一種喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中硫化氫的方法與流程

本發(fā)明屬于生物能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中硫化氫的方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，世界各地能源需求量日益上升。在能源結(jié)構(gòu)中，以石油、煤炭等為主的化石能源依舊占據(jù)著主體地位，人類若過分依賴這些傳統(tǒng)化石能源，其不可再生性必將引起能源危機。沼氣作為一種新興的綠色能源逐漸引起人們的重視。沼氣是一種混合氣體，一般含CH₄為60%~70%，CO₂為30%~40%，少量的H₂S、水汽、NH₃等。其中硫化氫對人身安全、環(huán)境以及設(shè)備都有較大的危害。對于人身安全，硫化氫對粘膜有較強的刺激作用，是強烈的神經(jīng)毒物。對于環(huán)境而言，硫化氫對水體和空氣都有污染，燃燒產(chǎn)生的二氧化硫?qū)е滤嵊甑漠a(chǎn)生。對于設(shè)備，在原油開采，儲備運輸和加工過程中具有腐蝕危害，嚴(yán)重會造成重大安全事故。沼氣用途不同，對H₂S含量的要求也不同，相應(yīng)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：若利用沼氣發(fā)電，則H₂S的濃度需小于等于200~300mg/m³；若將沼氣作為車用燃料或并入燃?xì)夤芫W(wǎng)，則H₂S的濃度需小于等于15 mg/m³。沼氣中H₂S的質(zhì)量濃度一般為1~12g/m³，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，若不進行預(yù)處理，沼氣中含有的 H₂S會腐蝕金屬管道、儀器儀表等。因此，沼氣在綜合利用前必須進行H₂S脫除。

無論是國內(nèi)還是國外，硫化氫脫除方法都有不少，簡單的可以分為濕法脫硫、干法脫硫和生物脫硫。濕法脫硫是通過氫氧化鈉、氨水等特定的溶劑，與硫化氫反應(yīng)來脫除硫化氫的一種方法，通過氧氣對溶劑的作用達到溶劑的循環(huán)利用。由于氫氧化鈉的流速和流量的影響，硫化氫并不能完全溶解在起其中，并在溶解過程中會產(chǎn)生硫代硫酸鹽，這些都將影響脫硫效果，而且還有投資多、運行管理復(fù)雜、脫硫成本高和吸收液需更換等問題。干法脫硫是一種利用氧氣，以氧化鐵作為氧化劑將硫化氫氧化為單質(zhì)硫或者硫化物的一種脫硫方式。單質(zhì)硫在吸收過程中起到了一個催化的作用。但干法脫硫技術(shù)有裝置占地面積大、操作不連續(xù)、脫硫劑不易再生、不易更換和脫硫效率低等問題。生物脫硫技術(shù)是通過微生物代謝途徑將H₂S轉(zhuǎn)化為硫酸鹽或者單質(zhì)硫的一種脫除技術(shù)。但其脫硫的穩(wěn)定性容易受到環(huán)境溫度的影響。

硫化物氧化菌主要分為三類：絲狀硫細(xì)菌、光合硫細(xì)菌和無色硫細(xì)菌，大部分屬于化能自養(yǎng)型。其中硫桿菌屬是土壤和自然水體中最常見的一種無色硫細(xì)菌，一般為無芽孢的短桿菌，革蘭氏陰性，端生鞭毛，能將硫化物氧化成單質(zhì)硫或硫酸鹽，或?qū)⒘虼蛩猁}氧化為硫酸鹽。迄今為止，人們已經(jīng)證實硫桿菌屬有8種：氧化硫硫桿菌，排硫硫桿菌，脫氮硫桿菌，氧化亞鐵硫桿菌，那不勒斯硫桿菌，新型硫桿菌，中間硫桿菌和代謝不全硫桿菌。其中前4種在硫酸鹽廢水處理研究中應(yīng)用最為廣泛。

