CN107349781A - 一种高效脱除超高浓度NOx的微生物的定向驯化方法 - Google Patents

一种高效脱除超高浓度NOx的微生物的定向驯化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107349781A
CN107349781A CN201710497461.8A CN201710497461A CN107349781A CN 107349781 A CN107349781 A CN 107349781A CN 201710497461 A CN201710497461 A CN 201710497461A CN 107349781 A CN107349781 A CN 107349781A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microorganism
liquid
fuel cell
trace element
cycles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710497461.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107349781B (zh
Inventor
成少安
周永刚
黄志鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201710497461.8A priority Critical patent/CN107349781B/zh
Publication of CN107349781A publication Critical patent/CN107349781A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107349781B publication Critical patent/CN107349781B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/84—Biological processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
    • B01D53/56—Nitrogen oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/95—Specific microorganisms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及微生物脱除NOX领域，旨在提供一种高效脱除超高浓度NOX的微生物的定向驯化方法。是利用微生物燃料电池作为微生物的培养与驯化场所，将生猪屠宰污水处理厂中厌氧反硝化池处理后的排水与普通反硝化微生物燃料电池的出水，依次经过微生物的接种、耐酸/碱性驯化、耐盐驯化、耐氧驯化和抗NOX毒性驯化，最终在燃料电池中聚集经定向驯化的能够高效脱除超高浓度NOX的微生物。本发明在接种过程中引入了实际废水，丰富了微生物种群；将常规的培养基培养改成在微生物电化学体系中培养，增加了微生物的活性；经过不同pH、不同盐度，以及耐氧和抗NOX毒性的驯化，使微生物的耐酸、耐碱、耐盐、耐氧以及抗NOX毒性的能力提高。

Description

一种高效脱除超高浓度NOX的微生物的定向驯化方法
技术领域
本发明属于微生物脱除NOX领域，涉及一种高效脱除超高浓度NOX的微生物的定向驯化方法。
背景技术
NOx是大气的主要污染物之一。随着大气中NOX含量的升高，会形成酸雨、酸雾、光化学烟雾，破坏臭氧层，造成水体富营养化，对动植物和人体产生毒害作用，甚至可能危及生态系统，所以必须对其含量进行控制。
NOx的排放源包括自然源和人为源，人类活动产生了约占总排放量1/6。人为源排放的NOx虽然总量少于自然源，但由于人为排放NOX的排放源比较集中，且大都分布在人类活动较频繁的区域，因而其危害更加严重。《中国环境状况公报——2015》显示，2015年我国NOX排放总量为1851.8万吨，其中的90％来自矿物燃料的燃烧。因此，控制NOX排放的重点在于控制矿物燃料燃烧生成的NOX的排放。
矿物燃料燃烧生成的NOX的控制可分为燃烧前的控制、燃烧方式的改进和燃烧后的控制三大类。燃烧前的控制主要是将燃料替换成更清洁的低氮燃料，但这受限于能源结构；燃烧方式的改进主要是通过控制进气量、燃料量，降低燃烧温度或改进燃烧装置来降低NOX的生成与排放，但这可能导致燃烧热损失增加、燃烧不完全、结渣大、投资/改造费用高等问题；燃烧后的控制是对燃烧生成的NOX进行脱除，减少其排放。采用单一的燃烧前控制或者燃烧方式的改进，烟气中NOX浓度仍然较高，必须通过燃烧后控制使其达到烟气排放标准。
