生物膜法在天然氣脫H_2S凈化中的應用

【摘要】： 在氧化亞鐵硫桿菌脫硫理論分析的基礎上,分別從菌種、生物反應器和生物滴濾塔三方面進行實驗研究。通過考察不同反應條件對脫硫效率的影響,得出氧化亞鐵硫桿菌催化氧化H_2S的反應機理和最優(yōu)工藝條件。 首先,對氧化亞鐵硫桿菌的培養(yǎng)條件和生長特性進行了研究。結果表明,在培養(yǎng)溫度為30℃、初始pH2.0、搖床轉速160rpm、接種量(v/v)10%、培養(yǎng)基加入量(v/v)100mL/250mL時,細菌生長良好,活性最佳,生長周期最短,約為40h。在鐵基培養(yǎng)的基礎上,建立了氧化亞鐵硫桿菌的生長動力學模型。 其次,對氧化亞鐵硫桿菌進行掛膜固定化,以增大細胞密度,使反應加速,實現(xiàn)連續(xù)化操作;并對細菌固定化的條件進行了優(yōu)化。掛膜試驗分兩步進行:預掛膜和T.f菌固定化。采用聚氨酯球粒填料在生物反應器中掛膜6d后,氧化亞鐵硫桿菌的游離菌數(shù)趨于穩(wěn)定,膜的固定化完成。實驗結果表明,固定化氧化亞鐵硫桿菌氧化活性遠優(yōu)于游離態(tài)的氧化亞鐵硫桿菌,Fe~(2+)氧化速率達7.5g/L.h以上,為游離態(tài)氧化亞鐵硫桿菌的10倍左右。對T.f菌氧化Fe~(2+)為Fe~(3+)的動力學進行了研究,建立了相關數(shù)學模型。在Fe~(2+)濃度低于5.6g/L時,不存在底物抑制現(xiàn)象,表觀速率方程為:1/V=0.0635+0.3978/C_(Fe)~(2+)。 最后,設計正交實驗,討論了液氣比、進氣H_2S濃度、pH值、反應時間及Fe~(3+)濃度等因素對脫硫效率的影響。結果表明,進氣H_2S濃度在200～800mg/m~3的實驗范圍內時,生物滴濾塔的脫硫效率非常高(97%),幾乎不受H_2S濃度的影響。通過極差分析表明,該反應為傳質控制反應,液氣比是影響脫硫效率的主導因素。通過最優(yōu)工程平均得到,最優(yōu)工藝條件下,理論最高脫硫效率可達到97.7%。 生物脫硫技術以低能耗、操作條件簡單,無二次污染等優(yōu)點,在天然氣脫除H_2S的過程中,有著良好的應用前景,成為超越傳統(tǒng)脫硫技術的新的技術發(fā)展方向。 【關鍵詞】：H_2S 氧化亞鐵硫桿菌 生物滴濾塔 脫硫效率 傳質控制
【學位授予單位】：江蘇工業(yè)學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TE868
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 1 緒論10-12
• 2 文獻綜述12-27
• 2.1 天然氣脫硫工藝國內外研究現(xiàn)狀12-16
• 2.1.1 濕法脫硫技術12-14
• 2.1.2 干法脫硫技術14-15
• 2.1.3 其他脫硫方法15
• 2.1.4 天然氣凈化工藝發(fā)展趨勢15-16
• 2.2 生物法脫硫的研究進展16-25
• 2.2.1 生物脫硫工藝方法介紹19-22
• 2.2.2 微生物固定化22-25
• 2.3 選題意義及研究內容25-26
• 2.3.1 選題意義25
• 2.3.2 本論文的研究內容25-26
• 2.4 本章小結26-27
• 3 實驗內容與分析方法27-33
• 3.1 菌種及氣源27
• 3.2 細菌培養(yǎng)、鑒定及計數(shù)27
• 3.3 實驗裝置與流程27-29
• 3.4 實驗條件的選擇29-30
• 3.5 H_2S 監(jiān)測分析方法30-31
• 3.5.1 分析儀器30
• 3.5.2 采樣方法30
• 3.5.3 結果計算30-31
• 3.6 實驗分析操作方法31
• 3.6.1 革蘭氏染色31
