CN106268259A - 一种烟气中SO2和Hg同步生化脱除的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟气中SO2和Hg同步生化脱除的方法，属于工业烟气治理领域。本发明将烟气依次经除尘降温、硫酸盐还原菌处理、沉降打捞，使SO2和Hg被同时脱除并资源化回收。本发明采用生化法同步脱硫和Hg，可以有效降低传统以钙法和氨法烟气脱硫的成本，使操作更加简便，同时消除了二次污染；且反应过程简单，实现以废治废的同时，也实现了工业炉窑烟气中硫元素和Hg的协同去除和资源化回收。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气中SO2和Hg的同步生化脱除的方法，属于工业烟气治理领域。
背景技术
我国工业锅炉是除燃煤电厂之外的燃煤大户，在燃煤锅炉的烟气中，SO2和Hg是主要成分。煤中的硫、汞等氧化或升华后进入烟气，其中硫氮氧化燃烧形成二氧化硫、氮氧化物，汞挥发形成化合物及单质汞，对区域环境和人体健康构成严重威胁。目前烟气中氮氧化物处理相对成熟，但关于二氧化硫、汞的协同去除研究仍有较大空间。
如今燃煤工业锅炉烟气脱硫主要采用钙法脱硫和氨法脱硫，烟气中汞的排放，主要利用成熟的除尘、脱硫等技术进行协同减排控制。钙法脱硫的副产脱硫石膏，因含有重金属及游离氧化钙而适用范围受限，堆置填埋会对土壤环境和地下水环境造成潜在威胁。氨法脱硫的副产硫酸铵中累积有多种重金属，施用农田会对食品安全和土壤环境造成严重威胁。而我国硫资源相对贫缺，硫磺每年进口量过千万吨，从硫资源利用、环境保护及可持续发展的需要出发，我国的烟气脱硫应优先选用回收法。
对于烟气中的汞与二氧化硫的协同去除，目前国内外均做了大量的研究。吴忠标、瞿赞等利用臭氧与氧化促进剂的湿法联合工艺；宁平等采用硫化氨等对工业炉窑中二氧化硫和重金属的同步脱除，相关研究实现了烟气中硫汞硝的协同去除，但也存在药剂与能源消耗较大、工艺复杂等不足，尤其是硫资源不能够回收。
硫酸盐还原菌是指一类能够通过异化作用还原硫酸盐的细菌（sulfate reducingbacteria，SRB）的统称，其生长虽然缓慢，但有极强的生存能力且分布广泛。
利用硫酸盐还原菌将烟气中SO2转化为还原态硫；采用生化处理出水对烟气的淋洗，还原态硫与烟气中SO2、Hg反应生成单质硫、HgS，实现烟气中SO2和Hg的同步去除。
发明内容
本发明的目的在于改进现有的烟气脱硫方法，提供一种利用硫酸盐还原菌，同步脱除烟气中SO2和Hg，并回收有用资源的方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种烟气中SO2和Hg同步生化脱除的方法，按以下步骤进行：
（1）利用除尘器对烟气进行除尘，然后用换热器回收热量，使烟气温度降至120~165℃除尘器和换热器均为常规设备；
（2）降温后的烟气经水淋洗2~5s得淋洗液；
（3）淋洗液进入厌氧反应器，厌氧反应器中载有硫酸盐还原菌（SRB）和碳源（碳源用于为硫酸盐还原菌提供营养物质），SRB与淋洗液的体积比为5~20%，碳源与淋洗液体积比为20~45%，厌氧反应器温度维持在15~60℃，pH维持在3~9，淋洗液在反应器中水力停留时间（HRT）为6~10h，使COD/SO3 2-维持在1.2~6.4，与硫酸盐还原菌充分接触反应，淋洗液中亚硫酸根被转化为H2S、HS-、S2-，反应式如下：
反应完成后将淋洗液排出，为生化处理出水；
（4）生化处理出水含有还原态硫H2S、HS-、S2-及H+等，用生化处理出水代替步骤（2）中的水用于烟气淋洗，与SO2和Hg生成硫磺以及HgS沉淀，反应式如下：
淋洗液经平流沉淀池，硫磺浮在表面，通过打捞分离出来进行回收；HgS沉淀在底部，通过过滤分离出来，可以用作着色剂，例如颜料、火漆、防腐剂。
厌氧反应器可以有以下几种：厌氧活性污泥、厌氧流化床、厌氧滤池、升流式厌氧污泥层（UASB）、颗粒污泥膨胀床（EGSB）、厌氧生物转盘等。
硫酸盐还原菌可以有以下几种：脱硫弧菌属（Desulfovibrio）、脱硫肠状菌属（Desulfotomaculum）、脱硫单胞菌属（Desulfomonas）、脱硫叶菌属（Desulfobulbus）、脱硫菌属（Desulfobacter）、脱硫球菌属（Desulfococcus）、脱硫线菌属（Desulfonema）、脱硫八叠球菌属（Desulfosarcina）、脱硫杆菌属（Desulfobacterium）和脱硫单胞菌属（Desulfuromonas）等。
碳源为人工配制的培养基，或者利用农作物、食品、发酵、生物制药废水等。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明采用生化法同步脱除SO2和Hg，可以有效降低传统以钙法和氨法烟气脱硫的成本，使操作更加简便，同时消除了二次污染；
2、本发明反应过程简单，实现以废治废，治理烟气的同时实现硫及Hg的资源化回收；
3、可以用于电站锅炉、工业锅炉以及生活锅炉，应用广泛。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，以下实施例不限定本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，某电厂发电锅炉烟气中含SO2：3500mg/m3，Hg：1.2mg/m3。
（1）利用除尘器对烟气进行除尘，然后用换热器回收热量，使烟气温度降至120℃；
（2）用生化处理出水淋洗烟气（首先用水淋洗启动反应）5s，SO2和Hg与生化处理出水中S2-和H+等发生反应生成HgS和硫磺，淋洗液中的亚硫酸根浓度=1850mg/L，汞去除效率稳定大于90%；HgS经平流沉淀池沉淀过滤分离，浮在水面的硫磺打捞起来，实现其资源化回收利用；
