CN102228789B - 一种人工复配功能菌提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种通过人工复配功能菌以提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的技术方法。本发明应用单个生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮系统,通过将人工复配功能菌菌株液与生物膜填料塔中原有优势菌的菌株液按比例添加到生物膜填料塔系统循环液储槽的循环液体中,使之进入生物膜填料塔中的生物膜去优化脱硫脱氮功能菌的种群结构及改善微生态系统,从而达到提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的目的。实验筛选出将事先获得的真菌、硝化菌、反硝化菌和脱硫菌的菌株液(菌的计数浓度范围2~4×107个/mL)按5、45、10、60mL/L的最佳添加比例人工复配到生物膜填料塔系统的循环液中操作时,对提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的效果最优。
Description
技术领域:
本发明是一种通过人工复配功能菌以提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的技术方法。属于生物法工业废气净化技术领域。
背景技术:
近年来,随着许多发达国家以及中国对烟气排放的SO2、NOx及烟尘等污染物控制的环保立法日趋严格,探求技术上先进、经济上合理的新型烟气同时脱硫脱氮技术一直是环保领域的新技术前沿研究热点之一。虽然近年来国内外已出现了一些烟气同时脱硫脱氮技术,但目前大多仍处于实验研发及应用验证阶段。目前已在试验应用的烟气同时脱硫脱氮技术一般存在工艺流程复杂、设备投资大或运行费用高、对烟气中低浓度SO2和NOx的联合去除率低、副产品处置利用困难等技术或经济问题,大多难以在大范围内实现广泛的推广应用。因此,有必要结合中国的具体国情,研究开发新型的烟气同时脱硫脱氮新技术及系统装置。
生物法废气净化技术作为一项废气处理新技术,以其经济、有效、污染物处理彻底、适合于处理低浓度工业废气等特点,越来越受到人们的广泛重视,因此近年来其已逐步发展成为世界上工业废气净化的一个前沿热点研究领域。该技术方法的研究与应用实践表明,其在解决几乎没有回收利用价值、净化处理难度大且费用高、同时对人体健康与生态环境的危害又不容忽视的低浓度工业废气的净化处理难题方面(在国内外都是环保方面的难题之一),具有特殊的功效。
本发明前期研究形成的“液相催化氧化-微生物组合法同时脱除烟气中二氧化硫和氮氧化物的方法”[发明专利ZL200610011013.4],在净化性能、投资成本、运行费用、可操作性、副产品等方面均优于现有常规技术。
由于用于烟气同时脱硫脱氮的生物膜填料塔内的微生物是以脱硫、脱氮自养菌为主构成的复合菌群,现阶段一般情况下生物膜填料塔系统中具有较强脱硫脱氮功能优势菌的菌种类型、种群结构较为简单,所构成的微生态系统抵御外界条件变化影响的能力也比较弱,采用常规促进微生物快速生长的方法去提高生物膜填料塔的烟气同时脱硫脱氮效率一般也难以奏效。如果生物膜填料塔的操作条件改变引起系统中微生物的生长环境条件变化,如烟气中SO2和NOx的浓度升高、气相CO2碳源供给条件变化、烟气量波动幅度增大等,就会对生物膜填料塔的烟气同时脱硫脱氮性能产生不利影响。
发明内容
本发明目的在于为提高生物膜填料塔的烟气同时脱硫脱氮效率,依据微生物学原理,对通过人工复配具有较强脱硫脱氮性能的功能菌、优化系统中微生物的种群结构来提高生物膜填料塔烟 气同时脱硫脱氮效率的技术方法进行了实验研究,并形成了通过人工复配功能菌提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的新型技术方法。
