外文翻译-模拟生物滴滤器中能量气体的生物甜化.doc

1、目 录1 引言12 材料与方法23 结果与讨论43.1 启动43.2 长期绩效53.3 对不同扰动的系统反应7模拟生物滴滤器中能量气体的生物甜化 摘 要：从废物和能源丰富的气体中去除硫化氢的需要，不仅是由于环境的健康和安全的原因，如果这种气体要用于发电的话，还由于业务的原因。因此，在这方面工作中提出了从贫氧的气体中消除超高浓度的硫化氢的生物滴滤床的研究。两个实验室规模的生物滴滤池被用于研究启动期，并确定长期的煤气脱硫进程的状况。对介于900至12000 ppmv的入口H2S浓度和两个不同的包装材料进行了调查。即使在最高H2S浓度也没有观察到毒性效应，而和气体接触167和180秒的时候也分别取得

2、了最大消除能力280和250 gH2S m-3 h-1。在microaerophilic运行条件下发现硫和硫酸根是生物氧化硫化物的最多的最终产物时。在不同负荷的增加和系统停机模拟室外操作后，该生物滴滤床是能够迅速恢复其象征性的表现。该报告的结果表明，通常在此类应用中，生物处理可以成为一个有趣的代替传统的烟气脱硫系统。 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.关键词：硫化氢，烟气脱硫，生物滴滤池，脱硫，可燃气体，沼气1 引言硫化氢是一种常见的简单硫化合物，常见于几种工业废物的气体中。通过其刺激性臭鸡蛋气味很容易就可以将其分辨出来。在能源丰富的气体，如厌氧沼气

3、池中的沼气，其中可能含有硫化氢的浓度超过500 ppmv和多达20000 ppmv （ 2 V / V ）（伍德科克和戈特利布，2004年），然而，气味滋扰不是主要问题。在这种情况下，硫化氢去除，通常叫气体脱硫，用以避免腐蚀的内燃机和烟道气体中硫氧化物的产生是必需的。因此，从废物和能源丰富的气体中去除硫化氢不仅是环境健康和安全上的需要，也是运作上的需要。到目前为止，去除硫化氢最常用的处理技术是对胺的选择性吸收，如二甘醇胺、乙醇胺、甲基乙醇胺或对硫化氢有很高的亲和力的其他化合物（伍德科克和戈特利布，2004年）。虽然这些进程中得到了广泛和成功应用，但存在很多缺点，如由于再生的吸收阶段需要高能耗和

4、经营成本。在此背景下，生物处理的空气污染控制的日益普及（德叙斯，1997年； devinny等人，1999年； kennes和韦加，2001年），但尚未普及于处理能源丰富的气体中的硫化氢。 作为lithoautotrophic生物体的能量来源，生物利用硫化氢是人所共知的过程，可以说是具有下列的整体反应（ eqs.（2），（3）条）。请注意，氧化元素硫只能发生在有限的氧气条件，并且有形成硫酸所需的过量的氧（ kuenen，1975年；伍德科克和戈特利布，2004年）。生物滤池、生物洗涤器和生物滴滤池已被证明是一个合适的、环保及经济有效的废气处理方式，特别是用于处理低浓度的硫化氢（杨和李鹏飞，19

5、94年； devinny等人，1999年；加布里埃尔和德叙斯，2003年；金正日和德叙斯，2005年）。不过，在处理高浓度的硫化氢（ “ 1000 ppmv ）时，利用生物滤池，生物滴滤池和生物洗涤器取得的成功是有限的，而且在这种应用上只有少数的工业工序已得到充分开发。其中，thiopaq过程（paques，荷兰），以及biopuric过程（ biothane ，美国）是唯一专门为从沼气或气体燃料消除高浓度的硫化氢而开发的。该thiopaq过程是一个由常规腐蚀性洗涤器构成的双反应器系统其次是一为回收废碱和硫元素的产生的膨胀床生物反应器。该biopuric的过程，也是两个反应器系统，该系统结合了

