无机化工工艺及燃煤脱硫中微生物的应用分析

黄怀纲

(大同煤矿集团有限责任公司化工厂，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挥发性强、扩散性强的含毒物质，不但对环境产生威胁，同时也威胁人类与生物的安全，微生物技术的应用，就可以实现绿色脱硫，也可以推动绿色无机化工技术的可持续发展，这样不但可以提升经济效益，也能满足环境效益的要求。目前，经济发展不会一味追求速度，也需要考虑质量，而环境保护就需要将经济发展作为其指标，这样通过微生物技术的利用，就可以蛮子资源的开发与利用要求，同时也能迎合社会的发展需求。

1 微生物的生存繁衍

微生物能够适应外界环境带来的变化，从而开展无性繁衍，并且其速度较快，一般在25 min左右就可以完成一代的繁衍，不同类型的微生物，对于生存环境的需求也不同。如，好氧微生物一般需要游离氧的存在才能够满足其发展的需求，兼顾好氧微生物的生存条件就非常的轻松，这样就可以满足有氧和无氧的需求。另外，厌氧微生物需要在无氧的环境之下才能够得到生存与发展，当然，对于温度的要求也非常的严格，但是也有个别的存在可以在-12 ℃的条件下生存。大部分岩石以及水体之中包含的细菌，只能够承受35 ℃的高温[1]。

2 无机化工的特点

第一，无机化工本身是在化学工业之中发展相对较早的一个部分，其可以为单元操作的形成及发展奠定良好的基础条件。如：生产合成氨需要在高温高压以及具有催化剂的条件下才可以进行，其不但可以满足这一部分领域技术的发展，同时也可以推动催化剂、气体净化以及原料气制造的技术发展。第二，其主要的产品一般都是在基本的化工原料之上使用。除了无机盐品种繁多之外，其无机产品的品种并不多。如硫酸工业之中的试剂用硫酸、蓄电池硫酸、工业硫酸等；合成氨工业只有尿素、合成氨、硝酸铵等产品。但是硫酸和硝酸氨等与国民经济各个部门之间的联系广泛，所以，其产量在某一种程度上也代表了国家的发达程度。第三，相比其余的化工产品，无机化工产品具有产量大的特点[2]。

3 微生物脱硫机理

在煤中，无机硫大部分都是以黄铁矿的形态存在，当微生物脱硫剂同黄铁矿相互接触之后，首先就会产生吸附，然后才会出现氧化，其本身属于一个自发的过程。当出现吸附与氧化过程之后，细菌就成为能动的生命体，细菌会不断的获取能量，从而不断的进行繁殖与生长。在单鞋的过程之中，嗜酸氧化亚铁硫杆菌(acidithiobacillus ferrooxidansAf)原名氧化亚铁硫杆菌(thiobacillus ferrooxidans Tf)，其本身就是一种革兰氏阴性无机化能自养菌，其本身的能量来源在于亚铁与硫，将空气之中的CO2作为其碳源，然后直接的吸收磷与氮等各种无机营养物质，这样就可以合成菌体细胞。微生物脱硫剂以及硫化矿物的作用，将矿物表面的性质直接的改善，使得原本硫化物的疏水表面逐步转化成为了亲水表面，直接将原本的可浮性进行调整。

3.1 无机硫的脱除机理

3.2 有机硫的脱除机理

在煤炭中，有机硫是以大分子结构存在的。所以单纯使用物理方法来进行脱硫，也可以取得良好的效果。就目前的研究来看，脱硫包含了化学法和微生物法两种。部分学者发现，基于DBT模型的有机硫脱除的原理在于4—S与Kodama机理。前者标的的是微生物需要依靠4步反映，直接将DBT之中的C—S键氧化断裂，这样就可以满足有机硫脱除的效果。这样的方式不会改变与破坏芳环结构，热值也不会减少太多。后者主要是微生物依靠分解以及将结构值周的C—C键去除，这样就会将机硫转变成为其他的结构。在这样的方式下，微生物直接将DBT芳环结构分离，其中的有机硫原子不会出现分解与破坏。但是其特点也非常明显，主要是因为煤炭分子的C—C键出现了断裂，导致其分子结构变化，而微生物一连串的氧化活动，也会降低煤炭中的含碳量，但是这一种煤炭的热值偏低。因此，切除C—S需要使用特定功能的微生物，才能满足脱硫的需求，也可以避免热煤值的损失。