本发明人工复配功能菌提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的方法,其特征是在生物膜填料塔完成生物挂膜进入正常运行后,首先,对塔内生物膜中的微生物进行取样分析鉴定,确定其中的优势菌及微生物种群结构;
其次,依据需要,选择专门培养驯化并分离获得若干具有相应较强净化功能菌的菌株,并将这些新获得的功能菌菌株与从塔内生物膜中分离获得的若干原有优势菌菌株分别培养后,分别制作成细菌计数浓度相近的菌株液;
之后,将为增强生物膜填料塔净化性能而新增加的功能菌菌株液与原有优势菌的菌株液,按不同比例分别加入到生物膜填料塔系统循环液储槽的循环液体中并搅拌均匀后,通过循环泵使人工复配的功能菌随循环液体喷淋到塔内的生物膜填料上挂膜生长繁殖,与原有微生物共同构建新的塔内微生物种群结构以及微生态系统,从而达到提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的目的。
本发明按比例添加功能菌操作时,当一种功能菌有多个菌株时,则将该种菌的菌株液添加总量均分为各菌株液的添加量。
本发明将事先获得的真菌、硝化菌、反硝化菌和脱硫菌的菌株液,其中菌的计数浓度范围2~4×107个/mL,按5mL/L、45mL/L、10mL/L、60mL/L的添加比例,人工复配添加到生物膜填料塔系统的循环液中,生物膜填料塔对烟气中SO2和NOx的脱除效率可达到最高值。
对生物膜填料塔内生物膜中的功能菌进行人工复配,即是针对增强生物膜填料塔净化性能的需要,专门培养驯化并分离获得若干具有相应较强净化功能菌的菌株,并将这些新获得的用于人工复配的功能菌株与从塔内生物膜中分离获得的若干原有优势菌菌株分别培养后配制成细菌计数浓度相近的菌株培养液(以下简称:菌株液);之后将这些新增加的功能菌株液与原有优势菌的菌株液,按比例一起添加到生物膜填料塔系统中,使人工复配功能菌随循环液体喷淋到塔内的生物膜填料上挂膜生长繁殖,与原有微生物共同构建新的塔内微生物种群结构以及微生态系统,从而达到提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的目的。
本发明前期研究形成的催化氧化-生物法同时脱除烟气中SO2、NOx技术所涉及的复合菌群是以脱硫、脱氮自养菌为主构成的,一般情况下生物膜填料塔系统中具有较强脱硫脱氮功能优势菌的菌种类型、种群结构较为简单,所构成的微生态系统抵御外界条件变化影响的能力也比较弱,而且由于培养驯化菌种使用的目标污染物较为单一,一般采用常规促进微生物快速生长的方法也难以达到有效提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的目的。
为了解决这一问题,本发明依据微生物学原理,在生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮系统(单塔系统)上,通过按不同比例向系统中人工复配(即添加)若干种经事先培养及分离获得的具有较强脱硫脱氮功能菌株以及从塔内生物膜中分离获得的若干原有优势菌菌株,并实验考察它们对提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的效果(见实施例)。经对效果筛选实验结果进行对比分析,发现将事先获得的真菌、硝化菌、反硝化菌和脱硫菌的菌株液(菌的计数浓度范围2~4×107 个/mL)按5、45、10、60mL/L的添加比例人工复配到生物膜填料塔系统的循环液中(当一种功能菌有多个菌株时,则将该种菌的菌株液添加总量均分为各菌株液的添加量),对提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的效果最优,从而形成了通过人工复配功能菌提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的新型技术方法。
