烟气生化脱硫中硫酸盐还原菌代谢活性的提升和产硫磺研究

作     者：李奔 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡学伟

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：烟气生化脱硫 硫酸盐还原菌 代谢活性 硫磺 电子供体 

摘      要：二氧化硫的排放会对生态环境和人类健康造成危害,燃煤发电和冶金制造过程中会产生大量的含硫烟气。传统的钙法脱硫造成脱硫石膏大量堆置的问题,氨法脱硫存在运行成本高和氨逃逸等问题;硫磺是工农业生产中所需的重要原料,我国大量硫磺依赖进口;解决硫排放与硫进口的冲突是构建资源节约型社会的有效措施。基于硫酸盐还原菌（SRB,Sulfate Reducing Bacteria）的生化处理含硫烟气工艺,可实现常温、常压、无二次污染,且可回收硫磺,在含硫烟气处理方面潜力巨大。本研究针对烟气生化脱硫中SRB代谢活性低及硫磺产率低的问题。生化烟气脱硫过程中会产生SO的累积,本研究探究电子供体对SRB代谢活性的影响;探究碳硫比、代谢底物浓度、进水p H与形成生物膜的载体材料对SRB的代谢活性影响;归中反应产物硫磺是实现含硫烟气处理及硫资源化回收的关键步骤,对归中反应的调控以及反应产物组分利用情况做进一步研究。本研究主要取得以下结论:（1）以甲酸钠作电子供体可提升SRB代谢活性。以SRB混合菌种和纯菌种接种,以蔗糖、葡萄糖、乳酸钠、乙酸钠、甲酸钠、碳酸氢钠做电子供体,探究其代谢SO活性。纯菌种在利用甲酸钠做电子供体有较高的代谢率,但混合菌种耐受性较强;甲酸钠作为电子供体时,微生物群落中脱硫弧菌属的相对丰度为7.8%,但其代谢率可达95.79%、硫转化率可达66.41%,甲酸钠做为电子供体可有效提升SRB的代谢活性与硫转化率;乳酸钠做电子供体时,群落分析中脱硫弧菌属相对丰度明显升高,达25.13%,可作为SRB生长时的良好电子供体;乙酸钠做电子供体时,微生物群落中的脱硫弧菌属相对丰度为4.5%,且其代谢效果较差,乙酸钠对SRB的生长代谢会产生抑制作用。SRB在利用电子供体的过程中限速步骤为乙酸钠的利用与分解步骤,选择合适的电子供体（如甲酸钠）避免乙酸钠的产生可有效提高SRB的代谢活性与电子供体的利用率。（2）以甲酸钠作为电子供体代谢SO,当碳硫比为1时可完全提供SRB代谢过程中所需的电子供体,且SRB代谢活性较好,可保持较高的代谢率与硫转化率,并获得较为合适的经济条件;进水SO浓度越高,可获得较高的代谢率,但随着进水SO浓度的升高对SRB活性抑制作用逐渐增强;p H对SRB活性影响较大,当进水p H=4时完全抑制SRB活性,导致SRB代谢无法进行,致使反应系统崩溃,当进水p H=5时SRB活性受到抑制,但仍可以进行代谢反应并产生碱度使p H缓慢升高,当p H接近于7时SRB活性最高;生物基质载体由于生物亲和性较好,形成生物膜微生物多样性较好具有较高的代谢活性,高分子有机载体机械强度较高,形成的生物膜专一性较强具有较高的硫转化率。（3）降低参与反应的S溶液p H值可显著提高硫磺产量与纯度。使用液相克劳斯法使S与SO发生归中反应,其主要产物为S,副产物为SO;XRD分析得出固相产物为S环状分子、正交晶系斜方单质硫;当参与反应S溶液p H=5时,归中反应产硫磺效果较好,并且当S与SO摩尔质量比为1.44时,单质硫产率最大,为87.89%,且硫磺粒径较大,纯度较高。随着S溶液加入烟气淋洗水中,硫归中与歧化反应引起硫磺的生成与消耗,单质硫的生成主要是由于S与SO氧化还原归中反应所贡献的,而单质硫的消耗则主要是由于歧化反应导致的,需在反应过程中减少单质硫的歧化可获得较高的硫磺产率。本研究结论可为SRB脱硫实际应用中电子供体的选择提供指导,在此基础上选择合适的电子供体以达到以废治废的目的;可提高硫磺的产率与纯度,为生化处理烟气中硫磺资源化工业应用奠定理论基础。