（3）将淋洗液通入到载有硫酸盐还原菌和碳源的厌氧反应器中，该反应器采用厌氧活性污泥，硫酸盐还原菌菌种是脱硫弧菌属的Desulfovibrio desulfuricans种，碳源为人工配制的培养基，包括0.015~0.3％g/mL的(NH4)2SO4，0.01~0.4％g/mL的KH2PO4，0.05％g/mL的MgSO4·7H2O，0.001％g/mL的Ca(NO3)2，0.001~4％g/mL的FeSO4·7H2O（用于提供亚铁离子）和0.5~1％g/mL的亚硫酸盐、连二硫酸盐或连四硫酸盐（用于提供还原态硫或单质硫），SRB与淋洗液的体积比为5%，碳源与淋洗液体积比为30%，反应器温度为60℃、pH=3、COD/SO3 2-=3.5，HRT=6h，淋洗液中亚硫酸根转化为H2S、HS-、S2-；反应完成后将淋洗液排出，为生化处理出水，循环用于步骤（2）烟气淋洗。
实施例2
如图1所示，某冶铁工厂的蒸汽锅炉烟气中含SO2：2500mg/m3，Hg：1.5mg/m3。
（1）利用除尘器对烟气进行除尘，然后用换热器回收热量，使烟气温度降至165℃；
（2）用生化处理出水淋洗烟气（首先用水淋洗启动反应）3s，SO2和Hg与生化处理出水中S2-和H+等发生反应生成HgS和硫磺，淋洗液中的亚硫酸根浓度=2000mg/L，汞去除效率稳定大于80%；HgS经平流沉淀池沉淀过滤分离，浮在水面的硫磺打捞起来，实现其资源化回收利用；
（3）将淋洗液通入到载有硫酸盐还原菌和碳源的厌氧反应器中，该反应器采用颗粒污泥膨胀床（EGSB）结构，硫酸盐还原菌菌种是脱硫菌属的Desulfobacter postgatei种，碳源为农作物废水，SRB与淋洗液的体积比为10%，碳源与淋洗液体积比为20%，反应器温度为15℃、pH=6.8、COD/SO3 2-=1.2，HRT=10h，淋洗液中亚硫酸根转化为H2S、HS-、S2-；反应完成后将淋洗液排出，为生化处理出水，循环用于步骤（2）烟气淋洗。
实施例3
如图1所示，某玻璃工厂的燃煤锅炉烟气中含SO2：2600mg/m3，Hg：1.7mg/m3。
（1）利用除尘器对烟气进行除尘，然后用换热器回收热量，使烟气温度降至145℃；
（2）用生化处理出水淋洗烟气（首先用水淋洗启动反应）2s，SO2和Hg与生化处理出水中S2-和H+等发生反应生成HgS和硫磺，淋洗液中的亚硫酸根浓度=2200mg/L，汞去除效率稳定大于85%；HgS经平流沉淀池沉淀过滤分离，浮在水面的硫磺打捞起来，实现其资源化回收利用；
（3）将淋洗液通入到载有硫酸盐还原菌和碳源的厌氧反应器中，该反应器采用升流式厌氧污泥层（UASB），硫酸盐还原菌菌种是脱硫杆菌属的Desulfobacterium indolicum种，碳源为发酵废水，SRB与淋洗液的体积比为20%，碳源与淋洗液体积比为45%，反应器温度为55℃、pH=9、COD/SO3 2-=6.4，HRT=7.5h，淋洗液中亚硫酸根转化为H2S、HS-、S2-；反应完成后将淋洗液排出，为生化处理出水，循环用于步骤（2）烟气淋洗。
Claims (10)
1.一种烟气中SO2和Hg同步生化脱除的方法，包括以下步骤：
（1）利用除尘器对烟气进行除尘，然后用换热器回收热量使烟气降温；
（2）降温后的烟气经水淋洗得淋洗液；
（3）淋洗液进入厌氧反应器，厌氧反应器中载有硫酸盐还原菌和碳源，淋洗液在厌氧反应器中与硫酸盐还原菌充分接触反应后排出，为生化处理出水；
（4）用生化处理出水代替步骤（2）中的水用于烟气淋洗，生化处理出水中所含还原态硫和H+与烟气中的SO2和Hg反应生成硫磺以及HgS沉淀，淋洗液经平流沉淀池，硫磺浮在表面，通过打捞分离出来进行回收，HgS沉淀在底部，通过过滤分离出来。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）使烟气温度降至120~165℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）淋洗时间为2~5s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中厌氧反应器为厌氧活性污泥、厌氧流化床、厌氧滤池、升流式厌氧污泥层、颗粒污泥膨胀床、厌氧生物转盘中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中的硫酸盐还原菌为脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属、脱硫单胞菌属、脱硫叶菌属、脱硫菌属、脱硫球菌属、脱硫线菌属、脱硫八叠球菌属、脱硫杆菌属、脱硫单胞菌属中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中硫酸盐还原菌与淋洗液的体积比为5~20%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中的碳源为人工配制的培养基或者农作物、食品、发酵、生物制药废水。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中碳源与淋洗液体积比为20~45%。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中厌氧反应器温度为15~60℃，pH为3~9，COD/SO3 2-为1.2~6.4。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中淋洗液在厌氧反应器中停留6~10h。
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