燃烧后控制主要包括等离子体法、吸附法、选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、吸收法、臭氧氧化法等。等离子体法可实现多种污染物协同脱除，但成本高、能耗大。吸附法净化效率高，脱除精度深，但吸附剂制备成本较高，吸附选择性差，且吸附剂易失活。SCR可在300～400℃时达到70-90％的NOX去除效率，但投资、运行费用高，操作温度范围窄，催化剂易中毒，且烟气中有氨气残留。SNCR不需要催化剂，方便改装，且初投资较低，但NOX脱除效率较低(30-70％)，对反应温度要求高(900-1000℃)，同时排烟中可能含有氨气和一氧化碳。吸收法处理烟气时，由于燃烧产生的NOX中超过95％是NO，而NO在水中的溶解度很低(0.073L/L)，所以需要在吸收液中加入添加剂。添加剂有两类，一类是络合吸收剂，利用络合吸收剂直接同NO反应形成配合物，增大NO在水中的溶解性，从而使NO易于从气相转入液相，但络合物添加剂稳定性差，易被氧化、难降解，且吸收液再生具有高成本、低再生速率、难处理的副产物；另一类是化学氧化剂，其作用原理是将低溶解度NO氧化为水溶性较好NO2和N2O5，然后被吸收，但化学氧化再吸收存在pH调控、反应产物复杂、处理过程中容易产生有毒气体、易腐蚀设备等问题。臭氧氧化法也是通过将NO氧化成易溶解的N2O5再用液体吸收达到脱除烟气中的NOX的目的，但采用臭氧氧化法会产生高硝氮浓度的吸收液需要对吸收液进行再生处理。
生物法是利用利用微生物的催化作用促使NOX向N2转化。生物法具有资运行成本低、能耗低、设备简单、无二次污染等特点，被认为是最具有应用前景的一种处理方法。与废水生物脱氮不同，废气生物净化中气态污染物需要经历由气相到液相的传质过程，而后才能被微生物净化。然而，NOX对微生物具有一定的毒性，尤其是NO。与此同时，NOX是酸性气体，溶解在水溶液后，会使溶液pH下降，呈现酸性，而反硝化过程又会使溶液pH升高，呈现碱性，而无论酸性还是碱性，都会使微生活活性下降。此外，NOX溶于水后，还会使溶液的盐度升高，也会影响微生物的活性。最后，大多数反硝化微生物是厌氧或者兼性厌氧细菌，在有氧气的环境下，微生物的生长和活性都会受抑制。所以，当前使用生物法脱除NOX时，脱除效率较低，并且在高浓度NOX的工况下运行时，系统难以保持稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种高效脱除高浓度NOX的微生物的定向驯化方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案如下：
提供一种高效脱除超高浓度NOX的微生物的定向驯化方法，包括以下步骤：
步骤一：微生物的接种；
(1)首先取生猪屠宰污水处理厂中厌氧反硝化池处理后的排水，经过滤和离心处理后取上清液；将位于上清液下层1/20体积的液体与普通反硝化微生物燃料电池的出水按体积比例1∶1混合，并在其中按10mL/L的用量加入接种微量元素溶液，混匀后得到接种液；
所述普通反硝化微生物燃料电池的出水是指：在室温、中性pH下具有反硝化能力的微生物燃料电池的排水；该微生物燃料电池运行溶液包含下述质量浓度的各成分：1g/LNaAc、1.5g/L KNO3、1g/L NaNO2、5.7g/L Na2HPO4·12H2O、1.5g/L NaH2PO4·12H2O、0.1g/LNH4Cl、0.1g/L KCl。
所述接种微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：1.5g/L KNO3、1g/LNaNO2、5.7g/L Na2HPO4·12H2O、1.5g/L NaH2PO4·12H2O、0.1g/L NH4Cl、0.1g/L KCl、0.1g/LNaCl、0.005g/L CaCl、0.002g/L MgSO4、0.003g/L MnSO4、0.001g/L FeSO4、0.001g/LCoSO4、0.001g/LZnSO4、0.001g/L CuSO4；
(2)将接种液加入单室微生物燃料电池中，在阴阳极之间连接外电阻作为负载；启动燃料电池并实时监测负载两端的电压，当电压低于50mV时全部更换新鲜的接种液继续接种；如电压能在连续3个运行周期内达到最大峰值5％的范围内并持续相同的时间，表明在燃料电池中完成接种；
(3)将去离子水与第一微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第一运行液；将燃料电池中的接种液全部更换为新鲜的第一运行液，然后连续运行3个周期；运行过程中，如电压低于50mV就全部更换新鲜的第一运行液；
所述第一微量元素溶液与接种微量元素溶液相比，除额外增加2g/L NaAc外，其余成分保持不变；
步骤二：耐酸/碱性驯化：
(1)将去离子水与第二微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第二运行液；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第二运行液，然后连续运行5个周期；
