生物催化氧化法处理H2S废气的工艺及理论研究

论文题目: 生物催化氧化法处理H2S废气的工艺及理论研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 矿物加工工程

作者: 宫磊

导师: 徐晓军

关键词: 生物催化氧化法,硫化氢,氧化亚铁硫杆菌,电位图,溶液化学,动力学模型

文献来源: 昆明理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 硫化氢是危害性极强的毒性气体,也是恶臭气体的主要成分之一,H2S的排放既严重污染环境,又对人类健康构成极大的威胁。因此,H2S废气的治理已成为亟待解决的重大环境问题之一。本文针对H2S废气处理过程中存在的实际问题,利用生物催化氧化脱硫自主发明专利技术,将生物法和液相生化催化氧化法技术有机结合,进行了详细的工艺及相关理论研究,以期为H2S废气的治理提供一种新的处理方法和工艺。本论文的创新性主要有如下几点:①建立了生物催化氧化去除H2S的新工艺,其特点是利用T.f菌和Fe（Ⅲ）的氧化特性,通过对H2S的化学氧化、催化氧化以及生物氧化和T.f菌对Fe（Ⅱ）氧化的有机结合,在填料塔中实现了对H2S的去除及Fe（Ⅲ）氧化剂的再生,使得两者相互促进,发挥其协同作用。②利用再生曝气装置强化Fe（Ⅲ）氧化剂和T.f菌的再生,实现喷淋液连续再生,循环利用。③利用电位—pH图的热力学理论,对操作过程可能产生的各种相关气、固相物质组分的稳定性进行理论分析,以指导实际操作和运行过程。④利用同时平衡原理的溶液化学理论进行了H2S去除过程的理论分析,在此基础上得出了本法去除H2S的Fe（Ⅲ）催化剂的活性组分和催化机理。确定了T.f菌在生物催化氧化体系中的最佳生长环境,根据试验数据利用MATLAB工具计算得到了不同条件下T.f菌氧化Fe2+的动力学方程,为本工艺的进一步优化提供参考数据。论文设计了生物催化氧化法处理H2S废气的具体工艺和试验装置,利用再生曝气装置提高T.f菌对Fe2+的氧化能力,系统研究了工艺参数对五种不同的填料塔去除H2S气体效果的影响。在进气浓度较低时,五种填料塔均能获得令人满意的效果。当进气浓度较高时,五种填料塔去除H2S效果的顺序为:沸石>焦碳>塑料小球>混合填料>软性塑料纤维填料。在进气浓度为2.0g/m3时,在通气量0.25m3/h和温度30℃的条件下,沸石填料塔在喷林量和停留时间分别为1000ml/h和85s的条件下,可将进气中的H2S完全去除;焦碳填料塔在喷林量和停留时间分别为1400ml/h和102s的条件下可将H2S完全去除:对于塑料小球填料塔,当喷林量和停留时间分别为1400ml/h和102s时,H2S的去除率达到99.6%,出气H2S浓度已达到国家一级排放标准:对于塑料纤维填料塔和混合填料塔,在最大喷淋量和停

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1．1 硫化氢废气的来源与危害

1．1．1 硫化氢废气的来源

1．1．2 硫化氢的危害

1．2 物理法处理硫化氢废气的研究现状

1．2．1 活性炭吸附法

1．2．2 物理吸收法

1．2．3 分子筛法

1．2．4 辐照分解法

1．2．5 膜分离法

1．3 化学法处理硫化氢废气的研究现状

1．3．1 克劳斯法

1．3．2 铁、锰、锌氧化物脱硫

1．3．3 离子交换法

1．3．4 物理化学吸收法

1．3．5 液相催化氧化法

1．4 生物法处理硫化氢废气的研究现状 1O

1．4．1 生物脱硫原理

1．4．2 生物脱硫菌种的种类

1．4．3 生物脱硫工艺及设备

1．4．4 踱气牛物处理填料选用原则及种类

1．4．5 生物法处理H_2S废气的国内外研究动态

1．5 课题的目的意义及研究内容

1．5．1 课题的提出及目的意义

1．5．2 本课题的研究内容

第二章试验方法与分析方法

2．1 细菌培养试验

2．1．1 细菌的来源及所用培养基

2．1．2 细菌培养、鉴定及计数

2．2 试验流程及方法

2．2．1 试验流程

2．2．2 挂膜试验

2．2．3 H_2S去除试验

2．3 分析方法

第三章生物催化氧化体系中细菌的生长及过程动力学研究

3．1 T．f菌的生理特性

3．2 生物催化氧化体系中环境因素对T．f菌生长的影响

3．2．1 温度对T．f菌生长的影响

3．2．2 pH值对T．f菌生长的影响

3．2．3 Fe~2+浓度对T．f菌生长的影响

3．2．4 Fe~3+浓度对T．f菌生长的影响

3．3 T．f菌氧化Fe~2+的动力学

3．3．1 化学反应的速率方程式及反应级数

3．3．2 不同温度下，T．f菌氧化Fe~2+的动力学

3．3．3 不同初始pH值下，T．f菌氧化Fe~2+的动力学

3．3．4 不同初始Fe~2+浓度下，T．f菌氧化Fe~2+的动力学

3．3．5 不同初始Fe~3+浓度下，T．f菌氧化Fe~2+的动力学

3．4 小结

第四章生物催化氧化法处理H_2S废气的工艺研究

4．1 概述

4．2 催化再生装置中微生物对Fe~+的氧化

4．3 以焦碳为填料的工艺研究

4．3．1 Fe~3+浓度对去除效果的影响

4．3．2 进气H_2S浓度对去除效果的影响

4．3．3 空塔停留时间对去除效果的影响

4．3．4 循环液喷淋量对去除效果的影响

4．4 以沸石为填料的工艺研究

4．4．1 概述

4．4．2 进气H_2S浓度对去除效果的影响

4．4．3 空塔停留时间对去除效果的影响

4．4．4 循环液喷淋量对去除效果的影响

4．5 以塑料小球为填料的工艺研究

4．5．1 进气H_2S浓度对去除效果的影响

4．5．2 空塔停留时间对去除效果的影响

4．5．3 循环液喷淋量对去除效果的影响

4．6 以塑料纤维为填料的工艺研究

4．6．1 进气H_2S浓度对去除效果的影响

4．6．2 空塔停留时间对去除效果的影响

4．6．3 循环液喷淋量对去除效果的影响

4．7 混合填料的工艺研究

4．7．1 进气H_2S浓度对去除效果的影响

4．7．2 空塔停留时间对去除效果的影响

4．7．3 循环液喷淋量对去除效果的影响

4．8 不同填料去除效果的比较

4．9 生物催化氧化法处理H_2S废气技术的工业应用前景分析

4．10 小结

第五章生物催化氧化过程中细菌对相关含硫物质的氧化利用研究

5．1 T.f菌对单一含硫物质的利用

5．1．1 T．f菌对单-Na_2S的利用

5．1．2 T．f菌对单一S的利用

5．1．3 T．f菌对单一Na_2S_2O_3的利用

5．1．4 T．f菌对单一Na_2SO_3的利用

5．1．5 T．f菌对四种含硫物质利用情况的比较

5．2 Fe~2+存在时，T．f菌对含硫物质的利用

5．2．1 T．f菌对FeSO_4和Na_2S的利用

5．2．2 T．f菌对FeSO_4和S的利用

5．2．3 T．f菌对FeSO_4和Na_2S_2O_3的利用97

5．2．4 T．f菌对FeSO_4和Na_2SO_3的利用98

5．2．5 T．f菌对四种双底物利用情况的比较

5．3 小结

第六章生物催化氧化处理H_2S废气的热力学分析

6．1 概述

6．2 生物催化氧化系电位-pH图中气固相硫化物的稳定性

6．2．1 生物催化氧化体系中固相硫的稳定性

6．2．2 生物催化氧化体系中气相H_2S的稳定性

6．2．3 生物催化氧化体系中气相SO_2的稳定性

6．2．4 生物催化氧化体系中气、固相硫化物的稳定性

6．3 生物催化氧化体系中固相铁化合物的稳定性

6．3．1 生物催化氧化体系中固相Fe(OH)_3的稳定性

6．3．2 生物催化氧化体系中固相Fe(OH)_2的稳定性

6．3．3 生物催化氧化体系中固相铁化合物的稳定性

6．4 生物催化氧化体系中固相铁硫化物的稳定性

6．4．1 生物催化氧化体系中固相FeS的稳定性

6．4．2 生物催化氧化体系中固相FeS_2的稳定性

6．5 小结

第七章生物催化氧化法处理H_2S废气的溶液化学特性研究

7．1 概述

7．2 生物催化氧化体系中硫化合物的溶液化学特性

7．2．1 H_2S(aq)水溶液的溶液化学特性

7．2．2 只考虑液相时，生物催化氧化体系的溶液化学特性

7．2．3 考虑固相S时，生物催化氧化体系的溶液化学特性

7．2．4 考虑气相H_2S时，生物催化氧化体系的溶液化学特性

7．3 生物催化氧化体系中Fe(Ⅲ)的溶液化学特性

7．4 小结

第八章生物催化氧化处理H_2S废气的动力学模型

8．1 滴滤塔中气液两相流的流体力学性质

8．1．1 气相的流体力学性质

8．1．2 液相的流体力学性质

8．2 生物膜的特性

8．2．1 生物膜的结构

8．2．2 生物膜的厚度

8．3 生物催化氧化过程的理论分析

8．3．1 生物催化氧化法去除H_2S的一般过程

8．3．2 生物催化氧化过程的数学描述

8．4 生物催化氧化法处理H_2S废气动力学模型的建立

8．5 不同填料塔动力学参数的确定

8．5．1 以焦碳为填料时的动力学参数

8．5．2 以沸石为填料时的动力学参数

8．5．3 以塑料小球为填料时的动力学参数

8．5．4 以塑料纤维为填料时的动力学参数

8．5．5 混合填料的动力学参数

8．5．6 不同填料塔试验常数的比较

8．6 小结

第九章结论与建议

9．1 结论

9．2 建议

致谢

参考文献

附录

发布时间: 2005-10-17

生物催化氧化法处理H2S废气的工艺及理论研究

猜你喜欢