CN101564643B

CN101564643B - 一种利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法

Info

Publication number: CN101564643B
Application number: CN2009100744608A
Authority: CN
Inventors: 任晓莉; 朱开金; 要玲; 赵润柱
Original assignee: Taiyuan Institute of Technology
Current assignee: Taiyuan Institute of Technology
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: CN101564643A

Abstract

本发明涉及一种处理净化含氮氧化物(NO_X)废气的方法，具体为一种利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法。解决现有技术中存在的生物法处理含氮氧化物废气的过程中存在的设备运行成本高、氮氧化物转化效率低、等问题。方法是将含氮氧化物废气经空气压缩机鼓入空气以调节废气中氮氧化物的浓度和氧化度，然后废气再经过洗涤后从固态发酵生物反应柱的底部进入，净化后的气体穿过反应柱从反应柱顶部排出，洗涤液送入反应柱的顶部使洗涤液喷淋入反应柱内。本发明利用微生物发酵净化含氮氧化物废气，氮氧化物最终转变为微生物的细胞质，发酵产物用来生产菌体蛋白饲料，从而把有害的氮氧化物气体转变为具有一定经济价值的有益产品。

Description

一种利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法

技术领域

本发明涉及一种处理净化含氮氧化物(NO_X)废气的方法，具体为一种利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法。

背景技术

近年来，随着工业规模的持续迅速发展扩大，氮氧化物排放量也迅速增加，氮氧化物成为继二氧化碳、硫氧化物后的另一种大气污染源。氮氧化物在大气中扩散不但能造成酸雨、酸雾，还能破坏臭氧层，给自然环境和人类生产、生活带来严重危害。由此引发的环境污染问题，对人体健康和生态环境构成巨大威胁。

进入21世纪以来，随着人们对环境保护的要求越来越重视，各国政府和地方纷纷制定和修改相应的政策和法规，对各种废气的排放总量和排放浓度都作出了越来越严格的限制，所以含氮氧化物废气的达标排放不仅成为环境治理的重要组成部分，也是很多企业投产的必备条件，开展对含氮氧化物废气的治理已经迫在眉睫。

目前，含氮氧化物的废气主要来源于燃料燃烧过程(如火电厂的烟气和汽车尾气)、硝酸的生产和使用过程(如硝酸厂、草酸厂、硝胺厂、炸药厂、制药厂和催化剂厂等排放的工艺尾气)、以及火箭发射过程等。在我国一些企业由于生产装置落后，排放的尾气中含有的NO_X会形成大量的棕黄色烟雾，俗称“黄龙”，不仅浪费了资源，污染了厂区环境，而且由于排放不达标，使企业陷入限产或者停产的困境。

在目前工业生产中，控制含氮氧化物废气的污染方法主要包括：改进燃烧方式和硝酸生产工艺、催化还原法、等离子体活化法，生化法，吸附法，液体吸收法等。对于火电厂排放的含氮氧化物烟气，主要采用低氮燃烧装置和分段燃烧技术以尽量减少氮氧化物的形成。

由于高效脱硫装置的使用，使二氧化硫的排放得到有效控制。而如何更好的控制含氮氧化物废气的排放成为科研人员攻关的难题；化学和制药工业中应用较多的有催化还原法、吸附法和液体吸收法。催化还原法对氮氧化物的脱除率较高，但是由于需要消耗价格昂贵的氨，操作费用很高，气源还需预处理以防止催化剂中毒，而且排放气中容易氨泄漏而造成二次污染；吸附法治理氮氧化物废气具有工艺简单，吸附效率高的特点，但吸附容量不够大，运行费用成本较高，而且再生困难；液体吸收法由于工艺流程和设备比较简单，技术路线成熟，在工业中广泛应用，但是这种方法普遍存在脱除效率不高，且容易产生二次废液污染等弊端。

生物法处理含氮氧化物废气是利用微生物的生命活动将废气中的氮氧化物转化为简单而无害的氮气和微生物的细胞质。该法的基本原理是：适宜的脱氮菌在外加碳源的情况下，利用氮氧化物作氮源，将氮氧化物还原为最基本的无害的氮气，而脱氮菌本身获得生长繁殖，其中NO₂先溶于水形成NO₃ ^-和NO₂ ^-，再被生物还原为氮气，而NO则是被吸附在微生物表面后直接被还原为N₂。如专利号为2006100110149公开的一种生物-液相催化氧化法净化烟气中氮氧化物的方法，主要特点是通过使用脱氮菌种挂膜制作生物膜填料塔，然后使含氮氧化物气体通过而得到净化。专利申请号为200810053158X公开的通过微生物营养液脱除氮氧化物的方法。及专利申请号为2006100110134采用的液相催化氧化-微生物组合法脱除氮氧化物的方法等。

