污染预防生物技术.ppt
《污染预防生物技术.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《污染预防生物技术.ppt(71页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1,第12讲 污染预防生物技术,2/71,机动车燃油含硫量的限定值,3/71,1 化石燃料的生物脱硫,硫的形态及脱硫方法 化石燃料中含有大量的硫化物(无机硫和有机硫),在燃烧过程中,硫化物会生成SO2,造成严重的空气污染 传统的加氢脱硫难以满足日益严格的环境标准,建造和运行高程度脱硫的设备及其昂贵 煤炭中含硫0.25%-7%,其中不燃硫主要是硫酸盐,可燃硫可分为无机和有机硫 黄铁矿(FeS2)是煤炭中无机硫存在的主要形式,有机硫以二苯并噻吩和硫醇的形式存在,硫酸盐含量少易洗脱 煤脱硫可分为燃烧前脱硫、炉内脱硫和烟气脱硫,烟气脱硫效率高,但设备和运行费用高,且存在二次污染,4/71,化石燃料中有
2、机硫的存在形态,5/71,微生物脱硫,微生物脱硫投资少、成本低、能耗少、专一性高 由生物湿法冶金技术发展而来,目前对黄铁矿脱硫率可达90%,有机硫脱除率可达40% 第一株应用研究的脱硫菌株:氧化亚铁硫杆菌脱除黄铁矿中的硫 有机硫脱除菌株:基于二苯并噻吩的的脱硫菌,6/71,脱硫微生物及脱硫原理,煤炭脱硫微生物,7/71,几种主要脱硫微生物的生长特性,用于脱除无机硫的细菌属于化能自养型微生物,而异养型微生物只能脱除有机硫,兼性自养型微生物可有效脱除无极硫和有机硫,8/71,微生物脱硫机理,无机硫的脱除机理 微生物的生化反应有助于硫化物在水中的溶解,称为细菌浸出脱硫 改变矿物表面性质使黄铁矿溶于水
3、中,称为微生物助浮脱硫,煤的双态孔结构及黄铁矿的氧化,9/71,直接氧化发生在煤颗粒的外表面及其内部的大孔里,内部的黄铁矿通过Fe3+扩散进入微孔借助化学氧化来溶解 黄铁矿表面微生物将硫氧化成硫酸,二价铁生成三价铁,是直接作用;三价铁氧化黄铁矿,生成二价铁和单质硫,二价铁再被细菌氧化,单质硫被氧化成硫酸,这是间接作用,微生物浸出脱硫机制,10/71,微生物助浮脱硫过程,11/71,微生物助浮脱硫原理,微生物能选择性的粘附在矿石和黄铁矿表面,故能利用微生物通过浮选从煤中脱硫 将氧化铁硫杆菌应用于煤的浮选体系中,如在浮选柱中加入该细菌后,因为微生物的亲水性和微生物的迅速粘附,黄铁矿表面由疏水性变为
4、亲水性。因此在煤的浮选过程中,黄铁矿不能附着在空气泡上,即失去浮选性能,12/71,有机硫的脱除机理,有机硫主要以噻吩基(C4H4S-)、巯基(-SH-)、硫醚(-S-)、和多硫链(-Sx-)等形式存在,物理方法很难脱除 有机硫的脱除是由于微生物酶的作用,切断了碳硫键 以DBT为模型化合物的脱硫机理有两种 以硫代谢为目的的4S途径:不降解碳骨架,热值损失小 以碳代谢为目的的Kodamakht途径:硫残留,热值损失大,13/71,微生物降解DBT的途径,14/71,微生物对DBT的代谢产物,15/71,微生物脱硫活性比较,16/71,工业化的脱硫工艺要求微生物脱硫比活性达到1.2 mmol DB