4 煤炭微生物脱硫的基本方法

4.1 微生物浸出脱硫

微生物浸出法是利用微生物直接进行黄铁矿的氧化，从而形成铁离子与硫酸。之后水与硫酸的融合，就可以直接去除燃煤之中的硫。微生物可以实现脱硫，主要是因为微生物本身的氧化功能良好。微生物氧化的关键点是黄铁矿。其氧化公式为式(1)。

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

(1)

但是不需要复杂的装置，按照水浸透的基本原理，将微生物水溶液加入其中，就可以取得良好的氧化效果。等待完成脱硫之后，残留的物质会直接残留在煤矿堆的底部，满足回收的需求。目前，管道式、空气搅拌式以及水平转筒式反应器的出现，推动微生物脱硫技术的进一步发展。因为我国开发微生物浸出技术较早，所以在技术方面能够更加有效的进行脱硫。就理论来看，在煤矿脱硫之前，合理的选择微生物，就可以满足高效脱硫的需求。但是这一种方法的问题在于需要较长的脱硫时间，这主要是因为硫杆菌属于自养微生物，其生长的速度很慢。

4.2 表面处理浮选法

新型微生物浮选脱硫技术的出现来源于选煤。在选煤之后，首先需要直接将煤矿细分成为小颗粒，之后将颗粒与水相互的混合，形成混合液，然后将微细气泡加入其中，这样的气泡就会在煤与黄铁矿的表面均匀的分布，进而让其都浮在水面上。基于这一原理，就可以直接在悬浮液中放置微生物，让其在附着于黄铁矿，让黄铁矿与水相互的融合，最终下沉到底部。但是煤矿依旧会上浮，这样就可以满足煤颗粒与黄铁矿之间的彼此分离。

处理效率高是表面处理浮选法的一大优势。因为氧化亚铁硫杆菌的专业性良好。所以，直接作用在黄铁矿上，在很短的时间内就可以发挥效果，进而避免黄铁矿出现悬浮，脱硫的全过程也可以在几分钟内全部完成，具备良好的脱硫效果。但是无法确保煤炭可以100%的全部回收。

5 微生物技术的发展趋势

随着微生物技术应用规模逐渐的扩大，最佳工作条件变得严格而科学，各项操作都可以满足自动化需求，而浸出时间逐渐缩短，使得技术应用范围在快速的扩大，这样就可以更好的将这一技术应用到其余的矿石中，并且矿石的应用也会越来越复杂[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动是关键。通过各种实践证明，不同的矿石，需要针对浸控参数做好实际的控制。

第二，合理利用地质条件、气候条件以及地理条件，这样才可以实现微生物原矿因地制宜的浸出，同时也可以节约大量的采矿工序，在保护生态环境的同时，提升经济效益。

第三，进一步加大投入，深入研究微生物的催化氧化技术，这样就可以组织各个学科的专家开展座谈会，在各方优势得以发挥的同时攻克难题，再配合上社会的实践，能够在生产环节中将研究的方法做好更进一步的改进与完善处理。

6 结语

微生物催化氧化技术的应用提供了矿产资源开发与利用方面的便利条件，同时也能满足生态效益与经济效益的要求，值得加大研究，做好推广处理，并且也可以在实践之中广泛的应用。所以通过本文对微生物技术的简单介绍，可以了解清楚在实践环节出现的问题。阐述无机化工工艺及燃煤脱硫中微生物的应用，为今后微生物催化氧化提供参考。

参考文献：

[1] 苗 强.燃煤脱硫技术研究现状及发展趋势[J].洁净煤技术，2015(2)：59-63.

[2] 戴秀云.化工工艺流程题分类解析[J].数理化解题研究(高中版)，2014(7)：80-81.

[3] 鞠春红，张伟君，李福裿.国内外燃煤脱硫技术的研究进展[J].黑龙江科学，2011(6)：40-44.

[4] 徐 哲.脱硫微生物的分离及其煤炭脱硫效果研究[D].北京：北京化工大学，2016：86.