一种喜温嗜酸硫杆菌去除沼气中硫化氢的方法与流程

本发明属于生物能源技术领域，具体涉及一种喜温嗜酸硫杆菌去除沼气中硫化氢的方法。

背景技术：

随着经济的高速发展，世界各地能源需求量日益上升。在能源结构中，以石油、煤炭等为主的化石能源依旧占据着主体地位，人类若过分依赖这些传统化石能源，其不可再生性必将引起能源危机。沼气作为一种新兴的绿色能源逐渐引起人们的重视。沼气是一种混合气体，一般含CH₄为60%~70%，CO₂为30%~40%，少量的H₂S、水汽、NH₃等。其中硫化氢对人身安全、环境以及设备都有较大的危害。对于人身安全，硫化氢对粘膜有较强的刺激作用，是强烈的神经毒物。对于环境而言，硫化氢对水体和空气都有污染，燃烧产生的二氧化硫导致酸雨的产生。对于设备，在原油开采，储备运输和加工过程中具有腐蚀危害，严重会造成重大安全事故。沼气用途不同，对H₂S含量的要求也不同，相应国家及行业标准规定：若利用沼气发电，则H₂S的浓度需小于等于200~300mg/m³；若将沼气作为车用燃料或并入燃气管网，则H₂S的浓度需小于等于15 mg/m³。沼气中H₂S的质量浓度一般为1~12g/m³，远远超过标准中的规定，若不进行预处理，沼气中含有的 H₂S会腐蚀金属管道、仪器仪表等。因此，沼气在综合利用前必须进行H₂S脱除。

无论是国内还是国外，硫化氢脱除方法都有不少，简单的可以分为湿法脱硫、干法脱硫和生物脱硫。湿法脱硫是通过氢氧化钠、氨水等特定的溶剂，与硫化氢反应来脱除硫化氢的一种方法，通过氧气对溶剂的作用达到溶剂的循环利用。由于氢氧化钠的流速和流量的影响，硫化氢并不能完全溶解在起其中，并在溶解过程中会产生硫代硫酸盐，这些都将影响脱硫效果，而且还有投资多、运行管理复杂、脱硫成本高和吸收液需更换等问题。干法脱硫是一种利用氧气，以氧化铁作为氧化剂将硫化氢氧化为单质硫或者硫化物的一种脱硫方式。单质硫在吸收过程中起到了一个催化的作用。但干法脱硫技术有装置占地面积大、操作不连续、脱硫剂不易再生、不易更换和脱硫效率低等问题。生物脱硫技术是通过微生物代谢途径将H₂S转化为硫酸盐或者单质硫的一种脱除技术。但其脱硫的稳定性容易受到环境温度的影响。

硫化物氧化菌主要分为三类：丝状硫细菌、光合硫细菌和无色硫细菌，大部分属于化能自养型。其中硫杆菌属是土壤和自然水体中最常见的一种无色硫细菌，一般为无芽孢的短杆菌，革兰氏阴性，端生鞭毛，能将硫化物氧化成单质硫或硫酸盐，或将硫代硫酸盐氧化为硫酸盐。迄今为止，人们已经证实硫杆菌属有8种：氧化硫硫杆菌，排硫硫杆菌，脱氮硫杆菌，氧化亚铁硫杆菌，那不勒斯硫杆菌，新型硫杆菌，中间硫杆菌和代谢不全硫杆菌。其中前4种在硫酸盐废水处理研究中应用最为广泛。

喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)是嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus)中惟一的适度嗜热菌，嗜酸好氧，是一种化能自养的革兰氏阴性菌，以硫或还原性的硫化物为能量来源，以空气中的 CO₂为碳源，并吸收氮、磷等无机营养物质合成菌体细胞，一般会将硫粉、HS^-和 H₂S氧化H₂SO₄。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种喜温嗜酸硫杆菌去除沼气中硫化氢的方法，具有操作方便，工艺流程简单，提高资源利用价值，节省费用、提高脱硫效率等优点，可以稳定高效地脱除沼气中的硫化氢，将有助于提高沼气利用水平，突破沼气脱硫难题。

本发明所采用的技术方案是：

喜温嗜酸硫杆菌去除沼气中硫化氢的方法的具体操作步骤如下：

1）反应器A为产沼气装置；

2）喜温嗜酸硫杆菌生物脱硫装置B中装有9K培养基和3%~5%接种量的喜温嗜酸硫杆菌，进行喜温嗜酸硫杆菌去除沼气中硫化氢；

3）每天检测一次喜温嗜酸硫杆菌去除沼气中的硫化氢装置中硫化氢浓度的变化；

步骤1）产沼气的反应器A中沼气发酵原料包括有机废水、畜禽粪便、生活垃圾和秸秆等。

步骤1）所述产沼气的反应器A中沼气发酵液产沼气的硫化氢浓度为1000ppm~2000ppm。

步骤2）所述喜温嗜酸硫杆菌的培养基配方为：A：硫酸铵3.0 g，氯化钾0.1 g，磷酸氢二钾0.5 g，七水硫酸镁0.5 g，硝酸钙0.01 g，蒸馏水1L，用稀硫酸将pH调至2.5，高压灭菌20min。B：硫酸亚铁3~4%，蒸馏水10mL，过膜除菌。接种前将B加入到A培养基中。

