倍, 处理苯的负荷是生物滤池的3倍以上。如果於劝綁'上述两种型式的生物膜反应器 都具佝微生物浓度高、净化反应速度快、停留时间短 等优点，可以使反应装n小型化，从而降低设备成 木。与常规处理法相比，具有设备简单、运行费用 低、二次污染少等优点。2.3生物吸收法处理工业含硫废气的生物吸收法的工艺流程如 图3所示,8d9o生物悬浮液（循环液）自吸收室顶 部喷淋而下，使废气中的污染物和氧转入液和从而 实现质鼠转移,吸收了废气组分

16、的生物悬浮液流入 再生反应器（活性污泥池）中，通入空气充氧再生，被 吸收的有机物通过微生物氧化作用，彊终被再生池 中活性污泥悬浮液除去。ft收11 厂t图3生物吸收法工艺流程3微生物法处理含硫工业废气的应用实例将微生物法应用于含硫工业废气的净化处理的 历史很短，比较广泛的研究是20世纪80年代初荷 兰和德国科学家将其应用于有机废气净化领域获 得良好净化效果后才开始的，随即引起美、H、英、法 等国的重视。H 80年代末期开始，该方法己逐渐成 为工业废气净化研究的前沿热点课题Z ，并U在 世界上一些工业发达国家得到应用如。微生物法处理工业废气的过程，实质上是一种 氧化分解过程。微生物对工业废气进行

17、分解时，部 分被分解物由微生物介成为新细胞；而另一部分被 分解则产生能最以供其繁殖、生长和运动，这一部分 有机物最后转化成无害或少害的物质。研究表明， 生物膜法对含有苯乙烯、醇类和硫化氢等的工业废 气均能有效地处理。例如，口本钢铁公司建成一套 利用生物膜法处理工业含硫废气的工业化装置，硫 化氢的脱除率达99.99%，脱硫后气体的硫化氢浓 度一般低于 2.94 x IO-7 inol/L2,o 同时，A.Paul Togna等人研究表明，当有机废气在生物滤池中 的停留时间在1.0 1.5 min时，生物滤池可以处理 质最浓度达1 500 mg/n?的易生物降解的有机污染 物质。徳国某肉类加工厂采

18、用生物吸收法净化含有 氨、胺、硫醇、脂肪酸、乙醛和少就冇机硫化物等的冇 机废气时，污染物脱除率达97%以上，且能除去其 中很难治理的恶臭硫化氢气体。该项技术净化效率 高，对污染物浓度变化的适应性强，费用和能耗低, 避免了污染物交叉介质的转移,基本没有二次污染, 维护管理所需人力物力投入少血】。美国Adah国家工程实验室用氧化亚铁硫杆菌 的混合培养物处理含硫废气,45天内可脱除儿乎 全部的无机硫(脱除率达97% )23o美国Tulsa人学 环境研究和技术屮心用脱氮硫杆菌何接氧化硫化氯 为元索硫,并对石油精炼厂的酸性废水、废气的硫化 氢去除进行了现场实验研究如。Saleen等利用 筛选到的一株脱氮

19、硫杆菌硫的耐受株 T. denitrificans F,反应去除硫化氢，在厌氧条件卜, 每克菌体氧化硫化氢15.1 20.9 mmol/h,脱硫率达 80% o近年來，我国又有一些研究者开展了微生物处 理有机废气的研究，取得了一些研究成果。例如昆 明理工人学环境工程系从20世纪90年代中期开始 从爭有机废气的净化处理，其主耍方法是采川生物 膜填料塔；同时还用此法净化低浓度硫化氢,但尚未 取得广泛的实际应用，尚无工业化处理的报道。综上所述，微生物法具有传统方法不可比拟的 优越件和安全牲，(2成为工业废气净化研究的前沿 热点课题z 。生物反应器涉及气、液、固三和传质 及生化降解过程，影响【大I素多

20、而复杂,有关的理论研 究及实际应用还不够深入，需耍进一步探讨和研究。 丁业废气的微生物法脱硫是实用性强、技术新颖的 生物工程技术，在我国化工和石油化工行业具冇巨 大的需求和良好的应用前景。参考文献1 躱在山，孙佩小黄岩华.生化法净化工业仃机废气的研究j. 环境科学动态，2001(1 ):21 232 黄晓东，张晓兰.有机废气的生物膜处理技术J化T.坏保, 1996.16(1):19223 郑匕比，庄国强吴店红.酸性工业气体的细菌脱硫J.微生物 学报 1993.33(3)： 192 198r4 Douglas S Hodge Riofiter Irealnxnt of ethanol、叫x)rs

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