生物脫硫

生物脫硫，又稱生物催化脫硫(簡稱BDS)，生物脫硫（BDS）是利用微生物或它所含的酶催化含硫化合物（H2S、有機硫）、將其所含的硫積放出來（轉化為S0或單質S）的過程。

基本介紹

• 中文名：生物脫硫
• 外文名：BDS
• 別稱：生物催化脫硫
• 方法：生物過濾法、生物吸附法

研究發展

生物脫硫，又稱生物催化脫硫(簡稱BDS)，是一種在常溫常壓下利用需氧、厭氧菌除去石油含硫雜環化合物中結合硫的一種新技術。早在1948年美國就有了生物脫硫的專利，但一直沒有成功脫除烴類硫化物的實例，其主要原因是不能有效的控制細菌的作用。此後有幾個成功的“微生物脫硫”報導，但卻沒有多少套用價值，原因在於微生物儘管脫去了油中的硫，但同時也消耗了油中的許多炭而減少了油中的許多放熱量。科學工作者一直對其進行了深入的研究，直到1998年美國的Institute of Gas Technology(IGT)的研究人員成功的分離了兩種特殊的菌株，這兩種菌株可以有選擇性的脫除二苯並噻吩中的硫，去除油品中雜環硫分子的工業化模型相繼產生，1992年在美國分別申請了兩項專利(5002888和5104801)。美國Energy BioSystems Corp (EBC)公司獲得了這兩種菌株的使用權，在此基礎上，該公司不僅成功地生產和再生了生物脫硫催化劑，並在降低催化劑生產成本的同時也延長了催化劑的使用壽命。此外該公司又分離得到了玫鴻球菌的細菌，該細菌能夠使C-S鍵斷裂，實現了脫硫過程中不損失油品烴類的目的。現在，EBC公司已成為世界上對生物脫硫技術研究最廣泛的公司。此外，日本工業技術研究院生命工程工業技術研究所與石油產業活化中心聯合開發出了柴油脫硫的新菌種，此菌種可以同時脫除柴油中的二苯並噻吩和苯並噻吩中的硫，而這兩種硫化物中的硫是用其它方法難以脫除的。

BDS過程是以自然界產生的有氧細菌與有機硫化物發生氧化反應，選擇性氧化使C-S鍵斷裂，將硫原子氧化成硫酸鹽或亞硫酸鹽轉入水相，而DBT的骨架結構氧化成羥基聯苯留在油相，從而達到脫除硫化物的目的。BDS技術從出現至今已發展了幾十年，目前為止仍處於開發研究階段。由於BDS技術有許多優點，它可以與已有的HDS裝置有機組合，不僅可以大幅度地降低生產成本，而且由於有機硫產品的附加值較高，BDS比HDS在經濟上有更強的競爭力。同時BDS還可以與催化吸附脫硫組合，是實現對燃料油深度脫硫的有效方法。因此BDS技術具有廣闊的套用前景，預計在2010年左右將有工業化裝置出現。

機理

生物法淨化惡臭氣體的雙膜—生物膜理論，此為生物法淨化氣體可分為三個步驟：

溶解

廢氣與水或固體表面的水膜接觸污染物溶於水中或為液相中的分子或離子，即惡臭物質由氣相轉移到液相，此步為物理過程亨利定律。

吸附吸收

水溶液中惡臭成分被微生物吸附、吸收。從水中轉移至微生物體內，作為吸收劑的水被再生復原，再去溶解新的惡臭成分。

生物降解

進入微生物細胞的惡臭成分作為微生物生命活動的能源或養分被分解和利用，使污染物得以去除。

進入微生物細胞內的有機物在細胞內酶作用下氧化分解，同時進行合成代謝產生新的微生物細胞。

用雙膜—生物膜理論解釋生物法處理含硫廢氣時也有與以上相似的三個步驟：

含硫氣體與水或固體表面的水膜接觸，氣體中的硫溶於水成為液相中的分子或離子，硫從氣相轉移到液相，該過程為物理過程，遵循亨利定律。

水溶液中的硫在濃度差的推動下擴散到生物膜內被微生物吸附、吸收，硫從水中轉移到微生物體內，作為微生物的營養物質和能源被分解利用。

方法

生物脫硫技術包括生物過濾法、生物吸附法和生物滴濾法，三種系統均屬開放系統，其微生物種群隨環境改變而變化。在生物脫硫過程中，氧化態的含硫污染物必須先經生物還原作用生成硫化物或H2S然後再經生物氧化過程生成單質硫，才能去除。在大多數生物反應器中，微生物種類以細菌為主，真菌為次，極少有酵母菌。常用的細菌是硫桿菌屬的氧化亞鐵硫桿菌，脫氮硫桿菌及排硫桿菌。最成功的代表是氧化亞鐵硫桿菌，其生長的最佳pH值為2.0～2.2。

