本發(fā)明屬于生物能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中硫化氫的方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，世界各地能源需求量日益上升。在能源結(jié)構(gòu)中，以石油、煤炭等為主的化石能源依舊占據(jù)著主體地位，人類(lèi)若過(guò)分依賴(lài)這些傳統(tǒng)化石能源，其不可再生性必將引起能源危機(jī)。沼氣作為一種新興的綠色能源逐漸引起人們的重視。沼氣是一種混合氣體，一般含CH₄為60%~70%，CO₂為30%~40%，少量的H₂S、水汽、NH₃等。其中硫化氫對(duì)人身安全、環(huán)境以及設(shè)備都有較大的危害。對(duì)于人身安全，硫化氫對(duì)粘膜有較強(qiáng)的刺激作用，是強(qiáng)烈的神經(jīng)毒物。對(duì)于環(huán)境而言，硫化氫對(duì)水體和空氣都有污染，燃燒產(chǎn)生的二氧化硫?qū)е滤嵊甑漠a(chǎn)生。對(duì)于設(shè)備，在原油開(kāi)采，儲(chǔ)備運(yùn)輸和加工過(guò)程中具有腐蝕危害，嚴(yán)重會(huì)造成重大安全事故。沼氣用途不同，對(duì)H₂S含量的要求也不同，相應(yīng)國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：若利用沼氣發(fā)電，則H₂S的濃度需小于等于200~300mg/m³；若將沼氣作為車(chē)用燃料或并入燃?xì)夤芫W(wǎng)，則H₂S的濃度需小于等于15 mg/m³。沼氣中H₂S的質(zhì)量濃度一般為1~12g/m³，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，若不進(jìn)行預(yù)處理，沼氣中含有的 H₂S會(huì)腐蝕金屬管道、儀器儀表等。因此，沼氣在綜合利用前必須進(jìn)行H₂S脫除。

無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，硫化氫脫除方法都有不少，簡(jiǎn)單的可以分為濕法脫硫、干法脫硫和生物脫硫。濕法脫硫是通過(guò)氫氧化鈉、氨水等特定的溶劑，與硫化氫反應(yīng)來(lái)脫除硫化氫的一種方法，通過(guò)氧氣對(duì)溶劑的作用達(dá)到溶劑的循環(huán)利用。由于氫氧化鈉的流速和流量的影響，硫化氫并不能完全溶解在起其中，并在溶解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硫代硫酸鹽，這些都將影響脫硫效果，而且還有投資多、運(yùn)行管理復(fù)雜、脫硫成本高和吸收液需更換等問(wèn)題。干法脫硫是一種利用氧氣，以氧化鐵作為氧化劑將硫化氫氧化為單質(zhì)硫或者硫化物的一種脫硫方式。單質(zhì)硫在吸收過(guò)程中起到了一個(gè)催化的作用。但干法脫硫技術(shù)有裝置占地面積大、操作不連續(xù)、脫硫劑不易再生、不易更換和脫硫效率低等問(wèn)題。生物脫硫技術(shù)是通過(guò)微生物代謝途徑將H₂S轉(zhuǎn)化為硫酸鹽或者單質(zhì)硫的一種脫除技術(shù)。但其脫硫的穩(wěn)定性容易受到環(huán)境溫度的影響。

硫化物氧化菌主要分為三類(lèi)：絲狀硫細(xì)菌、光合硫細(xì)菌和無(wú)色硫細(xì)菌，大部分屬于化能自養(yǎng)型。其中硫桿菌屬是土壤和自然水體中最常見(jiàn)的一種無(wú)色硫細(xì)菌，一般為無(wú)芽孢的短桿菌，革蘭氏陰性，端生鞭毛，能將硫化物氧化成單質(zhì)硫或硫酸鹽，或?qū)⒘虼蛩猁}氧化為硫酸鹽。迄今為止，人們已經(jīng)證實(shí)硫桿菌屬有8種：氧化硫硫桿菌，排硫硫桿菌，脫氮硫桿菌，氧化亞鐵硫桿菌，那不勒斯硫桿菌，新型硫桿菌，中間硫桿菌和代謝不全硫桿菌。其中前4種在硫酸鹽廢水處理研究中應(yīng)用最為廣泛。

