钠碱烟气脱硫吸收液生物转化成单质硫的研究

摘要

碱吸收-微生物烟气脱硫技术以钠碱溶液吸收烟气中的SO2形成SO32-/SO42-,再利用厌氧微生物还原SO32-/SO42-形成S2-,最后采用好氧微生物氧化S2-生成单质硫(S0),实现硫资源的回收利用。论文着重研究钠碱吸收-生物脱硫工艺中的生物过程,以模拟SO2碱吸收液为处理对象,考察了好氧反应器的启动与运行,厌氧与好氧反应器的串联和运行,以及单质硫产品的表征。
　　 在容积为45L的内循环生物流化床好氧反应器内,利用无色硫细菌将模拟废水中的S2-氧化为S0。在流化床内温度30±2℃、pH值7.50±0.50及进水pH值7.00～7.50、COD∶N∶P=100∶5∶1的条件下启动并运行反应器。28d后,反应器内形成大量微生物体,当有机物和S2-负荷稳定在3.73kgCOD·m-3·d-1和1.09kgS2-·m-3·d-1时,相应的脱除率维持在78％和90%以上,理论S0产率为75%左右。考察了水力停留时间(HRT)和曝气量对反应器处理效果的影响,在进水S2-浓度和有机物浓度分别为200mg-L-1和800mg-L-1时,适宜HRT为8h,最佳曝气量为60～90L·h-1。
　　 以厌氧反应器出水作为好氧反应器进水,在反应器内温度30±2℃、厌氧段进水pH值7.50～8.50和COD∶N∶P=100∶5∶1的条件下,完成厌氧与好氧反应器的串联。19～30d期间,厌氧-好氧串联生物脱硫体系的有机物和SO42-负荷稳定在5.8±0.1kgCOD·m-3·d-1和1.8±0.1kgSO42-·m-3·d-1,相应的脱除率平均为91.2%和85.8%,理论S0产率平均为63.9%,最高可达76%左右；两个反应器内微生物量丰富,且好氧反应器内无厌氧菌污染。通过水量、水质负荷冲击以及二次启动实验,考察厌氧.好氧串联体系运行效能,结果表明该生物体系具备良好的抗冲击能力和恢复能力。
　　 在厌氧-好氧串联体系运行稳定的基础上,采用响应曲面分析法研究主要因素的影响情况并优化工艺条件,得到以理论S0产生率为主要函数响应值的模拟方程,并计算出最优工艺条件为:进水SO42-浓度1348mg·L-1,HRT为16h和曝气量165L·h-1。在该条件下运行串联体系5d,所得S0理论产率的实验结果为65.2%,与函数预测值符合良好,肯定了该模型的适用性。显著性检测结果表明所选的3个因素皆为显著项,同时.HRT和进水SO42-浓度的交互作用显著于其余交互项。
　　 显微镜观察得到,沉淀池水样中富含淡黄色颗粒物质和膜片状物；扫描电镜结果表明固体硫产品由不规则的硫颗粒组成,且易汇聚形成较大硫颗粒；X射线衍射分析显示单质硫产品以斜方硫(α-sulfur)晶体的形式存在。考察了单质硫产品的组分及含量,得到产品中硫磺纯度达79%。