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摘 要

在沼气生产过程中，会生成硫化氢等有毒物质。硫化氢不仅会腐蚀生产设备，同时还会给操作人员的人身安全带来威胁。传统的脱硫方法耗资大，成本高，脱硫效益差，而且产生的尾气不加处理会再次对环境造成污染。而生物脱硫技术脱硫效率高，反应条件不剧烈，能很好的适应环境，避免了对环境的二次污染。

在此次试验中，我们搭建了一个生物和化学两级反应器，选择了合适的吸附载体用以固定微生物，探讨了氧化亚铁硫杆菌在不同条件下的生长状况，以确定最佳的培养环境、为了提高反应器的整体效率，本实验从生物反应器入手，对固定化后的硫杆菌的反应条件进行了优化。从实验数据中我们可以看出：在pH=1.9的条件下培养出来的氧化亚铁硫杆菌有较高的氧化能力。在通气量为2.5 L/min、稀释度为0.4 h^-1的条件下可以提高生物反应器的反应速率。在整个实验过程中，H₂S的去除率达到了95%，实现了沼气中H₂S的脱除。

关键词：氧化亚铁硫杆菌 生物-化学两级反应器 固定化微生物

Two steps of biogas desulfurization were carried out in a biofilter reactor using Thiobacillus ferrooxidans

Abstract

In the biogas production process, will generate hydrogen sulfide and other toxic substances. Hydrogen sulfide will not only cause serious corrosion to the production equipment, but also threaten the operator's personal safety. The traditional method of desulfurization investment, high cost, poor desulfurization efficiency, and there will be tail gas generated, causing secondary pollution to the environment. The biological desulfurization technology desulfurization efficiency is high, mild response, simple operation, the environment has a good adaptability, to avoid secondary pollution.
In this experiment, biochemical two-stage reactor for biogas desulfurization. In the experiment, the appropriate microbial immobilized carrier was selected to optimize the reaction rate of thiobacillus thuringiensis by optimizing the culture conditions of Thiobacillus ferrooxidans and improve the reaction rate of bioreactor, thus improving the overall efficiency of the two-stage reaction. The experimental data show that pH 1.9 is the optimum culture condition for Thiobacillus ferrooxidans. Under this condition, the cultured Thiobacillus ferrooxidans has high oxidation efficiency. The reaction rate of the bioreactor can be increased under the condition that the air volume is 2.5 L /min and the dilution is 0.4 h-1. During the whole experiment, 95% of H2S removal rate was achieved and the biological gas H2S was removed.

Key words: thiobacillus ferrooxidans;biochemical two - stage ;reactorimmobilized microorganisms

目 录

中文摘要 I

关键词 I

Abstract II

Key words II

第一章 引 言 1

1.1研究背景 1

1.2 传统的脱硫方法 1

1.2.1 干法脱硫 1

1.2.2 湿法脱硫 2

1.3 生物脱硫 3

1.4 脱硫微生物 3

1.4.1 异养型脱硫菌 4

1.4.2 自养型脱硫菌 4

1.5 生物反应器 5

1.5.1 生物滤池 5

1.5.2 生物滴滤塔 6

1.5.3 生物洗涤器 7

1.5.4 反应器比较 8

1.6 生物脱硫技术的展望 8

第二章 实验材料与方法 10

2.1实验试剂与实验仪器 10

2.2 分析方法 12

2.2.1 邻菲罗啉分光光度法 12

2.2.2 BET法测定比表面积 13

2.3 菌种优化 13

2.4 A.ferrooxidans菌的固定化 13

2.4.1实验装置 13

2.4.2 固定化材料及比表面积的测定 14

2.4.3 A.ferrooxidans 菌的固定化过程 14

2.5 固定化A.ferrooxidans 菌的优化 15

2.5.1 通气量对Fe² 氧化速率的影响 15

2.5.2 稀释度对Fe² 氧化速率的影响 15

2.6 硫化氢的脱除 15

第三章 结果与讨论 16

3.1 菌种的优化结果 16

3.2 A.ferrooxidans菌固定化结果 17

3.3 固定化A.ferrooxidans 菌优化结果 18

3.3.1 通气量的影响 18

3.3.2 稀疏度的影响 19

3.4 H₂S脱除效率 19

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 22

第一章 引 言

1.1研究背景

清洁高效能的新型能源一直是人们研究的热点。沼气作为一种新型能源，其一直也是一个研究热点。但是在沼气的生产中，由于发酵作用，往往会产生大量的H₂S气体。

H₂S无色、有毒、具有强酸性的气体，有窒息和刺激作用。相对分子量为34.08，呈V型分子结构，相对空气而言密度为1.1906。易溶于水和乙醇。低浓度的H₂S仅仅是刺激呼吸道和眼部，但是随着浓度的升高，全身刺激作用也越明显，严重时可造成窒息，严重危害人身安全^[1]。在工业生产过程中，H₂S对仪器设备强烈的腐蚀危害，常常造成设备管道断落、仪器仪表爆裂等危害，同时对于非金属来说，H₂S还会加速其老化，使密封设备失效^[2]。H₂S还会使催化剂中毒，让生产效率下降、生产质量不过关。故我国环保规范有着明确的规定：在以沼气作为能源时，沼气中的H₂S含量不得高于20 mg/m^3[3]。但是沼气中的H₂S含量大多是在200～18000 mg/m³，这已经超出了我国环保规范所规定的标准。基于以上原因，沼气脱硫技术的研究是人们能够使用到环保、高效的沼气的基石 ^[4]。

1.2 传统的脱硫方法

1.2.1 干法脱硫

干法脱硫是在干燥状态下，利用氧化剂或吸附剂（活性炭、氧化铁、氧化锌、二氧化锰和铝矾土等）进行脱硫，现阶段最常使用的有克劳斯法、氧化铁法、活性炭吸附法、氧化锌法和卡太苏尔法^[5]。不同的脱硫剂有着各自不同的特点：活性炭脱硫剂由于其具有孔结构适用于有氧条件下的高空速脱硫 ^[6]；无论是在有氧还是在无氧条件下, 氧化铁脱硫剂都可进行脱硫，但由于其不耐水，空速不能过高。干法脱硫适用于精细化的脱硫作业，有很高的脱硫效率，同时也有显著的缺点：设备附件多，造成了需要有大片的空间来安装^[7]，设备笨重，硫容量低，而且，脱硫剂在使用一段时间后就会失去原有的脱硫效果，而且在大多是情况下只能定期更换，这就使得干法脱硫方法的经济效益不高。

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