喜溫嗜酸硫桿菌(Acidithiobacillus caldus)是嗜酸硫桿菌屬(Acidithiobacillus)中惟一的適度嗜熱菌，嗜酸好氧，是一種化能自養(yǎng)的革蘭氏陰性菌，以硫或還原性的硫化物為能量來源，以空氣中的 CO₂為碳源，并吸收氮、磷等無機營養(yǎng)物質(zhì)合成菌體細(xì)胞，一般會將硫粉、HS^-和 H₂S氧化H₂SO₄。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中硫化氫的方法，具有操作方便，工藝流程簡單，提高資源利用價值，節(jié)省費用、提高脫硫效率等優(yōu)點，可以穩(wěn)定高效地脫除沼氣中的硫化氫，將有助于提高沼氣利用水平，突破沼氣脫硫難題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中硫化氫的方法的具體操作步驟如下：

1）反應(yīng)器A為產(chǎn)沼氣裝置；

2）喜溫嗜酸硫桿菌生物脫硫裝置B中裝有9K培養(yǎng)基和3%~5%接種量的喜溫嗜酸硫桿菌，進行喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中硫化氫；

3）每天檢測一次喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中的硫化氫裝置中硫化氫濃度的變化；

步驟1）產(chǎn)沼氣的反應(yīng)器A中沼氣發(fā)酵原料包括有機廢水、畜禽糞便、生活垃圾和秸稈等。

步驟1）所述產(chǎn)沼氣的反應(yīng)器A中沼氣發(fā)酵液產(chǎn)沼氣的硫化氫濃度為1000ppm~2000ppm。

步驟2）所述喜溫嗜酸硫桿菌的培養(yǎng)基配方為：A：硫酸銨3.0 g，氯化鉀0.1 g，磷酸氫二鉀0.5 g，七水硫酸鎂0.5 g，硝酸鈣0.01 g，蒸餾水1L，用稀硫酸將pH調(diào)至2.5，高壓滅菌20min。B：硫酸亞鐵3~4%，蒸餾水10mL，過膜除菌。接種前將B加入到A培養(yǎng)基中。

步驟2）所述采用9K培養(yǎng)基將喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)至對數(shù)期，取少量菌液做活細(xì)胞計數(shù)，測得菌種活細(xì)胞數(shù)為2.0×10⁶個/mL~10.0×10⁶個/mL。

步驟2）所述沼氣經(jīng)過裝有喜溫嗜酸硫桿菌菌液的反應(yīng)器B進行生物脫硫后硫化氫濃度不超過30ppm，優(yōu)選的低于10ppm。

所述喜溫嗜酸硫桿菌為中國微生物菌種保藏中心保藏的菌種編號為1.7296的菌株，喜溫嗜酸硫桿菌(Acidithiobacillus caldus)是一類專性自養(yǎng)極端嗜酸性硫桿菌，廣泛分布于硫化礦床、酸性礦水及土壤中，在細(xì)菌冶金、煤的脫硫和含硫廢水的處理等方面發(fā)揮重要作用，同時在自然界的硫循環(huán)中也占有重要地位。Dopson和Lindtrom研究分析了喜溫嗜酸硫桿菌的代謝物具有表面活性劑的作用，使硫元素能充分得到溶解。喜溫嗜酸硫桿菌氧化能力很強，細(xì)胞增長1g便可生成20g以上的單質(zhì)硫，將待處理的沼氣連續(xù)的通入到喜溫嗜酸硫桿菌的發(fā)酵液中，根據(jù)沼氣的通入速率調(diào)節(jié)發(fā)酵液的用量，以收集的沼氣中硫化氫含量符合所需目標(biāo)為基準(zhǔn)，根據(jù)處理量目標(biāo)調(diào)節(jié)。

所述菌株的培養(yǎng)方法為：將喜溫嗜酸硫桿菌菌株進行恢復(fù)培養(yǎng)，用無菌吸管吸取0.3~0.5mL的9K培養(yǎng)基，滴入安瓿內(nèi)，輕輕震蕩，使凍干菌體溶解呈懸浮狀，吸取全部菌懸液，移至5mL的9K培養(yǎng)基中，置攪拌速度170 r/min，溫度40~45℃培養(yǎng)48~72h，由于菌種經(jīng)過冷凍干燥保存后，延遲期較長，將一代恢復(fù)培養(yǎng)的喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)液按3%~5%的接種量接種到5mL液體培養(yǎng)基中，同樣的培養(yǎng)條件進行連續(xù)兩次的繼代培養(yǎng)，將恢復(fù)培養(yǎng)的喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)液按3%~5%的接種量接種到80mL液體培養(yǎng)基中，同樣的培養(yǎng)條件將喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)至對數(shù)期中期（4~5d）。將沼氣通入到喜溫嗜酸硫桿菌的發(fā)酵液中進行脫硫，脫硫過程控制攪拌速度為170 r/min，溫度40~45℃。