由于生物法处理含氮氧化物废气的过程是一个自然的过程，不产生任何二次污染，符合绿色化工的理念，而且具有流程短，投资少，运行费用低等优点，因此引起科研人员的关注，但是目前生物法处理含氮氧化物废气的研究集中在硝化过程和反硝化过程，所采用的工艺类型主要是悬浮生长系统和附着生长系统，往往存在生物反应器容易堵塞、液相传质速率不高和生物降解过程缓慢等问题，因此探索更为合适的生物法处理含氮氧化物废气方法成为当前的研究热点。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的生物法处理含氮氧化物废气的过程中存在的设备运行成本高、氮氧化物转化效率低、等问题而提供了一种利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法。

本发明是由以下技术方案实现的，一种利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法，含氮氧化物废气经空气压缩机鼓入空气以调节废气中氮氧化物的浓度和氧化度，然后废气再经过洗涤器洗涤，在洗涤器内氮氧化物气体被洗涤液洗涤，然后从固态发酵生物反应柱的底部进入，净化后的气体穿过反应柱从反应柱顶部排出，洗涤后得到的洗涤液送入反应柱的顶部使洗涤液喷淋入反应柱内。

所述的固态发酵生物反应柱中所采用的固态培养基干基以含淀粉性植物材料为主料，例如薯渣、果渣或玉米粉渣等，糠麸作疏松剂，适量添加磷酸二氢钾，其配方组分含量(w/w)如下：主料75％～85％；糠麸15％～25％；磷酸二氢钾0.5％～1.2％；主料、糠麸和磷酸二氢钾的含量之和为100％。在使用时，需加水调节初始含水量为50％～60％。

固态发酵生物反应柱中所采用的接种菌种为以下菌种的一种或两种：(1)乳酸菌；(2)芽孢杆菌；(3)酵母菌，包括酿酒酵母、热带假丝酵母、产朊假丝酵母；(4)霉菌，包括黑曲霉、米曲霉和和白地霉。菌种接种前需经过低浓度含氮氧化物废气的适应性驯化，驯化微生物技术是本领域常规技术。

氮氧化物废气经过洗涤器的目的一方面是为了使废气中的NO₂由气相转入液相，成为溶于水的

和降低废气中氮氧化物的浓度，减轻固态发酵生物反应柱的负荷，另一方面可以增加废气湿度，减少固态培养基中水分的流失，强化氮氧化物的气液传质效果。而且克服了净化后的废气在排放过程中带走水分风干物料从而造成发酵不彻底的弊端，洗涤氮氧化物气体得到的洗涤液从固态生物反应柱顶部间歇进行滴滤以补充水分保证发酵的正常进行。

本发明的特点在于通过固态发酵生物反应柱中的固态培养基或微生物的吸附或吸收作用，使得含氮氧化物废气中的氮氧化物从气相中得以分离，最终作为氮源被微生物生长繁殖所利用，同时使含氮氧化物废气得以净化。

本发明操作过程中需要控制含氮氧化物废气的氮氧化物进口浓度不高于1500mg/m³，氧化度大于50％，在固态生物反应系统中的停留时间不低于20秒。

本发明固态发酵生物反应柱中发酵温度为15℃～40℃，优选的发酵温度为30℃～35℃，发酵时间为2天～8天，优选的发酵时间为3天～4天，一次发酵完成后，取出发酵产物，在固态发酵生物反应柱中补充新鲜固态培养基，发酵产物继续发酵5～10小时后经干燥处理制备菌体蛋白饲料。

与现有技术相比本发明具有如下优点和有益效果：本发明利用微生物发酵净化含氮氧化物废气，氮氧化物最终是作为氮源被微生物吸收利用而转变为微生物的细胞质，发酵产物用来生产菌体蛋白饲料，从而把有害的氮氧化物气体转变为具有一定经济价值的有益产品。采用这种疏松状的固态培养基对氮氧化物具有一定的吸附或吸收作用，从而有效的改善了相间传质效率不高的状况，提高了含氮氧化物废气的净化率。具有工艺简单，成本低廉，无二次污染的特点。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图

1-空气压缩机；2-洗涤器；3-固态发酵生物反应柱

具体实施方式

实施例1，一种利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法，含氮氧化物废气经空气压缩机鼓入空气将废气调节成一定浓度的含氮氧化物废气，进口浓度在500～1500mg/m³之间，固态发酵培养基以薯渣为原料，按质量百分比加入20％的糠麸和1％的磷酸二氢钾，然后加水调整到含水分约60％左右进行接种。接种菌种采用经低浓度含氮氧化物废气驯化后的酿酒酵母，经斜面培养和摇瓶液体培养后接种固态培养基，斜面培养基和摇瓶液体培养基均采用查氏培养基，接种量为5％，将接种后的固态培养基均匀装填于固态发酵生物反应柱中，反应柱直径20mm，柱高150mm，培养基装填高度110mm。然后废气再经过洗涤器洗涤，在洗涤器内氮氧化物气体被洗涤液洗涤，然后从反应柱底部引入固态发酵生物反应柱中，含氮氧化物废气流量80mL/min，停留时间23.5秒，含氮氧化物废气每天通气4～6个小时，通气过程中由塔顶滴淋洗涤后得到的洗涤液以润湿培养基，连续4天，发酵结束后发酵产物的粗蛋白含量由最初的2.55％增加至17.2％，氮氧化物的净化效果见表1。

