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烟道气微生物脱硫反应器研究

作　者: 马岩岩
导　师: 徐建平
学　校: 安徽工程大学
专　业: 微生物学
关键词: 二氧化硫废气烟气脱硫硫酸盐还原菌固定化生物反应器脱硫率
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

燃煤是我国目前取得能源的主要方式之一,可是因为燃煤造成的二氧化硫污染一直是困扰我国环境的一大难题。我国燃煤产生的二氧化硫废气的处理方式仍以石灰石碱液收法为主,这种的脱硫方式存在设备投资高,副产物难以处理造成新的环境污染等缺点,因此必须尽快探寻一种新的脱硫模式。生物脱硫以其设备投资简单,无副产物,运行费用低等优点成为目前研究较广泛的一种脱硫新方法,由于目前的研究不够深入大部分都停留在在理论阶段,所以离实际应用还存在较多问题。本文在研究脱硫菌(硫酸盐还原菌)的最佳培养条件、菌种的驯化及初步脱硫研究、吸附固定化及最佳条件的基础上,实验室制作了一套生物脱硫反应器,并进行了二氧化硫废气处理模拟研究,最后利用数据分析软件进行了处理参数优化。本文主要研究内容和结论如下：硫酸盐还原菌是革兰氏阴性菌,最佳培养条件为：接种生物量10%、培养基pH=7.0、温度35℃、培养时间60h；硫酸盐还原菌能以甲酸钠、乙酸钠、乙醇、丙酸钠、乳酸、葡萄糖等有机物作为电子供体进行硫酸盐的还原转化；硫酸盐还原菌可以利用硫酸盐,亚硫酸盐和硫代硫酸盐作为电子受体,但是不能利用单质硫作为电子受体；该菌种有明显的脱硫能力,而且经过二氧化硫通气驯化后脱硫率有了明显提高从42.6%提高到了72.5%。生物陶粒是脱硫菌的理想载体,吸附能力可以达到23.6mg/g,用生物陶粒吸附固定化脱硫菌种的最佳生物接种量为10%,最佳pH值在6.5到7.5之间,而且实验结果表明：陶粒和培养基相互作用可以使培养基向6.5到7.5变化,这也印证了该生物陶粒是固定化脱硫菌的理想载体。经过固定化后的脱硫菌脱硫能力较之没固定化之前提高了20.7%,达到了87.3%。自制了一套生物脱硫反应器,以生物陶粒为脱硫菌载体进行挂膜脱硫实验,结果表明在陶粒填装高度为400mm和循环液亚铁离子为1.0g/L时对反应器脱硫运行有最好的促进作用。在单因素对反应器脱硫率影响的实验中,最佳条件为：S02入口浓度小于1500 mg/m3,入口气体流量小于100 L/h,循环液喷淋量15L/h和循环液pH值7.0,脱硫率最高可以保持在90%以上最后用SAS数据分析软件设计了响应面分析实验,进行了生物反应器脱硫参数优化,并得到了以脱硫率为响应值的方程：经过优化后的生物反应器最佳工作参数为SO2入口浓度值923.55mg/m3,入口气体流量值90.225L/h,循环液喷淋量13.8837 L/h和循环液pH值7.1172,在最佳参数下反应器脱硫率可以达到95%以上,利用反应器方程可以模拟现实条件下环境的变化对脱硫塔以及脱硫率的影响,为生物脱硫的中试研究以至实际应用提供了一定的参考价值。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章引言  11-23
  1.1 选题的依据和意义  11-12
  1.2 烟道气脱硫(FGD)国内外研究现状分析  12-16
    1.2.1 传统的研究脱硫方法技术分类  12-15
    1.2.2 国内外烟气脱硫技术研究现状对比以及发展趋势  15-16
  1.3 生物法烟气脱硫(BFGD)研究现状  16-17
  1.4 生物脱硫过程中的固定化微生物技术简介  17-21
    1.4.1 固定化细胞技术与天然细胞和游离酶相比的优点  17-18
    1.4.2 固定化方法及效果比较  18-19
    1.4.3 固定化载体的选择  19
    1.4.4 粉煤灰陶粒在环境工程中的应用  19-21
    1.4.5 固定化生物高效反应器工艺的研究和开发  21
  1.5 本论文研究路线图  21-23
第二章实验材料与实验方法  23-31
  2.1 实验材料与仪器  23
  2.2 实验菌种  23-24
