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H2S废气的高效低耗处理及净化技术一直是国内外研究的重点。本文利用氧化亚铁硫杆菌(T.f菌)和铁离子的氧化还原特性,开拓性地将生物法和液相催化氧化法相结合,进行了H2S废气生物催化氧化净化试验研究。考察了环境条件对T.f菌生长的影响;通过T.f菌对单一硫系底物以及Fe、硫系双底物的利用情况研究,考察了T.f菌对不同体系硫元素的利用和氧化情况;并利用以焦碳、塑料小球和塑料纤维为填料的滴滤塔进行了去除H2S的工艺试验研究,最后通过对相关数学模型的研究,建立了生物催化氧化法处理H2S废气的动力学模型。
环境因素对T.f倩生长影响的实验研究表明,T.f菌生长的最佳条件为:温度在25~35℃、pH在2.0~2.5之间。Fe3+和Fe2+浓度对细菌的生长以及细菌氧化Fe2+有影响,细菌最适的Fe3+和Fe2+浓度分别为0.06mol/L和0.1mol/L,此时细菌对Fe2+的氧化活性最好。
T.f菌对单组分和双组分物质的氧化作用情况的实验表明,对于单组分硫系底物,细菌对Na2S2O3的氧化作用情况最好,其次是Na2S和Na2SO3的对这两种物质的氧化作用差不多,对单质硫氧化作用最难。对于Fe2++硫系双底物,培养体系中Fe2+的存在能够促进细菌对硫系物的氧化作用,细菌对双物质的氧化作用情况为:Fe2++Na2S2O3>Fe2++Na2SO3>Fe2++Na2S>Fe2++S。这为指导以T.f菌和Fe(Ⅲ)构建的生物催化氧化体系处理H2S奠定了某些理论基础。
实验设计了生物催化氧化填料滴滤塔和T.f菌及Fe(Ⅲ)催化再生池为一体的实验装置,开发了相关工艺和技术。同时,针对三种不同的填料,进行了生物催化氧化法处理H2S废气的工艺实验研究,结果表明,该方法具有技术先进,装置和工艺简单,对H2S废气处理效果好,T.f菌及Fe(Ⅲ)催化再生容易等优点,能同时实现H2S废气的处理和生物及化学氧化剂的再生。对于T.f菌及Fe(Ⅲ)催化再生体系,有菌曝气时的亚铁氧化率远远高于其他方法,实际操作中应进行曝气再生。对于以三种填料为特征的生物催化氧化填料滴滤塔,在进气浓度较低时(0.2~0.5g/m3),对H2S废气的净化效果均较理想,H2S的净化率可达100%;当进气浓度超过0.5g/m3时,三种填料的净化效果顺序为焦碳>塑料小球>塑料纤维,在一定的工艺条件下,H2S的净化率可达95%以上,H2S的排放可达国家一级排放标准。
对于H2S净化动力学模型研究表明,动力学符合负指数曲线,实验常数(A+B)/Q是和液膜传质及化学反应、生物膜传质及生物降解过程有关的常数。所得模型均能较好地与实验数据拟合。