喜溫嗜酸硫桿菌(Acidithiobacillus caldus)是嗜酸硫桿菌屬(Acidithiobacillus)中惟一的適度嗜熱菌，嗜酸好氧，是一種化能自養(yǎng)的革蘭氏陰性菌，以硫或還原性的硫化物為能量來(lái)源，以空氣中的 CO₂為碳源，并吸收氮、磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成菌體細(xì)胞，一般會(huì)將硫粉、HS^-和 H₂S氧化H₂SO₄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中硫化氫的方法，具有操作方便，工藝流程簡(jiǎn)單，提高資源利用價(jià)值，節(jié)省費(fèi)用、提高脫硫效率等優(yōu)點(diǎn)，可以穩(wěn)定高效地脫除沼氣中的硫化氫，將有助于提高沼氣利用水平，突破沼氣脫硫難題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中硫化氫的方法的具體操作步驟如下：

1）反應(yīng)器A為產(chǎn)沼氣裝置；

2）喜溫嗜酸硫桿菌生物脫硫裝置B中裝有9K培養(yǎng)基和3%~5%接種量的喜溫嗜酸硫桿菌，進(jìn)行喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中硫化氫；

3）每天檢測(cè)一次喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中的硫化氫裝置中硫化氫濃度的變化；

步驟1）產(chǎn)沼氣的反應(yīng)器A中沼氣發(fā)酵原料包括有機(jī)廢水、畜禽糞便、生活垃圾和秸稈等。

步驟1）所述產(chǎn)沼氣的反應(yīng)器A中沼氣發(fā)酵液產(chǎn)沼氣的硫化氫濃度為1000ppm~2000ppm。

步驟2）所述喜溫嗜酸硫桿菌的培養(yǎng)基配方為：A：硫酸銨3.0 g，氯化鉀0.1 g，磷酸氫二鉀0.5 g，七水硫酸鎂0.5 g，硝酸鈣0.01 g，蒸餾水1L，用稀硫酸將pH調(diào)至2.5，高壓滅菌20min。B：硫酸亞鐵3~4%，蒸餾水10mL，過(guò)膜除菌。接種前將B加入到A培養(yǎng)基中。

步驟2）所述采用9K培養(yǎng)基將喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期，取少量菌液做活細(xì)胞計(jì)數(shù)，測(cè)得菌種活細(xì)胞數(shù)為2.0×10⁶個(gè)/mL~10.0×10⁶個(gè)/mL。

步驟2）所述沼氣經(jīng)過(guò)裝有喜溫嗜酸硫桿菌菌液的反應(yīng)器B進(jìn)行生物脫硫后硫化氫濃度不超過(guò)30ppm，優(yōu)選的低于10ppm。

所述喜溫嗜酸硫桿菌為中國(guó)微生物菌種保藏中心保藏的菌種編號(hào)為1.7296的菌株，喜溫嗜酸硫桿菌(Acidithiobacillus caldus)是一類(lèi)專(zhuān)性自養(yǎng)極端嗜酸性硫桿菌，廣泛分布于硫化礦床、酸性礦水及土壤中，在細(xì)菌冶金、煤的脫硫和含硫廢水的處理等方面發(fā)揮重要作用，同時(shí)在自然界的硫循環(huán)中也占有重要地位。Dopson和Lindtrom研究分析了喜溫嗜酸硫桿菌的代謝物具有表面活性劑的作用，使硫元素能充分得到溶解。喜溫嗜酸硫桿菌氧化能力很強(qiáng)，細(xì)胞增長(zhǎng)1g便可生成20g以上的單質(zhì)硫，將待處理的沼氣連續(xù)的通入到喜溫嗜酸硫桿菌的發(fā)酵液中，根據(jù)沼氣的通入速率調(diào)節(jié)發(fā)酵液的用量，以收集的沼氣中硫化氫含量符合所需目標(biāo)為基準(zhǔn)，根據(jù)處理量目標(biāo)調(diào)節(jié)。

所述菌株的培養(yǎng)方法為：將喜溫嗜酸硫桿菌菌株進(jìn)行恢復(fù)培養(yǎng)，用無(wú)菌吸管吸取0.3~0.5mL的9K培養(yǎng)基，滴入安瓿內(nèi)，輕輕震蕩，使凍干菌體溶解呈懸浮狀，吸取全部菌懸液，移至5mL的9K培養(yǎng)基中，置攪拌速度170 r/min，溫度40~45℃培養(yǎng)48~72h，由于菌種經(jīng)過(guò)冷凍干燥保存后，延遲期較長(zhǎng)，將一代恢復(fù)培養(yǎng)的喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)液按3%~5%的接種量接種到5mL液體培養(yǎng)基中，同樣的培養(yǎng)條件進(jìn)行連續(xù)兩次的繼代培養(yǎng)，將恢復(fù)培養(yǎng)的喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)液按3%~5%的接種量接種到80mL液體培養(yǎng)基中，同樣的培養(yǎng)條件將喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期中期（4~5d）。將沼氣通入到喜溫嗜酸硫桿菌的發(fā)酵液中進(jìn)行脫硫，脫硫過(guò)程控制攪拌速度為170 r/min，溫度40~45℃。