5、T/g干重菌体hL到3 mmol DBT/g干重菌体hL 自然界中的微生物的脱硫活性较低,可利用基因工程技术进行改造,提高其脱硫活性,微生物脱硫速率的增加情况,17/71,微生物脱硫工艺及其特性,微生物脱除黄铁矿的实验已达中试规模,脱除有机硫的实验尚处实验室阶段 微生物浸出脱硫:将黄铁矿分解为铁离子和硫酸,硫酸溶于水中被排出,装置简单,经济,操作容易,但处理时间长 工业规模上可以应用帕丘卡桶(Pachuca tank)反应器进行煤浆脱硫处理 还可采用空气搅拌式,管道式,水平转鼓式等反应器,18/71,微生物浸出脱硫的工艺流程图,19/71,煤浆脱硫的工艺流程图,20/71,微生物助浮脱硫:在浮
6、选设备中进行,利用微生物的作用,将煤和黄铁矿分开,脱硫时间较短,适合于工业实际 最好采用浮选柱工艺 影响微生物浮选法煤炭脱硫效果的主要因素有:煤的粒度、孔隙率和煤浆浓度、溶液中微生物的浓度、微生物与黄铁矿表面接触(作用)时间、介质的pH值及温度等,21/71,微生物浮选脱硫工艺路线,22/71,微生物脱有机硫的研究,对土著微生物进行驯化,以诱导出其脱有机硫的特性 采用基因工程技术对微生物进行基因遗传变异,开发出新的脱硫菌株 采用酶脱除煤中的有机硫也在研究中,23/71,脱硫动力学,反应器包括搅拌罐反应器、气升式反应器、帕丘卡桶反应器以及管式回路反应器等 摇瓶实验适用于较小规模的实验室研究 黄铁
7、矿的去除率用溶解的铁或硫酸盐描述 DBT的脱除可以用其浓度或其产物2,2-二羟基联苯浓度表示,24/71,煤生物脱硫实验的工艺特性,25/71,利用嗜热微生物脱硫实验的工艺特性,26/71,微生物脱硫的经济型分析,基于实验室研究及中试研究的结果,27/71,微生物脱硫的现状及发展,美国的微生物脱硫技术研究最为先进 微生物煤炭脱硫技术研究正从以微生物为对象的基础研究逐渐发展到以工艺流程设计和总体设计为目的的应用研究 许多技术正向工业化方向发展 有机硫的去除基础研究较多,无机硫的去除应用研究较多 浸出法脱硫时间较长,适用于对储煤期较长的煤炭进行脱硫,但不宜于大量煤炭处理 浮选法脱硫时间短,适于大量
8、煤炭处理,可用于煤炭浆制造工艺,28/71,生物技术用于煤炭加工存在的困难,加工前的破碎煤的费用高 微生物繁殖慢,反应时间长,细菌浸出可达几个月,难以保证稳定性 微生物和生物催化剂对温度十分敏感,在大规模生产中传热问题难以解决 脱硫后的硫氧化产物需进一步处理,且费用高 煤是一种非均质的物质,对于煤中有机硫的检测还缺乏确定的方法 煤炭中某些杂质对微生物有毒性,会抑制微生物的生长和作用,29/71,解决方案,选育驯化高效脱硫菌 利用遗传工程学的原理构建对脱硫有特殊效果的工程菌 对脱硫液进行综合处理回收,实现无废排放,防止二次污染 焦点是菌种的开发,应能承受更多的重金属、更高的盐浓度、更宽的pH值和
9、温度范围、更能适应低溶解度反应物的反应 简化制备方法、降低成本,30/71,2 化石燃料的生物脱氮,化石燃料中的含氮化合物在燃烧过程中形成的氮氧化物可导致空气污染,形成酸雨,并且在原油提炼过程中导致催化剂中毒而影响产量 含氮化合物分为两类 非碱性分子,包括吡咯、吲哚,大多与咔唑的烷基衍生物混合 碱性分子,大部分是吡啶和喹啉的衍生物,31/71,化石燃料中常见的含氮杂环 芳香化合物,下划线者为非碱性物质,32/71,含氮污染物的生物转化,高温、高压下的氢化处理工艺可以从石油中去除含氮芳香化合物,当此过程昂贵且危险,会改变原油中许多其他成分 利用微生物去除原油中的含氮芳香化合物可以在常温常压下进行
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 污染 预防 生物技术
链接地址:https://www.31doc.com/p-2747091.html