所述第二微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：2g/L NaAc、1.5g/LKNO3、1g/L NaNO2、0.1g/L NH4Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl、0.002g/LMgSO4、0.003g/L MnSO4、0.001g/L FeSO4、0.001g/L CoSO4、0.001g/LZnSO4、0.001g/LCuSO4；
(2)在第二运行液的基础上，用NaOH或盐酸调节其pH值分别为11、10、9、8、7、6、5；然后，按此顺序依次更换使用不同pH值的运行液，每次均连续运行5个周期；
步骤三：耐盐驯化：
(1)将去离子水与第三微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，调整pH值为8，得到第三运行液；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第三运行液，然后连续运行5个周期；
所述第三微量元素溶液与第二微量元素溶液相比，除了NaCl的浓度改为1g/L之外，其余成分均保持不变；
(2)在第三运行液的基础上，将NaCl的浓度依次改为5g/L、10g/L、20g/L、40g/L、70g/L；然后，按此顺序依次更换使用不同NaCl浓度的运行液，每次均连续运行5个周期；
步骤四：耐氧驯化：
再次更新第三运行液，其NaCl浓度为70g/L；以10mL/min的流量向燃料电池中通入空气，并持续运行5个周期；
步骤五：抗NOX毒性驯化：
(1)将去离子水与第四微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第四运行液；
所述第四微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：2g/L NaAc、0.1g/LNH4Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl2、0.002g/L MgSO4、0.003g/L MnSO4、0.001g/LFeSO4、0.001g/L CoSO4、0.001g/L ZnSO4、0.001g/L CuSO4；
将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第四运行液，并向其中通入含NO2的N2，N2中NO2的体积分数为0.5％；在此条件下运行5个周期；
然后将新鲜的第四运行液中NO2质量占比依次改为0.1％、1％、5％、10％、20％依次升高，且在每一浓度下分别运行5个周期；
(2)按上述步骤(1)操作步骤，将气体依次替换成分别包含按体积分数计量的(0.1％NO+20％O2)、(0.5％NO+20％O2)、(1％NO+20％O2)、(2％NO+20％O2)的N2，同样在每种气体浓度下分别运行5个周期；最终在燃料电池中聚集了经定向驯化的能够高效脱除超高浓度NOX的微生物。
本发明中，所述微生物燃料电池为单室结构，其阳极为碳刷阳极，阴极为负载活性炭的石墨毡，运行时不需要添加缓冲液。
发明原理描述：
本发明以微生物燃料电池(MFC)作为微生物的培养与驯化场所，将来源于生猪屠宰污水处理厂厌氧反硝化池处理后的排水中的普通反硝化微生物，与来源于普通反硝化微生物燃料电池的出水的实际废水中的微生物混合，通过在培养液中添加特定成分和浓度的化学物质，以及提供特殊的生长条件，定向驯化出具有耐酸、耐碱、耐盐、耐氧以及抗NOX毒性的能力且可高效脱除超高浓度NOX的微生物，其中主要发挥作用的是反硝化菌核地杆菌属产电菌。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、在接种过程中引入了实际废水，丰富了微生物种群；
2、改变了培养方式，将常规的培养基培养改成在微生物电化学体系中培养，增加了微生物的活性；
3、经过了不同pH、不同盐度，以及耐氧和抗NOX毒性的驯化，使微生物的耐酸、耐碱、耐盐、耐氧以及抗NOX毒性的能力提高；
4、通过添加乙酸钠作为碳源，为微生物降解NOX以及自身生长繁殖提供能量。
5、驯化后的微生物可以高效处理超高浓度的NOX；聚集了经定向驯化的微生物的燃料电池，可处理NO的浓度范围为0.1％～2％，可处理NO2的浓度范围为0.5％～10％；耐氧浓度范围为0％～21％，耐NaCl浓度范围为0～70g/L，耐pH范围为5～11。
附图说明
图1为本技术发明的工艺流程示意图。图中，1进气口；2出气口；3单室MFC反应器；4碳刷阳极；5石墨毡阴极；6顶空瓶。
图2为本发明实施例其中之一的进/出NOX气体浓度曲线。
图3为本发明实施例其中之一的NOX脱除效率。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式，但本发明不仅仅局限于如下实例。
本发明选择生猪屠宰污水处理厂中厌氧反硝化池处理后的排水所含的普通反硝化微生物和普通反硝化微生物燃料电池中的微生物作为接种、富集和驯化对象。