本發(fā)明具有的積極效果是：由于本發(fā)明是采用喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中的硫化氫，從而顯著減少了原位沼氣中硫化氫的量，脫除對環(huán)境以及設(shè)備有危害的硫化氫，脫除效率高，減少了后續(xù)脫硫的費用和工作量。喜溫嗜酸硫桿菌氧化能力很強，細(xì)胞增長1g便可生成20g以上的單質(zhì)硫，李亞新等通過好氧無色硫細(xì)菌生物膜反應(yīng)器，開展了硫化物轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫的實驗，硫化氫的去除率達87%，本發(fā)明脫硫效率達98.24%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有技術(shù)的脫硫效率。

附圖說明

圖1為反應(yīng)裝置示意圖；

圖2為喜溫嗜酸硫桿菌脫硫的硫化氫濃度變化曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明具體實施方式進行詳細(xì)說明。

所述喜溫嗜酸硫桿菌為中國微生物菌種保藏中心保藏的菌種編號為1.7296的菌株。

實施例1

本實施例提供一種加入喜溫嗜酸硫桿菌菌株進行去除沼氣中硫化氫的實驗。

步驟一，將喜溫嗜酸硫桿菌菌株進行恢復(fù)培養(yǎng)，用無菌吸管吸取0.3~0.5mL的9K培養(yǎng)基，滴入安瓿內(nèi)，輕輕震蕩，使凍干菌體溶解呈懸浮狀，吸取全部菌懸液，移至5mL的9K培養(yǎng)基中，置攪拌速度170 r/min，溫度40~45℃培養(yǎng)48~72h，由于菌種經(jīng)過冷凍干燥保存后，延遲期較長，將一代恢復(fù)培養(yǎng)的喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)液按3%~5%的接種量接種到5mL液體培養(yǎng)基中，同樣的培養(yǎng)條件進行連續(xù)兩次的繼代培養(yǎng)，將恢復(fù)培養(yǎng)的喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)液按3%~5%的接種量接種到80mL液體培養(yǎng)基中，同樣的培養(yǎng)條件將喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)至對數(shù)期中期（4~5d）。喜溫嗜酸硫桿菌的培養(yǎng)基配方為：A：硫酸銨3.0 g，氯化鉀0.1 g，磷酸氫二鉀0.5 g，七水硫酸鎂0.5 g，硝酸鈣0.01 g，蒸餾水1L，用稀硫酸將pH調(diào)至2.5，高壓滅菌20min。B：硫酸亞鐵3~4%，蒸餾水10mL，過膜除菌。接種前將B加入到A培養(yǎng)基中。

步驟二，沼氣生產(chǎn)：使用酒精廢水化學(xué)需氧量（COD）是29,000 mg/L，pH 是3.78，總氮是74.84 mg/L，總揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）是21.45 mM，活性污泥可揮發(fā)性懸浮固體VSS（36.49 g /L）的發(fā)酵液作為沼氣生產(chǎn)的原料；

步驟三，取2組裝置，編號A0和A1，兩個裝置A裝置加入80mL步驟二所得的發(fā)酵液，編號A1的脫硫裝置的反應(yīng)器B中加入80mL的9K培養(yǎng)基，接種3%~5%步驟一所得的喜溫嗜酸硫桿菌菌液；

步驟四，將A0和A1號裝置放入轉(zhuǎn)速為170 r/min搖床中，溫度40 ℃，進行反應(yīng)，反應(yīng)6天，并記錄硫化氫濃度的變化。

從圖2可以得出對照樣不加入喜溫嗜酸硫桿菌硫化氫濃度為1423.05 ppm，添加喜溫嗜酸硫桿菌的脫硫裝置第一天產(chǎn)生的沼氣中硫化氫的濃度為22.41 ppm，第六天產(chǎn)生的沼氣中硫化氫的濃度為5.93 ppm，脫硫效果明顯。可見，喜溫嗜酸硫桿菌使硫化氫的含量有明顯下降，硫化氫的脫除效果比較好。