液相生化法烟气脱硫试验研究

论文作者：王乃光，温 高，陈江平，刘启旺

摘要：本文把微生物技术与化工技术结合，提出液相生化法烟气脱硫的构想。经过近一年的室内空白实验、原理实验、条件实验，证实我们发现、培养的微生物DYB具有参与硫素转化的功能，同时作为电厂废弃物粉煤灰可以提供过渡金属氧化物，能起到催化氧化的作用。将二者在一定的酸度下有机结合，能够达到烟气脱硫的目的。该法又经过近半年的电厂中间试验，从设备以及实验条件，包括DYB菌数、Fe3＋浓度、PH值、液气比L/G、进气SO2浓度等条件进行了进一步优化，从而为液相生化法烟气脱硫的工业化试验积累了可靠的经验与数据。

关键词：液相生化法 烟气脱硫 试验 研究

燃煤锅炉的烟气污染是大气污染的主要污染源，是环境治理的主要对象．因现有治理技术投资大，运行费用高，使得烟气治理困难重重．因此，探索新的烟气脱硫途径，确保电力工业的可持续发展，已成为科技工作者竞相攻克的难关．

鉴于此目的，我们在充分消化吸收国内外烟气脱硫技术的基础上，把微生物技术与化工技术结合起来，提出了液相生化法烟气脱硫的崭新构想。

1 生化法脱硫机理

生化法脱硫的原理涉及两个方面：一是微生物脱硫机理，一是过渡金属离子的催化氧化机理．前者是微生物参与硫素循环的各个过程，将无机还原态硫氧化成硫酸，同时完成过渡金属离子由低价态向高价态转化的过程；后者是利用过渡金属高价离子的强氧化性在溶液中的电子转移，将亚硫酸氧化成硫酸．二者相互依赖、相互补充，达到脱硫的目的．

1.1 微生物法脱硫的机理

目前，微生物脱硫机理的研究，提出了许多假说，比较成熟的有两种：直接氧化作用和间接氧化作用[2]．其中间接氧化是将溶液中的亚铁离子氧化为高铁离子(细菌的作用)，高铁离子再氧化酸性废气(化学氧化)，本身被还原为亚铁离子，实现可逆循环[3]脱硫，机理如下：

2FeSO4+1/202+H2S04 Fe2(SO)3+H20 (1)

H2S+Fe2(SO4)32FeSO4+H2SO4+S (2)

利用上述原理进行工业废气H2S的脱除，已有不少研究，应用于锅炉烟气SO2的脱除还未见报道．锅炉烟气中的硫化物主要是SO2，SO2的还原性不及H2S．但SO2的溶水性很好，在水溶液中可以引起连锁化学反应，即：

S02+H2OH2SO3， (3)

H2SO3 H＋+ HSO33- (4)

HSO3- H＋+SO32- (5)

由上面化学反应看出，溶液中酸度的增高不利于SO2的溶解和脱除．而我们用粉煤灰制成的悬浮液，充分与烟气交换，一方面溶液中的Fe3＋可直接将SO2氧化成硫酸，Fe3＋自身还原成Fe2＋离子；另一方面溶液可以将S02带下，在pH=2.0～4.5的溶液中，由微生物进行脱硫处理，同时把H+变成H2O，把Fe2+又转化为Fe3+离子，以维持吸收液的循环，达到脱硫的目的。

1.2 过渡金属Fe3＋/Fe2＋的催化氧化机理

过渡金属Fe3+离子对S(Ⅳ)的吸收作用已被前人证实[4]．它的反应机理为氧化还原和催化氧化，包括自由基机理和半导体催化机理．而铁的液相反应符合半导体催化(或过渡态催化)机理。Brandt等人对Fe3+使S(Ⅳ)在水溶液中的自动催化氧化作用作了详细的研究．他提出了如下方案：

由上述反应看出，溶液中将亚硫酸催化氧化成硫酸的关键是三价铁离子的还原反应．而控制Fe3+还原反应的主要步骤是Fe(Ⅲ)－HSO3－复合物的生成和分解，增加Fe3+、S(Ⅳ)浓度有利于Fe3＋还原反应的进行，Brandt的研究发现，当CFe3+：Cs（Ⅳ）=l:10时，S(Ⅳ)向S(Ⅵ)转化速率几乎保持稳定．

上述反应中联系和维持Fe3+氧化还原反应的纽带是自由基团SO3·－的传递与终止．SO3·－的产生可以诱发Fe3+大量的生成，在有氧参与的情况下，SO3·－很快与O2结合成SO5·－,SO5·－是很强的氧化剂，它能迅速将Fe2＋氧化成Fe3＋，以维持上述的还原反应．但当氧耗尽时，SO5·－不再生成，SO3·－因不转化而过剩，导致Fe2+不能氧化成Fe3+，使氧化还原反应终止．

合理地把微生物脱硫和Fe3+的催化氧化脱硫结合起来，利用微生物迅速将Fe2+转化为Fe3+，弥补Fe3+还原为Fe2＋后形成的不足，在微生物最佳繁殖pH＝2.0～4.5的环境下，也是Fe3+对S02氧化最佳的pH值，可以有效地降低SO2的排放量．其脱硫示意如图1所示．

2 实验

2.1 实验装置

图2 试验装置与流程图

实验装置参照呼和浩特发电厂Venturi除尘器进行设计，由于室内空间所限，有些部分未能按电厂Venturi除尘器缩小比例制作。大部分以作用件组合而成。实验装置如图2所示。

实验材料：自来水、呼和浩特发电厂电除尘器产粉煤灰、液态SO2、Fe2O3、微生物DYB等．呼和浩特发电厂电除尘器产粉煤灰有关成分见表1所示。

表1 呼厂粉煤灰成分

成分室内模拟烟气过渡到实际烟气，从室内实验条件过渡到电厂实际工况．优化条件试验就是如何把室内的最佳实验方案用到电厂中，为工业试验积累经验和数据．

试验是在呼市电厂3＃锅炉(130T／h)上进行的，从尾部烟道接出旁路，阀门控制烟气流量，引风机引入试验系统．

3.1 空白试验及结果

试验条件：锅炉运行负荷100％，进入脱硫系统烟气量2000m3N／h．进气SO2浓度400～800ppm/m3N，烟温120～140℃。塔内风速4～6m／s，清水pH=7，循环2hr，pH=3.53，无DYB．

表2 空白试验数据

溶液中离子的脱硫方法，以暂新的思路、独特的风格，利用现代生物技术，结合化学工程技术，在日处理2000m3／h的试验装置上，完成了脱硫效率高达70%以上的现场试验研究，这在国内外都未见报导，它的创新之处我们将陆续发表．

参考文献：

[1]王玮,工业微生物，1997，27(4): 30～33．

[2]Kargi F.,Enzyose Microb.Technol., 1982，4(1)：13～19．

[3]Hans G T.,Methods in Enzymol., 1994，243: 422～426．

[4]Brandt C.,et al., Inorg．Chem., 1994，33(4): 687～701．

[5]史长乐，等.蒙西电网两控区发电厂烟气中二氧化硫排放测试报告.