存在問題

1.更好的菌株

一般認為，試劑硫芴是一種能代表煤中有機硫的典型化合物。在設計脫除煤中有機硫的微生物篩選實驗中。大都用它作為培養基的營養成分，微生物降解硫芴有兩種不同的途徑。第一種稱為“4s”途徑，即由亞碸經過碸、磺酸鹽最終到硫酸鹽，這種方法是通過的特異性降解除去硫芴中的硫，而其中的碳會完整地保留下來，第二種是碳的破壞性代謝，這種代謝的結果是硫芴整體降解。很多研究人員一直試圖分離或培養能降解或輔助降解硫芴的菌株，但分離到得菌株幾乎都只能由破壞碳的途徑降解硫芴。目前的問題是要篩選到能從有機物中特異性降解的菌株。

2.穩定的脫硫作用

據稱有幾個菌株能用於脫除有機硫。但這些菌株及其脫除煤中有機硫的作用不夠穩定，結構的重現性很差。幾乎每個研究組織都曾提到有關穩定性和重現性的問題。用微生物處理煤炭的先決條件是要篩選到具有穩定脫硫能力的菌株，然而要獲得這種菌株卻是困難的。

3.有機硫的預定

需要某些新的分析方法來測定某中的有機硫。最通過的方法是美國檢測材料學會編號為d2492的方法。這個方法採用化學法分析煤炭樣品，測定總硫、硫酸鹽和二硫化鐵，從總硫含量中減去硫酸鹽和二硫化鐵含量，間接得到有機硫的含量。這種方法所得的結構並不是完全一致的，同一實驗室分析的結構果可能有10%的誤差，不同實驗室重複分析的誤差高達20%。美國檢測材料學會組織正在全面的檢測和校正這個方法。但是，這種誤差程度的分析很難用來檢測菌株的改進和煤處理的結構，因為一般的改進無法用這種方法準確地測定。測定煤中硫含量的另一種方法是元素分析。可以將一種電子微光束聚焦在煤的很小的區域或微粒上。如果分析的是煤中沒有無機物的區域，則可用元素分析直接測定煤中的有機硫，這種技術非常有用，但由於特異性很高，用於常規分析並不方便，還可以用擴展x射線吸收精細結構技術特異性檢測煤中的有機硫，但是，這種方法與電子微光束方法一樣特異性太強，因而也不易廣泛套用。

4.脫硫效果在微生物脫除煤中有機硫的研究中，最有趣的進展也許是igts7，能脫除高達91%的有機硫這是一個驚人的結果。這些結果是十分鼓舞人心的，因為她們首次證實了用生物處理可以脫除煤中的有機硫，而且脫除水平達到了空氣淨化標準。另一個有意義的進展涉及到好溫細菌，據稱這種細菌的同一菌株既可優先代謝有機硫，也可優先代謝無機硫，在有機硫和無機硫含量幾乎相等的煤中，它可以脫除多達45%的有機硫，而無機硫的含量實質上保持不變。而對另一些煤炭樣品，同樣的菌株脫除了90%的無機硫，而有機硫含量卻沒有降低。

方向

生物脫硫技術是80年代發展起來的常規脫硫替代新工藝,具有許多優點：不需催化劑和氧化劑(空氣除外)，不需處理化學污泥，產生很少生物污染，低能耗，回收硫，效率高，無臭味。缺點是過程不易控制，條件要求苛刻等。日本已建成工業化裝置,利用氧化亞鐵硫桿菌處理煉油廠胺洗裝置和克勞斯裝置的排出氣,硫化氫脫除率達99。我國鄭士尼等在實驗室條件下，用該菌對煉油廠催化乾氣和工業沼氣進行脫硫，硫化氫去除率分別達71和46。王瑋等成功地分離出一株具有脫硫能力的菌株。但目前國內生物脫硫技術還未形成一定規模的工業套用。預計最佳化脫硫工藝，更有效地控制溶解氧，提高單位硫的產率，並與目前已得到廣泛套用的濕法脫硫技術相結合，是今後生物煙氣脫硫技術發展的方向。