本发明由筛选实验得出的在循环液中添加人工复配功能菌株液与生物膜填料塔中原有优势菌的菌株液(菌的计数浓度范围2~4×107个/mL)的最佳添加比例为:真菌5mL/L、硝化菌45mL/L、反硝化菌10mL/L、脱硫菌60mL/L(当一种功能菌有多个菌株时,则将该种菌的菌株液添加总量均分为各菌株液的添加量)。按此最佳复配比例添加功能菌株液后,生物膜填料塔对烟气中SO2和NOx的脱除效率分别提高0.4%和15.4%,其中以对NOx脱除效率的提高最为显著。同时,由于人工复配功能菌的加入及其挂膜生长繁殖,有效增加了生物膜中具有较强脱硫脱氮功能优势菌的菌种类型及数量,使功能微生物种群结构以及微生态系统得到了优化和改善。
本发明的生物法烟气同时脱硫脱氮技术原理、技术方案、生物膜填料塔实验系统装置及其操作运行方法等,均与前期研究形成的“液相催化氧化-微生物组合法同时脱除烟气中二氧化硫和氮氧化物的方法”[发明专利ZL200610011013.4]的相同。但本发明不向生物膜填料塔系统中添加专用金属离子组合催化剂,同时考虑到一些功能菌的适宜生长pH范围不同,因此在必要时采用添加一定浓度的NaHCO3缓冲液来调节系统的pH值。
本发明技术区别于原有技术[发明专利ZL200610011013.4]的主要不同点在于:
为了使生物膜填料塔能够保持较高的烟气同时脱硫脱氮效率,原有技术的措施是定期向循环液储槽中添加补充水、氮磷营养成分、专用金属离子组合催化剂等,而没有考虑到采用人工复配功能菌的方法去增加塔内功能菌种类及优化菌种种群结构。本发明依据微生物学原理,通过向系统中人工复配功能菌,增加了生物膜填料塔内具有较强脱硫脱氮功能菌的种类及数量,很好地优化了微生物种群结构及改善了微生态系统,其作用的宏观结果就是使生物膜填料塔的烟气同时脱硫脱氮效率有了较大的提高(见实施例),其中以对NOx脱除效率的提高最为显著。
本发明不向生物膜填料塔系统中添加专用金属离子组合催化剂,同时考虑到一些功能菌的适宜生长pH范围不同,因此在必要时采用添加一定浓度的NaHCO3缓冲液来调节系统的pH值。
本发明技术将在工业低浓度SO2和NOx废气污染控制方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1本发明技术方法使用的生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮系统的工艺流程示意图。
图中:1-预处理器(必要时使用);2-引风机;3-生物膜填料塔;4-循环液储槽及泵。
具体实施方式:
在生物膜填料塔完成生物挂膜进入正常运行后,首先,对塔内生物膜中的微生物进行取样分析鉴定,确定其中的优势菌及微生物种群结构情况;其次,针对增强生物膜填料塔净化性能的需 要,专门培养驯化并分离获得若干具有相应较强净化功能菌的菌株,并将这些新获得的功能菌菌株与从塔内生物膜中分离获得的若干原有优势菌菌株分别培养后制作成细菌计数浓度相近的菌株液;之后,将为增强生物膜填料塔净化性能而新增加的功能菌菌株液与原有优势菌的菌株液,按不同比例分别加入到生物膜填料塔系统循环液储槽的循环液体中并搅拌均匀后,通过循环泵使人工复配的功能菌随循环液体喷淋到塔内的生物膜填料上挂膜生长繁殖,与原有微生物共同构建新的塔内微生物种群结构以及微生态系统,至此即完成了人工复配功能菌的操作。随着循环液在生物膜填料塔内的循环喷淋流动,塔内生物膜中功能微生物的种群结构以及微生态系统得以逐步优化和改善,其宏观表现就是使生物膜填料塔的烟气同时脱硫脱氮效率有明显的提高。操作中,可通过定时测定生物膜填料塔的烟气同时脱硫脱氮效率,适时按最佳添加比例再次进行人工复配功能菌的操作,以使生物膜填料塔能够较长时间保持较高的烟气同时脱硫脱氮效率。
实施例1~3:
在废气净化用生物膜填料塔系统上进行人工复配功能菌同时脱除烟气中SO2和NOx的处理实验。生物膜填料塔系统由预处理器、引风机、一个生物膜填料塔、循环液储槽及循环泵组成,其流程如图1所示。其中的生物膜填料塔是塔径为55mm的小型玻璃生物膜填料塔,填料塔内装填直径为15~25mm的类球形陶粒,填料体积1.19L。实验操作均在常温常压条件下进行,气体流量为0.05m3/h,烟气中SO2和NOx浓度分别为2500~3000mg/m3、700~900mg/m3,循环液流量为10~16L/h,循环液pH 4.0~6.5。循环液pH降低时使用10%NaHCO3缓冲液来调节。生物膜填料塔进、出口SO2和NOX气体浓度采用英国产烟气分析仪KM900进行测定,液相中SO2和NOX的量采用常规化学法测定。