本發(fā)明具有的積極效果是：由于本發(fā)明是采用喜溫嗜酸硫桿菌去除沼氣中的硫化氫，從而顯著減少了原位沼氣中硫化氫的量，脫除對(duì)環(huán)境以及設(shè)備有危害的硫化氫，脫除效率高，減少了后續(xù)脫硫的費(fèi)用和工作量。喜溫嗜酸硫桿菌氧化能力很強(qiáng)，細(xì)胞增長(zhǎng)1g便可生成20g以上的單質(zhì)硫，李亞新等通過(guò)好氧無(wú)色硫細(xì)菌生物膜反應(yīng)器，開(kāi)展了硫化物轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫的實(shí)驗(yàn)，硫化氫的去除率達(dá)87%，本發(fā)明脫硫效率達(dá)98.24%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的脫硫效率。

附圖說(shuō)明

圖1為反應(yīng)裝置示意圖；

圖2為喜溫嗜酸硫桿菌脫硫的硫化氫濃度變化曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

所述喜溫嗜酸硫桿菌為中國(guó)微生物菌種保藏中心保藏的菌種編號(hào)為1.7296的菌株。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種加入喜溫嗜酸硫桿菌菌株進(jìn)行去除沼氣中硫化氫的實(shí)驗(yàn)。

步驟一，將喜溫嗜酸硫桿菌菌株進(jìn)行恢復(fù)培養(yǎng)，用無(wú)菌吸管吸取0.3~0.5mL的9K培養(yǎng)基，滴入安瓿內(nèi)，輕輕震蕩，使凍干菌體溶解呈懸浮狀，吸取全部菌懸液，移至5mL的9K培養(yǎng)基中，置攪拌速度170 r/min，溫度40~45℃培養(yǎng)48~72h，由于菌種經(jīng)過(guò)冷凍干燥保存后，延遲期較長(zhǎng)，將一代恢復(fù)培養(yǎng)的喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)液按3%~5%的接種量接種到5mL液體培養(yǎng)基中，同樣的培養(yǎng)條件進(jìn)行連續(xù)兩次的繼代培養(yǎng)，將恢復(fù)培養(yǎng)的喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)液按3%~5%的接種量接種到80mL液體培養(yǎng)基中，同樣的培養(yǎng)條件將喜溫嗜酸硫桿菌培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期中期（4~5d）。喜溫嗜酸硫桿菌的培養(yǎng)基配方為：A：硫酸銨3.0 g，氯化鉀0.1 g，磷酸氫二鉀0.5 g，七水硫酸鎂0.5 g，硝酸鈣0.01 g，蒸餾水1L，用稀硫酸將pH調(diào)至2.5，高壓滅菌20min。B：硫酸亞鐵3~4%，蒸餾水10mL，過(guò)膜除菌。接種前將B加入到A培養(yǎng)基中。

步驟二，沼氣生產(chǎn)：使用酒精廢水化學(xué)需氧量（COD）是29,000 mg/L，pH 是3.78，總氮是74.84 mg/L，總揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）是21.45 mM，活性污泥可揮發(fā)性懸浮固體VSS（36.49 g /L）的發(fā)酵液作為沼氣生產(chǎn)的原料；

步驟三，取2組裝置，編號(hào)A0和A1，兩個(gè)裝置A裝置加入80mL步驟二所得的發(fā)酵液，編號(hào)A1的脫硫裝置的反應(yīng)器B中加入80mL的9K培養(yǎng)基，接種3%~5%步驟一所得的喜溫嗜酸硫桿菌菌液；

步驟四，將A0和A1號(hào)裝置放入轉(zhuǎn)速為170 r/min搖床中，溫度40 ℃，進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)6天，并記錄硫化氫濃度的變化。

從圖2可以得出對(duì)照樣不加入喜溫嗜酸硫桿菌硫化氫濃度為1423.05 ppm，添加喜溫嗜酸硫桿菌的脫硫裝置第一天產(chǎn)生的沼氣中硫化氫的濃度為22.41 ppm，第六天產(chǎn)生的沼氣中硫化氫的濃度為5.93 ppm，脫硫效果明顯。可見(jiàn)，喜溫嗜酸硫桿菌使硫化氫的含量有明顯下降，硫化氫的脫除效果比較好。