普通反硝化微生物燃料电池的出水是指：在室温、中性pH下具有反硝化能力的微生物燃料电池的排水；该微生物燃料电池运行溶液包含下述质量浓度的各成分：1g/LNaAc、1.5g/L KNO3、1g/L NaNO2、5.7g/L Na2HPO4·12H2O、1.5g/L NaH2PO4·12H2O、0.1g/L NH4Cl、0.1g/L KCl。
选择这两种出水作为配置接种液的原因是：生猪屠宰污水处理厂中厌氧反硝化池处理后的排水含有多种反硝化菌，而普通反硝化微生物燃料电池的出水含有能与反硝化菌形成稳定混合反硝化生物膜的菌种。
取生猪屠宰污水处理厂中厌氧反硝化池处理后的排水，经过滤和离心处理后取上清液；将位于上清液下层1/20体积的液体与普通反硝化微生物燃料电池的出水按体积比例1∶1混合，并在其中按10mL/L的用量加入接种微量元素溶液，混匀后得到接种液。
申请人承诺：从该专利申请之日起20年内向公众发放该接种液，以用于实现、利用本发明所述技术方案。
本发明利用单室的微生物燃料电池作为反应器的培养与驯化场所，其具体结构如图1所示。单室MFC反应器3由阴极、阳极及外电路构成，其中阴极为负载活性炭的石墨毡阴极5，阳极为经过酸碱及高温处理的碳刷阳极4。单室MFC反应器中装满接种液或运行液，其上部设顶空瓶6，顶空瓶6上设置出气口2，进气口1设于单室MFC反应器3的底部。
本发明所述高效脱除超高浓度NOX的微生物的定向驯化方法，包括以下步骤：
步骤一：微生物的接种；
(1)首先取生猪屠宰污水处理厂中厌氧反硝化池处理后的排水，经过滤和离心处理后取上清液；将位于上清液下层1/20体积的液体与普通反硝化微生物燃料电池的出水按体积比例1∶1混合，并在其中按10mL/L的用量加入接种微量元素溶液，混匀后得到接种液；
所述普通反硝化微生物燃料电池的出水是指：在室温、中性pH下具有反硝化能力的微生物燃料电池的排水；该微生物燃料电池运行溶液包含下述质量浓度的各成分：1g/LNaAc、1.5g/L KNO3、1g/L NaNO2、5.7g/L Na2HPO4·12H2O、1.5g/L NaH2PO4·12H2O、0.1g/LNH4Cl、0.1g/L KCl。
所述接种微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：1.5g/L KNO3、1g/LNaNO2、5.7g/L Na2HPO4·12H2O、1.5g/L NaH2PO4·12H2O、0.1g/L NH4Cl、0.1g/L KCl、0.1g/LNaCl、0.005g/L CaCl、0.002g/L MgSO4、0.003g/L MnSO4、0.001g/L FeSO4、0.001g/LCoSO4、0.001g/LZnSO4、0.001g/L CuSO4；
(2)将接种液加入单室微生物燃料电池中，在阴阳极之间连接外电阻作为负载；启动燃料电池并实时监测负载两端的电压，当电压低于50mV时全部更换新鲜的接种液继续接种；如电压能在连续3个运行周期内达到最大峰值5％的范围内并持续相同的时间，表明在燃料电池中完成接种；
(3)将去离子水与第一微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第一运行液；将燃料电池中的接种液全部更换为新鲜的第一运行液，然后连续运行3个周期；运行过程中，如电压低于50mV就全部更换新鲜的第一运行液；
所述第一微量元素溶液与接种微量元素溶液相比，除额外增加2g/L NaAc外，其余成分保持不变；
步骤二：耐酸/碱性驯化：
(1)将去离子水与第二微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第二运行液；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第二运行液，然后连续运行5个周期；
所述第二微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：2g/L NaAc、1.5g/LKNO3、1g/L NaNO2、0.1g/L NH4Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl、0.002g/LMgSO4、0.003g/L MnSO4、0.001g/L FeSO4、0.001g/L CoSO4、0.001g/LZnSO4、0.001g/LCuSO4；
(2)在第二运行液的基础上，用NaOH或盐酸调节其pH值分别为11、10、9、8、7、6、5；然后，按此顺序依次更换使用不同pH值的运行液，每次均连续运行5个周期；
步骤三：耐盐驯化：
(1)将去离子水与第三微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，调整pH值为8，得到第三运行液；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第三运行液，然后连续运行5个周期；
所述第三微量元素溶液与第二微量元素溶液相比，除了NaCl的浓度改为1g/L之外，其余成分均保持不变；
