CN1876855A - 一种利用微生物脱除煤矸石中黄铁矿硫的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用微生物脱除煤矸石中黄铁矿硫的方法。将煤矸石粉碎成0.1～300mm的颗粒物，投入含微生物的培养液中，保持浸出7～30天；浸出条件为：煤矸石与含微生物的培养液的比例为10～500g/L，含微生物的培养液中细菌浓度达到107个/mL数量级以上，培养液的pH值为1.5～3.0，采用搅拌、曝气、搅拌与曝气结合的方式或静止方式浸出。本发明对煤矸石进行生物处理，消除了煤矸石山自燃的隐患，解决了煤矸石资源化利用中由于硫的存在而产生的不利影响，而且可防止水污染和大气污染，具有显著的环境效益和社会效益。

Description

一种利用微生物脱除煤矸石中黄铁矿硫的方法
技术领域
本发明涉及一种微生物脱硫方法，具体的说涉及一种利用微生物脱除煤矸石中黄铁矿硫的方法。
背景技术
煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生的固体废弃物，是我国目前年排放量和累计存量最大的工业废弃物。煤矸石的堆积不但占用大量土地，而且，经长期风化、淋溶、氧化自燃等物理化学作用，会产生一系列环境问题。在研究煤矸石的环境效应时，硫的含量是一个重要的指标，煤矸石中硫以硫化物为主，主要赋存在黄铁矿(FeS2)中。煤矸石中黄铁矿的存在，是导致水环境污染和矸石自燃的根本原因。FeS2易被空气氧化放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风化以至自燃，从而引发火灾；煤矸石燃烧时散发出难闻的气味和有害的烟雾，使附近居民慢性气管炎和气喘病患者增多，周围树木落叶；同时，FeS2的氧化会加速其它组分的溶出，形成硫酸或酸性水及离解出各种有毒有害元素渗入地下，导致土壤、地表水体及浅层地下水的污染。此外，大量煤矸石山的存在容易造成空气污染。矸石山的自燃，不仅浪费了能源，还造成了环境污染，因此，脱除煤矸石中黄铁矿硫并回收硫资源，既是防止自燃的基本措施，又是煤矸石资源化利用的前提，具有较高的环境效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微生物脱硫技术，利用微生物的氧化作用，脱除煤矸石中的黄铁矿硫。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
将煤矸石粉碎成0.1～300mm的颗粒物，投入含微生物的培养液中，保持浸出7～30天，浸出条件为：煤矸石与含微生物的培养液的比例为10～500g/L，含微生物的培养液中细菌浓度达到107个/mL数量级以上，培养液的pH值为1.5～3.0，采用搅拌、曝气、搅拌与曝气结合的方式或静止方式浸出。
细菌脱除煤矸石中黄铁矿硫的机理为：
关于细菌氧化黄铁矿的机理，到目前为止还没有统一的看法。具有代表性的观点主要有三种：(1)细菌直接氧化说。这种观点认为，细菌对黄铁矿的氧化是细菌附着于矿粒表面，通过酶解直接氧化的结果。氧化过程的反应式如下：
通过上述反应，细菌完成了将FeS2中的硫氧化为SO4 2-，并且从晶格中溶解出来的氧化过程。
(2)细菌间接氧化说。这种观点认为，细菌的作用是催化产生和再生强氧化剂Fe2(SO4)3，黄铁矿的氧化主要是通过Fe2(SO4)3来进行的。因此反应式除了上述反应式之外，还有：
氧化反应产生的FeSO4和S又作为能源被细菌氧化为Fe2(SO4)3和H2SO4，
(3)综合氧化说。这种观点认为，在黄铁矿的细菌浸出过程中，既有细菌的直接氧化作用，又有Fe3+(Fe2(SO4)3)的间接氧化作用。有些情况下以直接作用为主，有些情况下以间接作用为主。本发明者们通过理论分析和某些测试数据，赞成综合氧化说。
本发明中煤矸石颗粒直径优选为1～30mm；微生物是氧化亚铁硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌或者它们的混合；煤矸石与含微生物的培养液的比例优选为50～400g/L。
培养液或选用培养液M1或选用培养液M2，培养液M1、M2的每升配方为：
  (NH4)2SO4   KCl   K2HPO4   MgSO4·7H2O   Ca(NO3)2   FeSO4·7H2O   H2O
  培养液M1   2.0～3.0g   0.1～0.2g   0.3～0.5g   0.3～0.6g   0.01～0.1g   10g～50g   1L
  培养液M2   0.15～0.3g   0.05～0.1g   0.05～0.1g   0.50～1.0g   0.01～0.1g   9g～30g   1L
培养液的pH值优选为2.0～2.5，用H2SO4调节。
含微生物的培养液中细菌浓度优选107～1012个/mL数量级，细菌浓度越大越好。
浸出时采用搅拌、曝气、搅拌与曝气结合的方式或静止方式浸出。
本发明对煤矸石进行生物处理，消除了煤矸石山自燃的隐患，解决了煤矸石资源化利用中由于硫的存在而产生的不利影响，而且可防止水污染和大气污染，具有显著的环境效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1：
处理硫的质量含量(以SO3％计)为2.73％的煤矸石，将煤矸石粉碎为0.1mm左右的颗粒物，取颗粒状煤矸石按10g/L投入已培养好的含氧化亚铁硫杆菌培养液M1中，每升培养液M1的配方为：
 (NH4)2SO4   KCl   K2HPO4   MgSO4·7H2O   Ca(NO3)2   FeSO4·7H2O   H2O
  培养液M1   3.0g   0.1g   0.3g   0.5g   0.03g   10.0g   1L
培养液M1的pH值为1.5，用H2SO4调节；培养液M1中氧化亚铁硫杆菌浓度达到107个/mL数量级；采用搅拌方式浸出7天，脱硫率可达97.5％。
实施例2：
将实施例1中煤矸石粉碎为10mm左右的颗粒物，按60g/L投入已经培养好的含氧化亚铁钩端螺旋菌培养液M2中，每升培养液M2的配方为：
  (NH4)2SO4   KCl   K2HPO4   MgSO4·7H2O   Ca(NO3)2   FeSO4·7H2O   H2O
  培养液M2   0.15g   0.05g   0.1g   0.5g   0.1g   9.0g   1L
培养液M2的pH值为2.5，用H2SO4调节；培养液M2中氧化亚铁钩端螺旋菌浓度达到108个/mL数量级；采用曝气方式浸出10天，脱硫率可达97.0％。
实施例3：
将实施例1中煤矸石粉碎为20mm左右的颗粒物，按100g/L投入已经培养好的含氧化亚铁硫杆菌培养液M1中；每升培养液M1的配方为：
 (NH4)2SO4   KCl   K2HPO4   MgSO4·7H2O   Ca(NO3)2   FeSO4·7H2O   H2O
  培养液M1   2.0g   0.15g   0.4g   0.3g   0.1g   50.0g   1L
培养液M1的pH值为2.0，用H2SO4调节；培养液M1中氧化亚铁硫杆菌浓度达到109个/mL数量级；采用搅拌方式浸出15天，脱硫率可达96.5％。
实施例4：
将实施例1中煤矸石粉碎为300mm左右的颗粒物，按500g/L投入已经培养好的含氧化亚铁硫杆菌培养液M2中；每升培养液M2的配方为：
 (NH4)2SO4   KCl   K2HPO4   MgSO4·7H2O   Ca(NO3)2   FeSO4·7H2O   H2O
  培养液M2   0.3g   0.1g   0.05g   1.0g   0.01g   30.0g   1L
培养液M2的pH值为3.0，用H2SO4调节；培养液M2中氧化亚铁硫杆菌浓度达到1010个/mL数量级；采用曝气方式浸出20天，脱硫率可达95％。
实施例5：
将实施例1中煤矸石粉碎为3mm左右的颗粒物，按50g/L投入已经培养好的含氧化亚铁硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌的混合物培养液M1中；每升培养液M1的配方为：
 (NH4)2SO4   KCl   K2HPO4   MgSO4·7H2O   Ca(NO3)2   FeSO4·7H2O   H2O
  培养液M1   2.5g   0.2g   0.5g   0.6g   0.01g   44.0g   1L
培养液M1的pH值为2.0，用H2SO4调节；培养液M1中细菌浓度达到1012个/mL数量级；采用搅拌与曝气结合的方式浸出30天，脱硫率可达98％。
实施例6：
将实施例1中煤矸石粉碎为100mm左右的颗粒物，按90g/L投入已经培养好的含氧化亚铁硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌的混合物培养液M2中；每升培养液M2的配方为：
 (NH4)2SO4   KCl   K2HPO4   MgSO4·7H2O   Ca(NO3)2   FeSO4·7H2O   H2O
  培养液M2   0.2g   0.07g   0.08g   0.7g   0.08g   20.0g   1L
培养液M2的pH值为2.0，用H2SO4调节；培养液M2中细菌浓度达到1011个/mL数量级；采用曝气方式浸出15天，脱硫率可达94％。
对照例：
按照实施例5中所述，培养液中不含细菌，其它条件不变，脱硫率为10％。

