1引言

煤炭燃烧生成的随烟气进入大气, 可能会形成酸雨, 对人类生存环境产生极大的危害。而目前我国的能源结构以煤炭为主, 占一次能源的75%, 并且随着经济的增长, 在今后若干年内还有上升的趋势。目前可以进入工业化的技术多为物理和化学方法, 与这些方法相比, 脱硫去除率高、成本低、能耗少, 展示了广阔的应用前景。本文将对生物技术的研究进展进行介绍。

2烟气生物脱硫原理

应用微生物脱硫的研究是伴随着利用微生物选矿的研究而开始的。1947 年, Colmer 和Hinkle 发现并证实化能自养xx能够促进氧化并溶解煤炭中存在的黄铁矿, 这被认为是生物湿法冶金研究的开始。在20 世纪50 年代, Leathan 及Temple 等人就分别发现某些化能自养微生物与煤中的硫化铁的氧化有关, 并从煤矿中分离出氧化亚铁硫杆菌( Thiobacillus ferrooxidans) 。但直到20 世纪70 年代, 随着酸雨和大气污染问题的日益严重, 微生物脱硫技术才开始得到重视。微生物脱硫技术可以用在很多方面, 近年来, 在微生物煤炭脱硫、微生物除臭、微生物降解挥发性有机气体的研究和工业应用方面取得了较大进展, 而将微生物用于(BFGD) 是一项较新的技术, 目前文献报道极少。但随着人们对脱硫微生物认识的进一步提高, 生物脱硫技术将被广泛地应用于。

2.1吸收SO2的工作原理

烟气中的SO₂通过水膜除尘器或吸收塔溶解于水并转化为亚硫酸盐、硫酸盐；在厌氧环境及有外加碳源的条件下，硫酸盐还原菌(SRB1将亚硫酸盐、硫酸盐还原成硫化物；然后再在好氧条件下通过好氧微生物的作用将硫化物转化为单质硫，从而将硫从系统中去除。可以将烟气生物脱硫过程划分为两个阶段，即SO₂的吸收过程和含硫吸收液的生物脱硫过程。

利用微小水滴的巨大表面积完成对烟气的吸收，从而使SO₂从气相转入液相，并且主要以亚硫酸根、硫酸根的形式存在吸收效果与吸收液的比表面积、pH、碱度、温度等有关，但主要取决于吸收液的比表面积。凌过程的主要反应如下：

SO₂(g)一SO₂(1)

SO₂（1）+H₂0—HSO₃^-十H⁺

HSO₃^-一 SO₃^2-+H⁺

2S0₃^2- 一0₂—2S0₄^2-

从反应方程式可以看出，在SO₂的吸收过程产生了H^-。因此，吸收液必须有足够的碱度来中和H⁺，以保障吸收反应的持续进行。

2.2含硫吸收液生物脱硫的工作原理

在厌氧环境下，富含亚硫酸盐、硫酸盐的水在硫酸盐还原菌(SRB)的作用下，其中的亚硫酸盐和硫酸盐被还原成硫化物。主要反应如下(此处以甲醇作为硫酸盐还原的电子供体)：

HSO₃^-+CH₃0H—HS^-+CO₂+2H₂0

3S0₄^2- +4CH₃0H——3HS^-十3HCO₃^- +CO₂+5H₂0

在好氧条件下利用xx将厌氧形成的硫化氢氧化成单质硫，并将单质硫颗粒予以回收。发生反应如下：

很显然，该反应增加了系统循环液的碱性，与吸收过程导致吸收液酸性增加的反应互逆，这维持了整个系统pH的稳定，从而减少了系统运行时的药剂投加量。

3 技术研究方向

发展微生物技术很具有潜力, 但也存在一些问题需要解决, BFGD 法应侧重以下几方面的研究工作。

( 1) 基础理论研究。氧化无机硫的菌种以专性、兼性自养菌为主, 而专性自养菌往往生长较慢, 在技术中, 生物量的供应将影响整个系统的处理效率。因此, 在今后的研究中, 筛选生长速度快、脱硫性能优良的菌种是必须进行的基础研究。对已有的菌种, 应将研究重点放在微生物{zj0}培养方案优化和对微生物菌种的改良上, 改进微生物的遗传性状, 提高菌种的脱硫效率。同时, 进一步探索机理, 从而提出更合理的脱硫新方法, 以指导和完善脱硫技术, 加快BFGD 的工业化进程。

( 2) 选择合适的生物反应器。生物反应器涉及气、液、固三相传质及生化降解过程, 影响因素多而复杂, 有关的理论研究及实际应用还不够深入, 需要进一步探讨和研究。

( 3) 合理解决烟气温度较高和脱硫常温操作二者之间的矛盾。燃煤锅炉烟气经除尘器后温度一般较高, 大部分在100～180 ℃, 而脱硫xx多在常温下生长, 因此, 一方面应开发回收利用进入生物反应器前烟气余热的技术; 另一方面, 应用分子生物学技术, 培育更适于的耐高温的脱硫菌。

( 4) 高效功能菌的选育。随着生物技术的高速发展, 利用现代基因工程技术对某些脱硫菌进行改性, 强化其转化作用, 以获得生长繁殖速度快、活性高、适应温度和pH 值范围宽的多质粒高效菌, 筛选和培育出适应性和稳定性更高的脱硫菌, 通过缩短菌的驯化、培育和挂膜时间延长脱硫菌的使用寿命。

4应用实例

随着生物技术的不断发展, 微生物技术必将取得更大进展。

1992 年荷兰HTS E&E 公司和PAQUES 公司开发的烟气生物脱硫工艺(BFGD) 标志着烟气生物脱硫技术领域达到了实用技术水平。目前BFGD 工艺对于中小型锅炉烟气治理已进入实用化的阶段, 其示范工程处理电厂废气量达200 万m3/h。BFGD 工艺主要设计通过1个吸附器和2 个生物反应器去除气体中的。吸附器首先吸附烟气中的, 并且是{wy}与气体接触的单元。在第1个反应器通过厌氧生物处理形成硫化物, 在第2 个反应器通过好氧生物处理将硫化物氧化成高质量的单质硫。由硫酸盐到硫化物再被氧化成单质硫要分别在 2 个生物反应器中完成, 增加了投资成本。文献以生物滴滤池和生物后处理单元组成的2 级反应器来处理模拟烟气。与一般生物滴滤池不同的是, 喷淋液不进行循环。当模拟烟气中 体积分数在( 300～1 000) ×10- 6 时, 生物滴滤池能xx将 转化为亚硫酸盐和硫酸盐。含亚硫酸盐和硫酸盐的溶液从生物滴滤池流入后处理单元, 在此反应器中同时完成由硫酸盐到硫化物再到单质硫的转化, 单质硫的产率达80%。