[发明专利]用于强化生物脱除H2

说明书

本发明属于环境保护领域，涉及一种用于强化生物脱除H₂S的铁氧化物‑生物炭复合材料及其制备方法。本发明采用废弃生物质、含铁物质、粘结剂和蒸馏水为原料，将原料混匀、成型、炭化、活化后，制备得到铁氧化物‑生物炭复合材料。本发明所得铁氧化物‑生物炭复合材料用作生物脱硫系统的填料具有原料价廉、吸附性能好、易挂膜、活性点位丰富、寿命长等优点，该填料可同时实现生物炭对H₂S的吸附/解吸、铁氧化物对H₂S的固相/液相催化氧化、铁元素的再生以及微生物对H₂S的降解和生物再生，实现系统自循环，提高了系统的稳定性，使系统启动时间短、能承受高负荷的H₂S、能在长时间饥饿期后快速恢复，强化了微生物对H₂S的去除效果。

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种用于强化生物脱除H₂S的铁氧化物-生物炭复合材料及其制备方法。

背景技术

沼气、天然气等能源气作为重要的清洁能源，是节能减排的重要组成部分和关键环节，在应对气候变化和发展低碳经济、促进新农村建设方面发挥了巨大的作用。然而，在沼气的生产和天然气的开采过程中，往往伴随着H₂S气体的产生。H₂S是一种有害的剧毒气体，当空气中浓度超过28mg/m³时，人就无法正常工作；超过1000mg/m³时，就可引起急性中毒，造成人员死亡。此外，H₂S对管道、燃烧器和仪器仪表等还有强烈的腐蚀作用，燃烧后H₂S生成的 SO₂会造成环境污染，导致严重的酸雨、雾霾等污染问题。通常，沼气中的H₂S浓度为100～ 15000mg/m³，而我国天然气中H₂S含量超过10000mg/m³的天然气占总储量的25％，远远高于我国环保标准的规定20mg/m³。为实现能源气的环保、高值、高效利用和建设环保型污水处理厂，脱硫技术的研究与开发尤为迫切。

传统脱硫剂主要包括活性炭和氧化铁。活性炭可通过发达的孔隙结构和表面活性基团的物理/化学吸附作用达到脱硫的目的，机械性能好，可在常温下进行脱硫。但当活性炭脱硫剂吸附到达一定程度时，脱硫效率会下降，必须进行更换或再生。氧化铁脱硫因其工艺简单，反应速率快，价格便宜及净化度突出的优点，至今仍被广泛地应用于煤气、天然气、合成原料气以及沼气的脱硫工艺中。但氧化铁脱硫目前存在着寿命短、成本高等问题，失活的脱硫剂需要定期更换或者采用再生手段如电化学法或氧化剂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺。在对四川等8个省的265户农村沼气池调研中发现，由于脱硫剂的再生或更换操作繁琐，广大沼气用户没有对脱硫剂进行更换，严重影响了脱硫效果和设备的使用寿命。

除了以上两种常用的脱硫剂，目前国内应用最多的液相催化法(又称碱液吸收法)能够避免化学吸收再生困难的缺陷，但是其缺点在于副产物使化学品消耗增大、有害废液处理困难并且最后排放的气体容易夹带含硫含碱液滴，而这些夹带液滴尾气的排放会成为PM_2.5形成的隐患，加重雾霾天气污染。

生物脱硫是近年来发展较快的一种清洁脱硫技术。利用微生物的代谢作用可实现H₂S气体转化为单质硫或硫酸盐，最终达到去除H₂S的目的，具有去除率高、低能耗、环保清洁等优点。近年来，生物脱硫工艺已被成功地用于能源气中并获得了较好的脱硫效果，H₂S去除率可达到 95％以上，如利用化能硫杆菌氧化H₂S过程中释放的能量可被细胞用来固定CO₂进行生长，可同时去除能源气中的CO₂，提高了其热值。然而，研究发现，当H₂S浓度负荷波动时，生物脱硫性能严重恶化。运行不稳定是生物脱硫最大的缺陷，因此选择合适的填料为微生物进行支撑缓冲十分必要。