無機(jī)化工工藝及燃煤脫硫中微生物的應(yīng)用分析

黃懷綱

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司化工廠，山西 大同 037003)

引 言

燃煤污染，是酸雨形成的主要原因，尤其是污染物之中存在揮發(fā)性強(qiáng)、擴(kuò)散性強(qiáng)的含毒物質(zhì)，不但對環(huán)境產(chǎn)生威脅，同時(shí)也威脅人類與生物的安全，微生物技術(shù)的應(yīng)用，就可以實(shí)現(xiàn)綠色脫硫，也可以推動綠色無機(jī)化工技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，這樣不但可以提升經(jīng)濟(jì)效益，也能滿足環(huán)境效益的要求。目前，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不會一味追求速度，也需要考慮質(zhì)量，而環(huán)境保護(hù)就需要將經(jīng)濟(jì)發(fā)展作為其指標(biāo)，這樣通過微生物技術(shù)的利用，就可以蠻子資源的開發(fā)與利用要求，同時(shí)也能迎合社會的發(fā)展需求。

1 微生物的生存繁衍

微生物能夠適應(yīng)外界環(huán)境帶來的變化，從而開展無性繁衍，并且其速度較快，一般在25 min左右就可以完成一代的繁衍，不同類型的微生物，對于生存環(huán)境的需求也不同。如，好氧微生物一般需要游離氧的存在才能夠滿足其發(fā)展的需求，兼顧好氧微生物的生存條件就非常的輕松，這樣就可以滿足有氧和無氧的需求。另外，厭氧微生物需要在無氧的環(huán)境之下才能夠得到生存與發(fā)展，當(dāng)然，對于溫度的要求也非常的嚴(yán)格，但是也有個(gè)別的存在可以在-12 ℃的條件下生存。大部分巖石以及水體之中包含的細(xì)菌，只能夠承受35 ℃的高溫[1]。

2 無機(jī)化工的特點(diǎn)

第一，無機(jī)化工本身是在化學(xué)工業(yè)之中發(fā)展相對較早的一個(gè)部分，其可以為單元操作的形成及發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)條件。如：生產(chǎn)合成氨需要在高溫高壓以及具有催化劑的條件下才可以進(jìn)行，其不但可以滿足這一部分領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也可以推動催化劑、氣體凈化以及原料氣制造的技術(shù)發(fā)展。第二，其主要的產(chǎn)品一般都是在基本的化工原料之上使用。除了無機(jī)鹽品種繁多之外，其無機(jī)產(chǎn)品的品種并不多。如硫酸工業(yè)之中的試劑用硫酸、蓄電池硫酸、工業(yè)硫酸等；合成氨工業(yè)只有尿素、合成氨、硝酸銨等產(chǎn)品。但是硫酸和硝酸氨等與國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門之間的聯(lián)系廣泛，所以，其產(chǎn)量在某一種程度上也代表了國家的發(fā)達(dá)程度。第三，相比其余的化工產(chǎn)品，無機(jī)化工產(chǎn)品具有產(chǎn)量大的特點(diǎn)[2]。

3 微生物脫硫機(jī)理

在煤中，無機(jī)硫大部分都是以黃鐵礦的形態(tài)存在，當(dāng)微生物脫硫劑同黃鐵礦相互接觸之后，首先就會產(chǎn)生吸附，然后才會出現(xiàn)氧化，其本身屬于一個(gè)自發(fā)的過程。當(dāng)出現(xiàn)吸附與氧化過程之后，細(xì)菌就成為能動的生命體，細(xì)菌會不斷的獲取能量，從而不斷的進(jìn)行繁殖與生長。在單鞋的過程之中，嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(acidithiobacillus ferrooxidansAf)原名氧化亞鐵硫桿菌(thiobacillus ferrooxidans Tf)，其本身就是一種革蘭氏陰性無機(jī)化能自養(yǎng)菌，其本身的能量來源在于亞鐵與硫，將空氣之中的CO2作為其碳源，然后直接的吸收磷與氮等各種無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)，這樣就可以合成菌體細(xì)胞。微生物脫硫劑以及硫化礦物的作用，將礦物表面的性質(zhì)直接的改善，使得原本硫化物的疏水表面逐步轉(zhuǎn)化成為了親水表面，直接將原本的可浮性進(jìn)行調(diào)整。

3.1 無機(jī)硫的脫除機(jī)理

3.2 有機(jī)硫的脫除機(jī)理

在煤炭中，有機(jī)硫是以大分子結(jié)構(gòu)存在的。所以單純使用物理方法來進(jìn)行脫硫，也可以取得良好的效果。就目前的研究來看，脫硫包含了化學(xué)法和微生物法兩種。部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)，基于DBT模型的有機(jī)硫脫除的原理在于4—S與Kodama機(jī)理。前者標(biāo)的的是微生物需要依靠4步反映，直接將DBT之中的C—S鍵氧化斷裂，這樣就可以滿足有機(jī)硫脫除的效果。這樣的方式不會改變與破壞芳環(huán)結(jié)構(gòu)，熱值也不會減少太多。后者主要是微生物依靠分解以及將結(jié)構(gòu)值周的C—C鍵去除，這樣就會將機(jī)硫轉(zhuǎn)變成為其他的結(jié)構(gòu)。在這樣的方式下，微生物直接將DBT芳環(huán)結(jié)構(gòu)分離，其中的有機(jī)硫原子不會出現(xiàn)分解與破壞。但是其特點(diǎn)也非常明顯，主要是因?yàn)槊禾糠肿拥腃—C鍵出現(xiàn)了斷裂，導(dǎo)致其分子結(jié)構(gòu)變化，而微生物一連串的氧化活動，也會降低煤炭中的含碳量，但是這一種煤炭的熱值偏低。因此，切除C—S需要使用特定功能的微生物，才能滿足脫硫的需求，也可以避免熱煤值的損失。