实验中,在实验用生物膜填料塔完成生物挂膜进入正常运行后,首先对塔内生物膜中的微生物进行取样分析鉴定,经鉴定获得属于优势菌的1株真菌(Bispora sp.)、2株硝化菌(Delftia sp.)、3株脱硫菌(Pseudomonas mendocina、Pseudomonas stutzeri、Pseudomonas alcaliphila)。为通过人工复配功能菌以提高生物膜填料塔的烟气同时脱硫脱氮效率,本发明已事先培养及分离获得3株反硝化菌(Pseudomonas sp.)和1株脱硫菌(Pseudomonas putida)。在人工复配操作中,将这4株功能菌菌株与由塔内生物膜取样鉴定获得的6株菌株分别培养后制成相应的菌株液,之后按不同比例加入到生物膜填料塔系统循环液储槽的循环液体中并搅拌均匀,即完成了向系统中添加4株新功能菌和6株原有功能菌的人工复配操作。随着循环液在生物膜填料塔内的循环喷淋流动,塔内生物膜中的功能微生物种群结构以及微生态系统由于有人工复配新功能菌的加入得以逐步优化和改善,其宏观表现就是使生物膜填料塔的烟气同时脱硫脱氮效率有明显的提高。实验结果如表1所示。
经对表1中的筛选实验结果进行对比分析,发现将事先获得的真菌、硝化菌、反硝化菌和脱硫菌的菌株液(菌的计数浓度范围2~4×107个/mL)按5、45、10、60mL/L的添加比例人工复配到生物膜填料塔系统的循环液中(当一种功能菌有多个菌株时,则将该种菌的菌株液添加总量均分为各菌株液的添加量),对提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的效果最优,其脱除SO2和NOx的效率比人工复配功能菌前分别最大提高了0.4%和15.4%,对SO2和NOx的最高脱除效率分别达到了100%和51%,使生物法烟气同时脱硫脱氮技术的应用效果有了明显的提高(其中以脱除NOx效率的提高最为显著)。
表1 生物膜填料塔同时脱除烟气中SO2和NOx的实验结果
Claims (2)
1.一种人工复配功能菌提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的方法,其特征是在生物膜填料塔完成生物挂膜进入正常运行后,首先,对塔内生物膜中的微生物进行取样分析鉴定,确定其中的优势菌及微生物种群结构;
其次,选择专门培养驯化并分离获得具有净化功能菌的菌株,并将这些新获得的功能菌菌株与从塔内生物膜中分离获得的原有优势菌菌株分别培养后,分别制作成细菌计数浓度相近的菌株液;
之后,将为增强生物膜填料塔净化性能而新增加的功能菌菌株液与原有优势菌的菌株液,按不同比例分别加入到生物膜填料塔系统循环液储槽的循环液体中并搅拌均匀后,通过循环泵使人工复配的功能菌随循环液体喷淋到塔内的生物膜填料上挂膜生长繁殖,与原有微生物共同构建新的塔内微生物种群结构以及微生态系统,从而达到提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的目的。
2.根据权利要求1所述的人工复配功能菌以提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的方法,其特征在于:按比例添加功能菌操作时,当一种功能菌有多个菌株时,则将该种菌的菌株液添加总量均分为各菌株液的添加量。
3、根据权利要求1或2所述的人工复配功能菌以提高生物膜填料塔烟气同时脱硫脱氮效率的方法,其特征在于将事先获得的真菌、硝化菌、反硝化菌和脱硫菌的菌株液按5mL/L、45mL/L、10mL/L、60 mL/L的添加比例, 其中菌的计数浓度范围2×107~4×107个/mL,人工复配添加到生物膜填料塔系统的循环液中,生物膜填料塔对烟气中SO2和NOx的脱除效率可达到最高值。
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