  2.3 菌种固定化载体和固定化方法  24-25
    2.3.1 菌种固定化载体  24-25
    2.3.2 菌种固定化方法  25
  2.4 菌种的驯化方法  25
  2.5 生物脱硫反应器及工艺流程  25-27
    2.5.1 生物反应器工艺流程  25-27
    2.5.2 生物陶粒填料处理单元  27
  2.6 实验过程中的检测及测试方法  27-31
    2.6.1 硫化物检测方法  27-28
    2.6.2 分光光度计测细菌菌悬液的吸光度方法  28
    2.6.3 脱硫菌生物量的测定方法  28-29
    2.6.4 不同载体吸附生物量(干重)的测定方法  29
    2.6.5 脱硫菌在陶粒上的吸附固定化实验  29-30
    2.6.6 循环液中亚铁离子浓度的测定  30-31
第三章菌种的培养与脱硫初步研究  31-42
  3.1 菌种的培养及形态观察  31-33
    3.1.1 菌种的培养  31-32
    3.1.2 菌种的形态观察  32-33
  3.2 菌种生长曲线的测定和接种量对菌种生长的影响  33-35
    3.2.1 菌种生长曲线的测定  33-35
    3.2.2 接种量对菌种生长的影响  35
  3.3 脱硫菌硫酸盐还原菌的生理生化特性测定  35-40
    3.3.1 pH条件对硫酸盐还原菌生长繁殖的影响  35-36
    3.3.2 温度条件对硫酸盐还原菌生长繁殖的影响  36-37
    3.3.3 氧气对硫酸盐还原菌生长繁殖的影响  37-38
    3.3.4 亚铁离子的存在对硫酸盐还原菌生长繁殖的影响  38
    3.3.5 脱硫菌SRB对各碳源的利用情况  38-39
    3.3.6 脱硫菌SRB对各硫源的利用情况  39-40
  3.4 脱硫菌SRB的脱硫效果研究及其驯化前后脱硫效果的对比  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章脱硫菌最佳载体的选取及其吸附固定化条件研究  42-50
  4.1 最佳固定化载体的筛选和固定化实验  42-44
    4.1.1 吸附机理  42
    4.1.2 脱硫菌最佳吸附载体的筛选实验  42-44
  4.2 脱硫菌吸附固定化最佳条件研究  44-49
    4.2.1 不同接种生物量对吸附固定化的影响  44-46
    4.2.2 陶粒与pH的相互作用和不同pH值对吸附固定化影响的实验  46-49
  4.3 本章小结  49-50
第五章微生物脱硫反应器的启动及其脱硫研究  50-61
  5.1 脱硫反应器的挂膜与启动研究  50-52
    5.1.1 生物脱硫反应器气液流向的确定  50-51
    5.1.2 生物反应器的启动挂膜  51-52
  5.2 生物脱硫反应器操作条件研究  52-54
    5.2.1 无陶粒填料空塔循环液脱硫实验  52
    5.2.2 生物陶粒填装高度对脱硫效率的影响  52-53
    5.2.3 循环液中亚铁离子浓度对反应器脱硫率的影响  53-54
  5.3 环境因素的变化对生物脱硫反应器二氧化硫脱除性能研究  54-60
    5.3.1 二氧化硫入口浓度对脱硫性能的影响  55-56
    5.3.2 入口气体流量对脱硫性能的影响  56-57
    5.3.3 循环液体喷淋量对脱硫性能的影响  57-58
    5.3.4 循环液pH值的变化对脱硫性能的影响  58-60
  5.5 本章小结  60-61
第六章基于SAS数据分析软件进行脱硫条件优化  61-68
  6.1 响应面分析法原理  61
  6.2 利用响应面分析法进行生物脱硫反应器参数优化  61-67
  6.3 本章小结  67-68
第七章结论与建议  68-70
  7.1 结论  68-69
  7.2 建议  69-70
参考文献  70-73
致谢  73

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