(2)在第三运行液的基础上，将NaCl的浓度依次改为5g/L、10g/L、20g/L、40g/L、70g/L；然后，按此顺序依次更换使用不同NaCl浓度的运行液，每次均连续运行5个周期；
步骤四：耐氧驯化：
再次更新第三运行液，其NaCl浓度为70g/L；以10mL/min的流量向燃料电池中通入空气，并持续运行5个周期；
步骤五：抗NOX毒性驯化：
(1)将去离子水与第四微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第四运行液；
所述第四微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：2g/L NaAc、0.1g/LNH4Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl2、0.002g/L MgSO4、0.003g/L MnSO4、0.001g/LFeSO4、0.001g/L CoSO4、0.001g/L ZnSO4、0.001g/L CuSO4；
将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第四运行液，并向其中通入含NO2的N2，N2中NO2的体积分数为0.5％；在此条件下运行5个周期；
然后将新鲜的第四运行液中NO2质量占比依次改为0.1％、1％、5％、10％、20％依次升高，且在每一浓度下分别运行5个周期；
(2)按上述步骤(1)操作步骤，将气体依次替换成分别包含按体积分数计量的(0.1％NO+20％O2)、(0.5％NO+20％O2)、(1％NO+20％O2)、(2％NO+20％O2)的N2，同样在每种气体浓度下分别运行5个周期；最终在燃料电池中聚集了经定向驯化的能够高效脱除超高浓度NOX的微生物。
脱除NOX的操作说明：
NOX气体从经成功驯化的单室MFC反应器3底部通入，并以气泡的形式在第四运行液中自下而上冒出，最后经过顶空瓶6的出气口2流出，进入烟气分析仪，定量分析气体成分及含量。NOX气体在向上浮的过程中，与运行液充分接触，并被逐渐吸收和吸附。NOX固定在运行液内，大量转化成硝酸根离子和亚硝酸根离子，这两种离子在单室MFC反应器3中微生物的催化作用下，迅速转化成N2，最后也从顶空瓶6流出。由于运行液不断固定NOX，而微生物又不断降解转化成的硝酸根离子和亚硝酸根离子，所以可以通过控制气体的流量，使得不断通入NOX气体时，硝酸根离子和亚硝酸根离子的消耗速度与生成速度相等，从而使溶液中的硝酸根离子和亚硝酸根离子的含量维持在一个固定值。此时，微生物能保持较高的反硝化活性和反硝化速度。

Claims (2)

1.一种高效脱除超高浓度NOX的微生物的定向驯化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：微生物的接种；
(1)首先取生猪屠宰污水处理厂中厌氧反硝化池处理后的排水，经过滤和离心处理后取上清液；将位于上清液下层1/20体积的液体与普通反硝化微生物燃料电池的出水按体积比例1∶1混合，并在其中按10mL/L的用量加入接种微量元素溶液，混匀后得到接种液；
所述普通反硝化微生物燃料电池的出水是指：在室温、中性pH下具有反硝化能力的微生物燃料电池的排水；该微生物燃料电池运行溶液包含下述质量浓度的各成分：1g/LNaAc、1.5g/L KNO3、1g/L NaNO2、5.7g/L Na2HPO4·12H2O、1.5g/L NaH2PO4·12H2O、0.1g/LNH4Cl、0.1g/L KCl；
所述接种微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：1.5g/L KNO3、1g/L NaNO2、5.7g/L Na2HPO4·12H2O、1.5g/L NaH2PO4·12H2O、0.1g/L NH4Cl、0.1g/L KCl、0.1g/LNaCl、0.005g/L CaCl、0.002g/L MgSO4、0.003g/L MnSO4、0.001g/L FeSO4、0.001g/LCoSO4、0.001g/LZnSO4、0.001g/L CuSO4；
(2)将接种液加入单室微生物燃料电池中，在阴阳极之间连接外电阻作为负载；启动燃料电池并实时监测负载两端的电压，当电压低于50mV时全部更换新鲜的接种液继续接种；如电压能在连续3个运行周期内达到最大峰值5％的范围内并持续相同的时间，表明在燃料电池中完成接种；
(3)将去离子水与第一微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第一运行液；将燃料电池中的接种液全部更换为新鲜的第一运行液，然后连续运行3个周期；运行过程中，如电压低于50mV就全部更换新鲜的第一运行液；
所述第一微量元素溶液与接种微量元素溶液相比，除额外增加2g/L NaAc外，其余成分保持不变；
步骤二：耐酸/碱性驯化：
(1)将去离子水与第二微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第二运行液；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第二运行液，然后连续运行5个周期；