步骤2）所述采用9K培养基将喜温嗜酸硫杆菌培养至对数期，取少量菌液做活细胞计数，测得菌种活细胞数为2.0×10⁶个/mL~10.0×10⁶个/mL。

步骤2）所述沼气经过装有喜温嗜酸硫杆菌菌液的反应器B进行生物脱硫后硫化氢浓度不超过30ppm，优选的低于10ppm。

所述喜温嗜酸硫杆菌为中国微生物菌种保藏中心保藏的菌种编号为1.7296的菌株，喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)是一类专性自养极端嗜酸性硫杆菌，广泛分布于硫化矿床、酸性矿水及土壤中，在细菌冶金、煤的脱硫和含硫废水的处理等方面发挥重要作用，同时在自然界的硫循环中也占有重要地位。Dopson和Lindtrom研究分析了喜温嗜酸硫杆菌的代谢物具有表面活性剂的作用，使硫元素能充分得到溶解。喜温嗜酸硫杆菌氧化能力很强，细胞增长1g便可生成20g以上的单质硫，将待处理的沼气连续的通入到喜温嗜酸硫杆菌的发酵液中，根据沼气的通入速率调节发酵液的用量，以收集的沼气中硫化氢含量符合所需目标为基准，根据处理量目标调节。

所述菌株的培养方法为：将喜温嗜酸硫杆菌菌株进行恢复培养，用无菌吸管吸取0.3~0.5mL的9K培养基，滴入安瓿内，轻轻震荡，使冻干菌体溶解呈悬浮状，吸取全部菌悬液，移至5mL的9K培养基中，置搅拌速度170 r/min，温度40~45℃培养48~72h，由于菌种经过冷冻干燥保存后，延迟期较长，将一代恢复培养的喜温嗜酸硫杆菌培养液按3%~5%的接种量接种到5mL液体培养基中，同样的培养条件进行连续两次的继代培养，将恢复培养的喜温嗜酸硫杆菌培养液按3%~5%的接种量接种到80mL液体培养基中，同样的培养条件将喜温嗜酸硫杆菌培养至对数期中期（4~5d）。将沼气通入到喜温嗜酸硫杆菌的发酵液中进行脱硫，脱硫过程控制搅拌速度为170 r/min，温度40~45℃。

本发明具有的积极效果是：由于本发明是采用喜温嗜酸硫杆菌去除沼气中的硫化氢，从而显著减少了原位沼气中硫化氢的量，脱除对环境以及设备有危害的硫化氢，脱除效率高，减少了后续脱硫的费用和工作量。喜温嗜酸硫杆菌氧化能力很强，细胞增长1g便可生成20g以上的单质硫，李亚新等通过好氧无色硫细菌生物膜反应器，开展了硫化物转化成单质硫的实验，硫化氢的去除率达87%，本发明脱硫效率达98.24%，远远超过现有技术的脱硫效率。

附图说明

图1为反应装置示意图；

图2为喜温嗜酸硫杆菌脱硫的硫化氢浓度变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明具体实施方式进行详细说明。

所述喜温嗜酸硫杆菌为中国微生物菌种保藏中心保藏的菌种编号为1.7296的菌株。

实施例1

本实施例提供一种加入喜温嗜酸硫杆菌菌株进行去除沼气中硫化氢的实验。

步骤一，将喜温嗜酸硫杆菌菌株进行恢复培养，用无菌吸管吸取0.3~0.5mL的9K培养基，滴入安瓿内，轻轻震荡，使冻干菌体溶解呈悬浮状，吸取全部菌悬液，移至5mL的9K培养基中，置搅拌速度170 r/min，温度40~45℃培养48~72h，由于菌种经过冷冻干燥保存后，延迟期较长，将一代恢复培养的喜温嗜酸硫杆菌培养液按3%~5%的接种量接种到5mL液体培养基中，同样的培养条件进行连续两次的继代培养，将恢复培养的喜温嗜酸硫杆菌培养液按3%~5%的接种量接种到80mL液体培养基中，同样的培养条件将喜温嗜酸硫杆菌培养至对数期中期（4~5d）。喜温嗜酸硫杆菌的培养基配方为：A：硫酸铵3.0 g，氯化钾0.1 g，磷酸氢二钾0.5 g，七水硫酸镁0.5 g，硝酸钙0.01 g，蒸馏水1L，用稀硫酸将pH调至2.5，高压灭菌20min。B：硫酸亚铁3~4%，蒸馏水10mL，过膜除菌。接种前将B加入到A培养基中。

步骤二，沼气生产：使用酒精废水化学需氧量（COD）是29,000 mg/L，pH 是3.78，总氮是74.84 mg/L，总挥发性脂肪酸（VFAs）是21.45 mM，活性污泥可挥发性悬浮固体VSS（36.49 g /L）的发酵液作为沼气生产的原料；

步骤三，取2组装置，编号A0和A1，两个装置A装置加入80mL步骤二所得的发酵液，编号A1的脱硫装置的反应器B中加入80mL的9K培养基，接种3%~5%步骤一所得的喜温嗜酸硫杆菌菌液；

步骤四，将A0和A1号装置放入转速为170 r/min摇床中，温度40 ℃，进行反应，反应6天，并记录硫化氢浓度的变化。

从图2可以得出对照样不加入喜温嗜酸硫杆菌硫化氢浓度为1423.05 ppm，添加喜温嗜酸硫杆菌的脱硫装置第一天产生的沼气中硫化氢的浓度为22.41 ppm，第六天产生的沼气中硫化氢的浓度为5.93 ppm，脱硫效果明显。可见，喜温嗜酸硫杆菌使硫化氢的含量有明显下降，硫化氢的脱除效果比较好。