• 3.6.2 用重鉻酸鉀容量法測定鐵含量31
• 3.6.3 pH 值測定31
• 3.7 技術思路與創(chuàng)新點31-33
• 3.7.1 技術思路31-32
• 3.7.2 本論文創(chuàng)新點32-33
• 4 T.f 菌的生長特性研究33-43
• 4.1 引言33
• 4.2 材料與方法33-34
• 4.2.1 菌種33
• 4.2.2 培養(yǎng)條件33
• 4.2.3 實驗儀器33-34
• 4.3 菌種培養(yǎng)34-35
• 4.3.1 增殖培養(yǎng)34
• 4.3.2 菌種分離34
• 4.3.3 顯微鏡觀察34-35
• 4.4 T.f 菌的生長特性實驗分析35-40
• 4.4.1 分批培養(yǎng)35-38
• 4.4.2 連續(xù)培養(yǎng)38-40
• 4.5 T.f 菌生長動力學研究40-42
• 4.5.1 T.f 菌株的分離特征40
• 4.5.2 氧化亞鐵硫桿菌生長動力學模型40-42
• 4.6 本章小結42-43
• 5 T.f 菌固定化及催化氧化 Fe~(2+)的動力學研究43-56
• 5.1 引言43
• 5.2 實驗準備43
• 5.2.1 菌種43
• 5.2.2 儀器與方法43
• 5.2.3 固定化載體43
• 5.3 氧化亞鐵硫桿菌的固定化方法43-47
• 5.3.1 預掛膜44-46
• 5.3.2 T.f 菌固定化46-47
• 5.4 T.f 菌對 Fe~(2+)的氧化47-49
• 5.4.1 Fe2+氧化機理分析47-48
• 5.4.2 固定化與游離態(tài) T.f 菌的氧化活性比較48-49
• 5.5 T.f 菌氧化活性的條件優(yōu)化實驗49-51
• 5.5.1 溫度對 T.f 菌氧化 Fe~(2+)的影響49
• 5.5.2 培養(yǎng)液初始 pH 值對 T.f 菌氧化活性的影響49-50
• 5.5.3 初始 Fe~(2+)濃度對 T.f 菌氧化活性的影響50
• 5.5.4 初始 Fe~(3+)濃度的影響50-51
• 5.5.5 曝氣對 T.f 菌氧化活性的影響51
• 5.6 T.f 氧化 Fe~(2+)的動力學模型51-55
• 5.6.1 Fe2+對氧化反應的抑制作用52
• 5.6.2 T.f 氧化 Fe~(2+)的表觀速率方程52-55
• 5.7 本章小結55-56
• 6 脫除 H_2S 的實驗研究56-69
• 6.1 引言56
• 6.2 材料和方法56
• 6.2.1 生物滴濾塔56
• 6.2.2 硫化氫來源56
• 6.2.3 分析方法56
• 6.3 氧化亞鐵硫桿菌的雙重氧化系統(tǒng)分析56-58
• 6.3.1 Fe~(2+)的氧化57
• 6.3.2 硫的氧化57-58
• 6.4 生物滴濾塔穩(wěn)態(tài)過程58-59
• 6.5 結果與討論59-67
• 6.5.1 生物脫硫工藝條件的正交試驗59-65
• 6.5.2 最佳工藝條件的確定65-66
• 6.5.3 最優(yōu)方案的工程平均66
• 6.5.4 單質硫回收探討66-67
• 6.6 氧化亞鐵硫桿菌可能的兩種脫硫機理67-68
• 6.6.1 直接氧化作用67
• 6.6.2 間接氧化作用67-68
• 6.7 本章小結68-69
• 7 結論與建議69-71
• 7.1 結論69
• 7.2 建議69-71
• 參考文獻71-77
• 附錄77-83
• 附錄 177-78
• 附錄 278-79
• 附錄 379-81
• 附錄 481-82
• 附錄 582-83
• 攻讀學位期間研究成果83-84
• 致謝84

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