所述第二微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：2g/L NaAc、1.5g/L KNO3、1g/LNaNO2、0.1g/L NH4Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl、0.002g/L MgSO4、0.003g/L MnSO4、0.001g/L FeSO4、0.001g/L CoSO4、0.001g/LZnSO4、0.001g/L CuSO4；
(2)在第二运行液的基础上，用NaOH或盐酸调节其pH值分别为11、10、9、8、7、6、5；然后，按此顺序依次更换使用不同pH值的运行液，每次均连续运行5个周期；
步骤三：耐盐驯化：
(1)将去离子水与第三微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，调整pH值为8，得到第三运行液；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第三运行液，然后连续运行5个周期；
所述第三微量元素溶液与第二微量元素溶液相比，除了NaCl的浓度改为1g/L之外，其余成分均保持不变；
(2)在第三运行液的基础上，将NaCl的浓度依次改为5g/L、10g/L、20g/L、40g/L、70g/L；然后，按此顺序依次更换使用不同NaCl浓度的运行液，每次均连续运行5个周期；
步骤四：耐氧驯化：
再次更新第三运行液，其NaCl浓度为70g/L；以10mL/min的流量向燃料电池中通入空气，并持续运行5个周期；
步骤五：抗NOX毒性驯化：
(1)将去离子水与第四微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第四运行液；
所述第四微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：2g/L NaAc、0.1g/L NH4Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl2、0.002g/L MgSO4、0.003g/L MnSO4、0.001g/LFeSO4、0.001g/L CoSO4、0.001g/L ZnSO4、0.001g/L CuSO4；
将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第四运行液，并向其中通入含NO2的N2，N2中NO2的体积分数为0.5％；在此条件下运行5个周期；
然后将新鲜的第四运行液中NO2质量占比依次改为0.1％、1％、5％、10％、20％依次升高，且在每一浓度下分别运行5个周期；
(2)按上述步骤(1)操作步骤，将气体依次替换成分别包含按体积分数计量的(0.1％NO+20％O2)、(0.5％NO+20％O2)、(1％NO+20％O2)、(2％NO+20％O2)的N2，同样在每种气体浓度下分别运行5个周期；最终在燃料电池中聚集了经定向驯化的能够高效脱除超高浓度NOX的微生物。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述微生物燃料电池为单室结构，其阳极为碳刷阳极，阴极为负载活性炭的石墨毡，运行时不需要添加缓冲液。
CN201710497461.8A 2017-06-27 2017-06-27 一种高效脱除超高浓度NOx的微生物的定向驯化方法 Expired - Fee Related CN107349781B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710497461.8A CN107349781B (zh) 2017-06-27 2017-06-27 一种高效脱除超高浓度NOx的微生物的定向驯化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710497461.8A CN107349781B (zh) 2017-06-27 2017-06-27 一种高效脱除超高浓度NOx的微生物的定向驯化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107349781A true CN107349781A (zh) 2017-11-17
CN107349781B CN107349781B (zh) 2019-11-08

Family

ID=60273039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710497461.8A Expired - Fee Related CN107349781B (zh) 2017-06-27 2017-06-27 一种高效脱除超高浓度NOx的微生物的定向驯化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107349781B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111495169A (zh) * 2020-04-22 2020-08-07 南京大学 一种生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法