6、传统的化学洗涤，然后是生物处理的步骤。甚少公开知道后者的过程。替代性和可持续的过程还有待发展。因此，本研究的目的是评估在技术上的可行性，使用一个单一的生物滴滤床反应器处理在实验室模拟沼气或气体燃料的高浓度的硫化氢，并尝试生产可以易处置或收回大多硫份。不同于上述的商业系统，在这一文章中表明，这种处理技术依赖于一个单一的反应堆系统。虽然在生物膜和生物滴滤池处理硫化氢已广泛报道，（杨和李鹏飞， 1994年；devinny等人， 1999年；加布里埃尔和德叙斯， 2003年；金正日和德叙斯， 2005 ），本研究是不同的，因为它涉及到最初含氧丰富的超高浓度的硫化氢气体。以提高硫化氢的吸收能力液相，应选

7、择在接近中性的pH下操作，尽管有许多能降解硫化氢的微生物，如硫杆菌，有酸性的最佳pH值增长点（罗伯逊和kuenen，1999年，2002年）。同时，通过加入均衡器可以表明，硫化氢吸收和氧化成硫的pH值为中性。两个实验室规模的原型与不同的包装材料被用来评价H2S的去除效率 （RE=（Cin-Cout）/ Cin）与消除能力（EC=（Cin-Cout）*Q /V，其中Q是气流量和V是床体积）而言。SO42-/S0的比例制作根据不同的操作状况，以及为当接触到不同的扰动生物反应器稳定性也要进行评估。2 材料与方法这两个实验反应堆A和B （见表1 ）基于同样的设计（图1 ），但略有不同的特点。他们由一个

8、生物滴滤床反应器构成的，操作在一上流式，逆流模式，储与模仿沼气或气体燃料，需要大多含有氮，二氧化碳和硫化氢。虽然气体并不包含任何甲烷或气态烃，但这是一个为处理硫化氢的合理的模拟气体燃料或沼气。这是因为硫化氢通过lithoautotrophic微生物降解的，这已表明不会受到有机碳源存在的影响（Cox和德叙斯，2002年）。即便如此，异养methanotrophic细菌的存在会导致在某些氧与硫化氢降解者的竞争。由于甲烷是只有极少易溶于水，（桑德，1999年），而不是在生物膜或生物滴滤池降解（nikiema等人，2005年），只有微量的额外氧用于弥补异养有机体的氧耗。在实验中，只有小流量的空气（视为

9、有氧氧化硫化氢的需要）需添加到沼气或模仿气体燃料中。矿产中含有（克每升）硝酸钾，1 ；磷酸二氢钾，1 ；磷酸氢二钾，1 ；氯化钠，1 ；硫酸镁， 0.2 ；氯化钙，0.02 ；微量元素（珀帆宁等人，1981年），反应堆A 1 ml l-1和氯化铵，1；磷酸二氢钾，1 ；磷酸氢二钾 1 ； MgSO4 . 7H2O，0.5 ；氯化钙，0.25 ；微量元素（珀帆宁等人，1981年），1 ml 1-1反应堆B组也不断填充以供应养分和洗出副产物。在气相（反应堆）或液相中溶解的HCO3-（反应器二）中无机碳作为二氧化碳供应。反应堆A由随意废弃的开口孔隙聚氨酯（聚氨酯）泡沫（(EDT, Eckental，

10、德国）2*2*2 cm立方块填充。该聚氨酯泡沫塑料包装是专门为生物滴滤筛选的（加布里埃尔和德叙斯， 2003年；弘和德叙斯， 2003年；金正日和德叙斯， 2005年）。它具有高比表面积（600 m2 m）和低密度（35 kg m-3），一个比较优良的网格（每厘米4-6个毛孔），及低压缩强度（5-10 kPa）。该聚氨酯泡沫塑料床有一个初步的孔隙度约0.97。反应器B由聚丙烯HD Q-PAC填充（Lantec Products Inc.，CA ，美国）与4*4毫米开放式网筛。HD Q-PAC是一种常见的湿式洗涤器规整填料与略低的特定面积（430m2m-3）比泡沫和更广泛的毛孔。气缸规整填料被削

11、减紧紧适合内的生物滴滤床反应堆。初步床孔隙度为0.88 。选定HD Q-PAC是因为它的结构强度和它的开放式架构的可能从建议处理中减少硫保留量。反应堆运作连续3个月（反应堆A）和7个月（反应堆B）在以测试一系列不同的操作条件。这两个反应堆接种硫氧化物的生物量，以加速启动期。反应堆A填充了聚氨酯泡沫塑料块采取从实验室规模的生物滴滤床处理少于100 ppmv硫化氢，而反应器B填充了清洁HD Q-PAC和接种的增硫氧化菌培养。富集完成于一个二升Biostat - B的发酵罐（布劳恩生物技术的国际，美国）与硫化钠作为能量来源，与一接种所得的液相一个全面的大规模的沼气脱硫栏，在pH 1.6处理约2000

12、 ppmv硫化氢。整个富集的步骤，进行了超过2个月，pH值逐步增加到6以适应增菌培养的运作pH值。每日对反应堆主要成分进行手动监测。使用便携式探测器（Jerome 631X series, Arizona Instruments，美国）对稀释后抓斗样本的气相H2S的浓度（进气和出气）测量。在净化液体中使用pH电极和一个标准比浊法分别测定pH值和硫酸（apha，1995年）。实验反应堆B配备了自动监测pH值和氧化还原电位（ ORP的）（pH值28，克里松文书，西班牙），在线监测硫化氢的进口和出口浓度(H2S L sensor, Sixth Sense, UK)和液相溶解氧（DO）（oxi340i

13、 ，wtw，德国）。数据采集系统也允许通过调整设置点的数字质量流量控制器（bronkhorst，荷兰）调节和计算进气道气体成分。在反应器B中硫酸、硫代硫酸盐和亚硫酸盐的浓度的衡量，每日的基础上使用ICS-1000离子色谱系统与IonPac AS9-HC项目（戴安公司）。溶解的硫(H2S/ HS-/S2-)用浓度流动注射分析（德尔加多等人， 2006年）计算，硫生产用如以前所报告（詹森等人，1997年）加减计算。无机碳浓度的测量液体清除进行了使用TOC1020分析仪（印务局的分析）。3 结果与讨论3.1 启动在启动阶段，进气H2S浓度在反应堆A明显的变化（图2 A ）条，由于入口气体发电系统的问

14、题。平均浓度为50002000 ppmv相应的硫化氢，一装载15060 g H2S m-3 h-1，而在反应器B中，硫化氢进口浓度最初保持恒定在930 ppmv硫化氢，即装载26 g H2S m-3 h-1。最初，前一个有效的硫化物降解的生物膜建立后，硫化氢去除可因物理吸收到滴液。因此，单独使用硫化氢的出口浓度以估量处理的表现是不足够的。pH值演变和硫或硫酸盐生产应该加以考虑。虽然一开始反应堆A观察到pH值下降缓慢，但直到第28天显着酸化观察（图2A）条。在这个阶段，由手动调整矿产中等流速使pH值控制到一个介于6和7的值之间，如先前所做的全规模生物滴滤池处理低浓度的硫化氢（加布里埃尔和德叙斯，

15、2003年）。不过，正如在图2A可以看出，快速的性能提升后的30天导致很难以手动方式保持pH值在理想的范围内。因此，一些pH值波动在几天中可观察到30次及42次，表明短期内的pH值3.5和5.5没有显著影响硫化氢去除。消除能力保持稳定的价值观之间的100和120 g H2S m-3 h-1（图2C）。反应堆B（图2B及d ）项，液相只是每2-3 天更新一次，在启动阶段后，使悬浮固体溶解于在水池的生物滴滤床，尽量减少生物量的流失。前20天，液相酸化可能是由于吸收和分解硫化氢（等式（ 1 ）。正如图2B中所显示的箭头，每次补充的矿物介质中，对应的pH值及RE增加，直到约20天（图2 ）。后24天，

16、矿物介质中不断提供给生物滴滤和硫酸根的分析显示，随后的pH值下降，并不是因为硫化氢吸收，而是要降解硫化氢和相关的硫酸产生（等式（ 3 ）条）。pH值进行手动控制，此后，通过调整矿产介质流速。在30至35天之间，pH值允许减少到约3.5，导致硫化氢的去除显著下降。理由是为反应堆A及反应堆B的pH值敏感性不同的原因未完全阐明。一个可能的原因是当CO2气体在低pH值时由于溶解中HCO-3的解离使反应堆B可能缺乏碳。另一个可能的解释可能是逐步和控制的pH值适应在富集阶段可能导致在结构特征上一个不可逆转的变化，阻碍了其在低pH值分解硫化氢的能力。与其他关于硫化氢生物滴滤的报告相比（加布里埃尔和德叙斯， 2003年；段等人， 2005年）长启动期的反应堆A，是一个惊喜，因为包装材料与一个充分开发的硫氧化生物膜用。这可能是培养基