Claims (8)

1、一种利用微生物脱除煤矸石中黄铁矿硫的方法，其特征是：
将煤矸石粉碎成0.1～300mm的颗粒物，投入含微生物的培养液中，保持浸出7～30天；浸出条件为：煤矸石与含微生物的培养液的比例为10～500g/L，含微生物的培养液中细菌浓度达到107个/mL数量级以上，培养液的pH值为1.5～3.0。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于煤矸石颗粒直径为1～30mm。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的微生物是氧化亚铁硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌或者它们的混合。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于煤矸石与含微生物的培养液的比例为50～400g/L。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述培养液或选用培养液M1或选用培养液M2，培养液M1、M2的每升配方为：   (NH4)2SO4   KCl   K2HPO4   MgSO4·7H2O   Ca(NO3)2   FeSO4·7H2O   H2O   培养液M1   2.0～3.0g   0.1～0.2g   0.3～0.5g   0.3～0.6g   0.01～0.1g   10g～50g   1L   培养液M2   0.15～0.3g   0.05～0.1g   0.05～0.1g   0.50～1.0g   0.01～0.1g   9g～30g   1L
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于培养液的pH值为2.0～2.5，用H2SO4调节。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于含微生物的培养液中细菌浓度达到107～1012个/mL数量级。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述浸出步骤采用搅拌、曝气、搅拌与曝气结合的方式或静止浸出方式。
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