CN113504279A (zh) * 2021-06-11 2021-10-15 浙江大学 一种多功能生物电化学污染物检测装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101570731A (zh) * 2009-03-25 2009-11-04 新奥科技发展有限公司 一种电化学驯化、分离产电微生物的方法
CN102583768A (zh) * 2012-01-09 2012-07-18 中国科学院广州能源研究所 一种垃圾渗滤液的高效处理新方法
CN103693807A (zh) * 2013-12-13 2014-04-02 重庆大学 一种基于厌氧氨氧化处理榨菜废水的组合方法
CN105238716A (zh) * 2015-10-17 2016-01-13 厦门大学 一株摩根菌及其在微生物燃料电池中的应用
CN105280940A (zh) * 2015-09-16 2016-01-27 太原理工大学 以焦化活性菌作为生物催化剂降解焦化废水同步产电的方法
CN105347482A (zh) * 2015-11-27 2016-02-24 中国制浆造纸研究院 一种利用生物电化学系统处理废纸造纸废水的方法
CN106450398A (zh) * 2016-10-06 2017-02-22 浙江大学 快速建立微生物燃料电池硝化系统的方法
CN106630177A (zh) * 2016-10-19 2017-05-10 太原理工大学 一种利用微生物电解池处理焦化废水并产氢的方法及装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101570731A (zh) * 2009-03-25 2009-11-04 新奥科技发展有限公司 一种电化学驯化、分离产电微生物的方法
CN102583768A (zh) * 2012-01-09 2012-07-18 中国科学院广州能源研究所 一种垃圾渗滤液的高效处理新方法
CN103693807A (zh) * 2013-12-13 2014-04-02 重庆大学 一种基于厌氧氨氧化处理榨菜废水的组合方法
CN105280940A (zh) * 2015-09-16 2016-01-27 太原理工大学 以焦化活性菌作为生物催化剂降解焦化废水同步产电的方法
CN105238716A (zh) * 2015-10-17 2016-01-13 厦门大学 一株摩根菌及其在微生物燃料电池中的应用
CN105347482A (zh) * 2015-11-27 2016-02-24 中国制浆造纸研究院 一种利用生物电化学系统处理废纸造纸废水的方法
CN106450398A (zh) * 2016-10-06 2017-02-22 浙江大学 快速建立微生物燃料电池硝化系统的方法
CN106630177A (zh) * 2016-10-19 2017-05-10 太原理工大学 一种利用微生物电解池处理焦化废水并产氢的方法及装置

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BAOGANG ZHANG ET AL.: "Enhancement of bacterial denitrification for nitrate removal in", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 *
CHAO LI ET AL.: "Study on anaerobic ammonium oxidation process coupled", 《BIORESOURCE TECHNOLOGY》 *
FEI ZHANG ET AL.: "Simultaneous nitrification and denitrification", 《J CHEM TECHNOL BIOTECHNOL》 *
XI WANG ET AL.: "Impact of salinity on cathode catalyst performance", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 *
丁为俊等: "阳极材料对6 L 微生物燃料电池性能及有机废水处理", 《环境科学》 *
付国楷等: "微生物燃料电池在高盐榨菜废水处理中的产电", 《环境工程学报》 *
何健: "高盐难降解工业废水微生物处理的污泥驯化研究与应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