表1氮氧化物的净化效果

实施例2：一种利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法，含氮氧化物废气经空气压缩机鼓入空气将废气调节成一定浓度的含氮氧化物废气，进口浓度在500～1500mg/m³之间，以苹果渣为原料，按质量百分比加入75％的糠麸和1.2％的磷酸二氢钾，然后加水调整到含水分约60％左右进行接种。接种菌种采用经低浓度含氮氧化物废气驯化后黑曲霉和酿酒酵母，将黑曲霉孢子菌悬液和酿酒酵母菌悬液以1∶1比例混合接种固态培养基，接种量为2％，将接种后的固态培养基均匀装填于固态发酵生物反应柱中，反应柱柱高150mm，柱径20mm，培养基装填高度110mm。然后废气再经过洗涤器洗涤，在洗涤器内氮氧化物气体被洗涤液洗涤，然后从反应柱底部引入固态发酵生物反应柱中，含氮氧化物废气流量80mL/min，停留时间23.5秒，含氮氧化物废气每天通气4～ 6个小时，通气过程中由塔顶滴淋洗涤后得到的洗涤液以润湿培养基，连续4天，发酵结束后发酵产物的粗蛋白含量由最初的5.8％增加至22.6％，氮氧化物的净化效果见表2。

表2氮氧化物的净化效果

实施例3，一种利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法，含氮氧化物废气经空气压缩机鼓入空气将废气调节成一定浓度的含氮氧化物废气，进口浓度在500～1500mg/m³之间，固态发酵培养基以玉米淀粉为原料，按质量百分比加入85％的糠麸和0.5％的磷酸二氢钾，然后加水调整到含水分约60％左右进行接种。接种菌种采用经低浓度含氮氧化物废气驯化后的乳酸菌或芽孢杆菌，经斜面培养和摇瓶液体培养后接种固态培养基，斜面培养基和摇瓶液体培养基均采用查氏培养基，接种量为5％，将接种后的固态培养基均匀装填于固态发酵生物反应柱中，反应柱直径20mm，柱高150mm，培养基装填高度110mm。然后废气再经过洗涤器洗涤，在洗涤器内氮氧化物气体被洗涤液洗涤，然后从反应柱底部引入固态发酵生物反应柱中，含氮氧化物废气流量80mL/min，停留时间23.5秒，含氮氧化物废气每天通气4～6个小时，通气过程中由塔顶滴淋洗涤后得到的洗涤液以润湿培养基，连续4天，发酵结束后发酵产物的粗蛋白含量由最初的3.85％增加至19.5％。

Claims

1.一种利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法，其特征在于：将含氮氧化物废气经空气压缩机鼓入空气以调节废气中氮氧化物的浓度和氧化度，然后废气再经过洗涤器洗涤，在洗涤器内氮氧化物气体被洗涤液洗涤，然后从固态发酵生物反应柱的底部进入，净化后的气体穿过反应柱从反应柱顶部排出，洗涤后得到的洗涤液送入反应柱的顶部使洗涤液喷淋入反应柱内。

2.根据权利要求1所述的利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法，其特征在于：所述的固态发酵生物反应柱中所采用的固态培养基干基以含淀粉性植物材料为主料，糠麸作疏松剂，并添加磷酸二氢钾，其配方组分含量(w/w)如下：主料75％～85％；糠麸15％～25％；磷酸二氢钾0.5％～1.2％；主料、糠麸和磷酸二氢钾的含量之和为100％。

3.根据权利要求1所述的利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法，其特征在于：固态发酵生物反应柱中所采用的接种菌种为以下菌种的一种或两种：(1)乳酸菌；(2)芽孢杆菌；(3)酵母菌，包括酿酒酵母、热带假丝酵母、产朊假丝酵母；(4)霉菌，包括黑曲霉、米曲霉和白地霉，菌种接种前需经过低浓度含氮氧化物废气的适应性驯化。

4.根据权利要求1所述的利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法，其特征在于：控制含氮氧化物废气的氮氧化物进口浓度不高于1500mg/m³，氧化度大于50％，在固态生物反应系统中的停留时间不低于20秒。

5.根据权利要求1所述的利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法，其特征在于：固态发酵生物反应柱中发酵温度为15℃～40℃，发酵时间为2天～8天。

6.根据权利要求5所述的利用微生物发酵处理含氮氧化物废气的方法，其特征在于：固态发酵生物反应柱中发酵温度为30℃～35℃，发酵时间为3天～4天。