4 煤炭微生物脫硫的基本方法

4.1 微生物浸出脫硫

微生物浸出法是利用微生物直接進(jìn)行黃鐵礦的氧化，從而形成鐵離子與硫酸。之后水與硫酸的融合，就可以直接去除燃煤之中的硫。微生物可以實(shí)現(xiàn)脫硫，主要是因?yàn)槲⑸锉旧淼难趸δ芰己谩Ｎ⑸镅趸年P(guān)鍵點(diǎn)是黃鐵礦。其氧化公式為式(1)。

FeS2+1SO2+2H2O=2Fe2(SO4)3+2H2SO4

(1)

但是不需要復(fù)雜的裝置，按照水浸透的基本原理，將微生物水溶液加入其中，就可以取得良好的氧化效果。等待完成脫硫之后，殘留的物質(zhì)會直接殘留在煤礦堆的底部，滿足回收的需求。目前，管道式、空氣攪拌式以及水平轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器的出現(xiàn)，推動微生物脫硫技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因?yàn)槲覈_發(fā)微生物浸出技術(shù)較早，所以在技術(shù)方面能夠更加有效的進(jìn)行脫硫。就理論來看，在煤礦脫硫之前，合理的選擇微生物，就可以滿足高效脫硫的需求。但是這一種方法的問題在于需要較長的脫硫時(shí)間，這主要是因?yàn)榱驐U菌屬于自養(yǎng)微生物，其生長的速度很慢。

4.2 表面處理浮選法

新型微生物浮選脫硫技術(shù)的出現(xiàn)來源于選煤。在選煤之后，首先需要直接將煤礦細(xì)分成為小顆粒，之后將顆粒與水相互的混合，形成混合液，然后將微細(xì)氣泡加入其中，這樣的氣泡就會在煤與黃鐵礦的表面均勻的分布，進(jìn)而讓其都浮在水面上。基于這一原理，就可以直接在懸浮液中放置微生物，讓其在附著于黃鐵礦，讓黃鐵礦與水相互的融合，最終下沉到底部。但是煤礦依舊會上浮，這樣就可以滿足煤顆粒與黃鐵礦之間的彼此分離。

處理效率高是表面處理浮選法的一大優(yōu)勢。因?yàn)檠趸瘉嗚F硫桿菌的專業(yè)性良好。所以，直接作用在黃鐵礦上，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以發(fā)揮效果，進(jìn)而避免黃鐵礦出現(xiàn)懸浮，脫硫的全過程也可以在幾分鐘內(nèi)全部完成，具備良好的脫硫效果。但是無法確保煤炭可以100%的全部回收。

5 微生物技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著微生物技術(shù)應(yīng)用規(guī)模逐漸的擴(kuò)大，最佳工作條件變得嚴(yán)格而科學(xué)，各項(xiàng)操作都可以滿足自動化需求，而浸出時(shí)間逐漸縮短，使得技術(shù)應(yīng)用范圍在快速的擴(kuò)大，這樣就可以更好的將這一技術(shù)應(yīng)用到其余的礦石中，并且礦石的應(yīng)用也會越來越復(fù)雜[4]。

第一，合理建立最佳的浸出模式。合理的使用微生物繁衍活動是關(guān)鍵。通過各種實(shí)踐證明，不同的礦石，需要針對浸控參數(shù)做好實(shí)際的控制。

第二，合理利用地質(zhì)條件、氣候條件以及地理?xiàng)l件，這樣才可以實(shí)現(xiàn)微生物原礦因地制宜的浸出，同時(shí)也可以節(jié)約大量的采礦工序，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，提升經(jīng)濟(jì)效益。

第三，進(jìn)一步加大投入，深入研究微生物的催化氧化技術(shù)，這樣就可以組織各個(gè)學(xué)科的專家開展座談會，在各方優(yōu)勢得以發(fā)揮的同時(shí)攻克難題，再配合上社會的實(shí)踐，能夠在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中將研究的方法做好更進(jìn)一步的改進(jìn)與完善處理。

6 結(jié)語

微生物催化氧化技術(shù)的應(yīng)用提供了礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用方面的便利條件，同時(shí)也能滿足生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的要求，值得加大研究，做好推廣處理，并且也可以在實(shí)踐之中廣泛的應(yīng)用。所以通過本文對微生物技術(shù)的簡單介紹，可以了解清楚在實(shí)踐環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題。闡述無機(jī)化工工藝及燃煤脫硫中微生物的應(yīng)用，為今后微生物催化氧化提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 苗 強(qiáng).燃煤脫硫技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].潔凈煤技術(shù)，2015(2)：59-63.

[2] 戴秀云.化工工藝流程題分類解析[J].數(shù)理化解題研究(高中版)，2014(7)：80-81.

[3] 鞠春紅，張偉君，李福裿.國內(nèi)外燃煤脫硫技術(shù)的研究進(jìn)展[J].黑龍江科學(xué)，2011(6)：40-44.

[4] 徐 哲.脫硫微生物的分離及其煤炭脫硫效果研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2016：86.