赵慧敏等: "微生物燃料电池在污水生物脱氮中的研究进展", 《化工进展》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111495169A (zh) * 2020-04-22 2020-08-07 南京大学 一种生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法
CN111495169B (zh) * 2020-04-22 2021-07-30 南京大学 一种生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法
CN113504279A (zh) * 2021-06-11 2021-10-15 浙江大学 一种多功能生物电化学污染物检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107349781B (zh) 2019-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100577265C (zh) 生物还原耦合化学吸收净化烟气中氮氧化物的方法
CN105032152B (zh) 一种化学吸收结合微生物燃料电池同步烟气脱硫脱硝的工艺
CN105152351A (zh) 一种光电人工湿地及其应用
CN108273380B (zh) 用于提高废气处理效率的促生菌群及废气处理方法
CN111530267B (zh) 一种利用微生物燃料电池联合微生物电解池烟气脱硝的装置和方法
CN101941758A (zh) 聚氨酯固定硝化细菌处理电厂含氮废水的方法
Xu et al. Simultaneous removal of NOX and SO2 from flue gas in an integrated FGD-CABR system by sulfur cycling-mediated Fe (II) EDTA regeneration
CN104607029A (zh) 一种化学吸收结合厌氧好氧转化同步烟气脱硫脱硝工艺
CN105032168A (zh) 一种脱除氮氧化物的装置及方法
Zhang et al. Removal of nitric oxide from simulated flue gas via denitrification in a hollow-fiber membrane bioreactor
Sun et al. Simultaneous removal of nitric oxide and sulfur dioxide in a biofilter under micro-oxygen thermophilic conditions: Removal performance, competitive relationship and bacterial community structure
WO2020156371A1 (zh) 一种同时脱除废气中高负荷二氧化硫和氮氧化物的方法
CN107349781B (zh) 一种高效脱除超高浓度NOx的微生物的定向驯化方法
CN104190226B (zh) 一种络合吸收结合好氧反硝化烟气脱硝工艺
CN104860397A (zh) 一种电化学-生物流化床反应器及其废水处理方法
Chen et al. N 2 O production in the Fe II (EDTA)-NO reduction process: the effects of carbon source and pH
Wei et al. An integrated biological system for air pollution control in WtE plants and interaction between NO reduction and toluene oxidation
CN102002408A (zh) 一种沼气生物脱硫的节能方法
CN102029107A (zh) 生物滤器处理制革恶臭气体的方法
CN207347229U (zh) 一种电化学高级氧化装置
CN203853019U (zh) 一种生物法脱除烟气中SO2和NOx的双塔串联装置
CN107376631B (zh) 一种微生物燃料电池喷淋法脱除超高浓度NOx的方法
CN110523247B (zh) 一种污水池加盖尾气净化除臭装置及其除臭方法
Jiang et al. Biological removal of NOx from simulated flue gas in aerobic biofilter
CN107338193A (zh) 一种用于生物脱除高浓度含氮化合物的微生物的富集方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191108

Termination date: 20200627

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee