沼氣生物脫硫工藝及菌種鑒定

邢 君 董曉瑩 劉 碩

（遼寧省能源研究所，遼寧 營口 115003）

一般而言，沼氣中H2S含量在0.1%～2%之間[1]。生物脫硫是替代化學脫硫的一種新技術，它能夠在很多方面克服化學脫硫的不足[2]。生物脫硫作為一種新技術日益得到廣泛的研究應用，尤其化能型生物脫硫技術是近年研究的重點，實驗室研究和實際工程應用都取得了較大進展[3]，邵立明等[4]設計了一套實驗室規模的生物滴濾池系統，利用海藻酸鈉包理固定化微生物顆粒填充床去除氣相H2S的過程，活性微生物為經S2-加富馴化的污水廠污泥，填充滴濾塔運行實驗表明，適宜的pH值和噴淋率分別為1.8-4.0和＞0.17m3/(m3·d)。由于沼氣成分存在波動，供氣量和氧含量較難控制，為了保證運行安全，一般單獨設置曝氣裝置，雖然提高了脫硫效率，但增加了成本和安全隱患。試驗考察了在缺氧條件下(DO＜0.5mg/L)，通過對改進型生物滴濾塔中微生物處理H2S過程的相關運行條件及影響因素的研究，以期優化沼氣中的H2S微生物處理工藝運行參數，為實際工程中生物脫硫技術應用進一步奠定基礎。

1 試驗部分

1.1 試驗裝置

試驗裝置流程見圖1，

圖1 生物滴濾塔實驗裝置

1.2 分析方法

H2S濃度：硫化氫氣體檢測管；S2-濃度：電位滴定法；pH值：pHs-25型pH計；氣體流量：玻璃轉子流量計LZB-4；液體流量：玻璃轉子流量計 LZB-10；：鉻酸鋇光度法，DO：碘量法。

1.3 菌種的篩選培養與掛膜

將污泥上清液接種于液體培養基進行增殖培養，菌斑生成后，挑入新鮮培養液繼續純化，液固交替分離幾次，最后將純化菌種斜面劃線培養并保存，以備分子鑒定和反應器使用。將純化的功能微生物擴大培養后投入到反應器濾料中浸泡接種，運行反應器直到濾料孔隙上生物膜形成后，啟動試驗。

1.4 菌株的形態特征觀察及生理生化特性測定

用革蘭染色法對菌落進行染色后使用顯微鏡對菌體形態和特征進行觀察。

1.5 溫度、pH和H2S進口濃度對菌株脫硫的影響

分別考察當 H2S 進口濃度為 1500～3500 mg·m-3，溫度為 10、20、35、40、50 ℃，pH 為 2、3、4、5、6、7 條件下的生物脫硫效果。

1.6 16S rDNA序列鑒定

16S rRNA 擴增引物：5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′和 5′-GGTTACCTTGTTACG ACTT-3′。

2 結果與討論

2.1 最適循環液pH值

圖2 不同pH時，H2S的去除效果

由圖2可知，pH 6.5時，H2S可完全去除，隨著反應的進行，滴濾塔循環液pH逐漸降低，這可能是因為微生物消化H2S產生的硫酸鹽與水生成了H2SO4，以及H2S微溶于水生成的HS-造成溶液環境pH的下降，H2S的去除率隨著pH的降低而下降，然而當pH下降到3時，H2S去除率上升。pH 2時，H2S去除率達到98%。在pH 4時，H2S去除率處于最低點，原因可能是因為此處屬于嗜中性和嗜酸性細菌最適pH范圍外，兩類細菌均不處于最佳活性，所以造成H2S去除率有所降低。

2.2 最適水浴溫度

圖3 不同水浴溫度時，H2S的去除效果

由圖 3中可知滴濾塔中的微生物在 35℃下對 H2S的去除率最高，原因是此溫度下微生物體內酶活性最高，單位酶所需的底物量H2S最多，故對H2S去除效果最好。10℃時微生物的酶活性由于溫度較低未完全活化，故對 H2S的吸收攝取率較低，而在 40℃和50℃時已經超過了滴濾塔中微生物的最適酶活性，造成一部分酶活性下降或失活，也就降低了對H2S的去除率。

2.3 循環液噴淋量對H2S去除率的影響

圖4 不同液體循環噴淋量時，H2S的去除效果

由圖4可知，當H2S氣體入口濃度C2=2500 mg/m3，C3=3500 mg/m3時，H2S達到完全去除時的液體循環噴淋量分別為40L/h和50L/h。由此可見，隨著氣體入口濃度的增加，所需循環液的流量也在增加。但液體循環量也不能過大，因為水流過大會沖擊濾料表面，造成菌體的流失，需要的能耗和費用也隨之加大，并且過多的液體也會減少H2S和微生物的有效接觸，單位體積液體所覆蓋的 H2S含量降低，減少了微生物對H2S的有效利用，也就造成了微生物對H2S去除率的下降 。

2.4 氣體流量對H2S去除率的影響

圖5 不同氣體流量時，H2S的去除效果

使液體循環噴淋量穩定在 40L/h，調整氣體流量在 35 L/h～85L/h，由圖 5可知，當 H2S入口濃度為C1=1000 mg/m3，氣體流量在35L/h～55L/h時，微生物對H2S的去除率可以保持在100%，當氣體流量調整為55L/h以上時，H2S去除率有所降低。雖然氣體流量加大有利于氣相進入液相的傳質過程，但是隨著氣體流量的逐步加大，每立方米體積的微生物所承受的H2S負荷量也隨之增大，當超過微生物所能承受的負荷時，就導致了去除率的降低。當H2S入口濃度C2=2000 mg/m3、C3=3000 mg/m3時，所對應的最適氣體流量分別為 45L/h和35L/h。

2.5 菌株 CTD843-T-3的分子發育樹構建

分離篩選到1株革蘭陰性菌，暫命名為CTD843-T-3，采用16S rRNA構建分子發育樹，對其菌屬進行分析。通過對構建的16S rDNA發育樹 （圖5）分析，發現CTD843-T-3與假單胞菌屬（Pseudomonas sp.）同源性為99%，可初步認為分離的菌株歸于假單胞菌屬。

圖6 根據16S rDNA序列構建的系統發育樹

3 結論

（1）當循環液 pH在 2.0～7.0之間時，H2S都有較高的去除率，考慮到溶液在強酸條件下會對儀器設備產生腐蝕作用，造成一定損失，溶液最適 pH為 4～6.5。

（2）滴濾塔中環境溫度為 30℃時，微生物處于最佳活性狀態，H2S的去除率最高。

（3）當 H2S 氣體入口濃度 C1=1500 mg/m3、C2=2500 mg/m3、C3=3500 mg/m3時，所對應的H2S達到完全去除時所需液體循環噴淋量分別為20 L/h、40 L/h、50 L/h，所需氣體流量分別為 35～55L/h、45L/h、55L/h，最高負荷率為 7.1 g/（m3·h）。

（4）從污水處理活性污泥中分離到1株革蘭陰性細菌CTD843-T-3，通過16S rDNA序列分子發育樹構建分析得出其屬于假單胞菌屬。

［1］池勇志，李亞新.硫化物的危害與治理進展[J].天津城市建設學院學報，2001，7(2)：105-108.

［2］王鋼，王欣，劉偉，等.沼氣脫硫技術研究[J].化學工程師，2008，148(1)：32-33.

［3］DavidA.Kost，JerryM，Bigham.Chemical and Physical Properties of Dry Flue Gas Desulfurization Products[J].Environ.Qual，2005，34(2)：676-686.

［4］李堅，張書景，金毓，等.污水處理廠消化沼氣脫硫(H2S)實驗[J].環境工程，2006，24（1）：43-45.