生物膜法在天然气脱H2S净化中的应用

论文摘要

在氧化亚铁硫杆菌脱硫理论分析的基础上,分别从菌种、生物反应器和生物滴滤塔三方面进行实验研究。通过考察不同反应条件对脱硫效率的影响,得出氧化亚铁硫杆菌催化氧化H2S的反应机理和最优工艺条件。首先,对氧化亚铁硫杆菌的培养条件和生长特性进行了研究。结果表明,在培养温度为30℃、初始pH2.0、摇床转速160rpm、接种量（v/v）10%、培养基加入量（v/v）100mL/250mL时,细菌生长良好,活性最佳,生长周期最短,约为40h。在铁基培养的基础上,建立了氧化亚铁硫杆菌的生长动力学模型。其次,对氧化亚铁硫杆菌进行挂膜固定化,以增大细胞密度,使反应加速,实现连续化操作;并对细菌固定化的条件进行了优化。挂膜试验分两步进行:预挂膜和T.f菌固定化。采用聚氨酯球粒填料在生物反应器中挂膜6d后,氧化亚铁硫杆菌的游离菌数趋于稳定,膜的固定化完成。实验结果表明,固定化氧化亚铁硫杆菌氧化活性远优于游离态的氧化亚铁硫杆菌,Fe2+氧化速率达7.5g/L.h以上,为游离态氧化亚铁硫杆菌的10倍左右。对T.f菌氧化Fe2+为Fe3+的动力学进行了研究,建立了相关数学模型。在Fe2+浓度低于5.6g/L时,不存在底物抑制现象,表观速率方程为:1/V=0.0635+0.3978/CFe2+。最后,设计正交实验,讨论了液气比、进气H2S浓度、pH值、反应时间及Fe3+浓度等因素对脱硫效率的影响。结果表明,进气H2S浓度在200～800mg/m3的实验范围内时,生物滴滤塔的脱硫效率非常高（>97%）,几乎不受H2S浓度的影响。通过极差分析表明,该反应为传质控制反应,液气比是影响脱硫效率的主导因素。通过最优工程平均得到,最优工艺条件下,理论最高脱硫效率可达到97.7%。生物脱硫技术以低能耗、操作条件简单,无二次污染等优点,在天然气脱除H2S的过程中,有着良好的应用前景,成为超越传统脱硫技术的新的技术发展方向。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 2 文献综述
• 2.1 天然气脱硫工艺国内外研究现状
• 2.1.1 湿法脱硫技术
• 2.1.2 干法脱硫技术
• 2.1.3 其他脱硫方法
• 2.1.4 天然气净化工艺发展趋势
• 2.2 生物法脱硫的研究进展
• 2.2.1 生物脱硫工艺方法介绍
• 2.2.2 微生物固定化
• 2.3 选题意义及研究内容
• 2.3.1 选题意义
• 2.3.2 本论文的研究内容
• 2.4 本章小结
• 3 实验内容与分析方法
• 3.1 菌种及气源
• 3.2 细菌培养、鉴定及计数
• 3.3 实验装置与流程
• 3.4 实验条件的选择
• 2S 监测分析方法'>3.5 H₂S 监测分析方法
• 3.5.1 分析仪器
• 3.5.2 采样方法
• 3.5.3 结果计算
• 3.6 实验分析操作方法
• 3.6.1 革兰氏染色
• 3.6.2 用重铬酸钾容量法测定铁含量
• 3.6.3 pH 值测定
• 3.7 技术思路与创新点
• 3.7.1 技术思路
• 3.7.2 本论文创新点
• 4 T.f 菌的生长特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 菌种
• 4.2.2 培养条件
• 4.2.3 实验仪器
• 4.3 菌种培养
• 4.3.1 增殖培养
• 4.3.2 菌种分离
• 4.3.3 显微镜观察
• 4.4 T.f 菌的生长特性实验分析
• 4.4.1 分批培养
• 4.4.2 连续培养
• 4.5 T.f 菌生长动力学研究
• 4.5.1 T.f 菌株的分离特征
• 4.5.2 氧化亚铁硫杆菌生长动力学模型
• 4.6 本章小结
• 2+的动力学研究'>5 T.f 菌固定化及催化氧化 Fe²⁺的动力学研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验准备
• 5.2.1 菌种
• 5.2.2 仪器与方法
• 5.2.3 固定化载体
• 5.3 氧化亚铁硫杆菌的固定化方法
• 5.3.1 预挂膜
• 5.3.2 T.f 菌固定化
• 2+的氧化'>5.4 T.f 菌对 Fe²⁺的氧化
• 5.4.1 Fe2+氧化机理分析
• 5.4.2 固定化与游离态 T.f 菌的氧化活性比较
• 5.5 T.f 菌氧化活性的条件优化实验
• 2+的影响'>5.5.1 温度对 T.f 菌氧化 Fe²⁺的影响
• 5.5.2 培养液初始 pH 值对 T.f 菌氧化活性的影响
• 2+浓度对 T.f 菌氧化活性的影响'>5.5.3 初始 Fe²⁺浓度对 T.f 菌氧化活性的影响
• 3+浓度的影响'>5.5.4 初始 Fe³⁺浓度的影响
• 5.5.5 曝气对 T.f 菌氧化活性的影响
• 2+的动力学模型'>5.6 T.f 氧化 Fe²⁺的动力学模型
• 5.6.1 Fe2+对氧化反应的抑制作用
• 2+的表观速率方程'>5.6.2 T.f 氧化 Fe²⁺的表观速率方程
• 5.7 本章小结
• 2S 的实验研究'>6 脱除 H₂S 的实验研究
• 6.1 引言
• 6.2 材料和方法
• 6.2.1 生物滴滤塔
• 6.2.2 硫化氢来源
• 6.2.3 分析方法
• 6.3 氧化亚铁硫杆菌的双重氧化系统分析
• 2+的氧化'>6.3.1 Fe²⁺的氧化
• 6.3.2 硫的氧化
• 6.4 生物滴滤塔稳态过程
• 6.5 结果与讨论
• 6.5.1 生物脱硫工艺条件的正交试验
• 6.5.2 最佳工艺条件的确定
• 6.5.3 最优方案的工程平均
• 6.5.4 单质硫回收探讨
• 6.6 氧化亚铁硫杆菌可能的两种脱硫机理
• 6.6.1 直接氧化作用
• 6.6.2 间接氧化作用
• 6.7 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 附录
• 附录 1
• 附录 2
• 附录 3
• 附录 4
• 附录 5
• 攻读学位期间研究成果
• 致谢