CN111495169A - 一种生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,属于生物法工业废气净化技术领域。所述方法利用生物脱氮滴滤塔进行废气中氮氧化物的脱除,所述滴滤塔的填料上负载有脱除氮氧化物的微生物菌群,方法包括以下步骤:a)功能菌群驯化:向所述滴滤塔中通入含氮氧化物的废气,通过逐步提高氮氧化物的浓度,以实现对微生物菌群的驯化;b)滴滤塔运行:驯化完成后,向滴滤塔中通入废气,进行氮氧化物的脱除。本发明方法较现有技术,无需控制氧含量、不需要进行酸性循环营养液的中和,生物滴滤塔中微生物经过驯化后,可以实现氮氧化物的高效脱除,是一种原理新型、清洁高效、运行维护均方便的低成本烟气脱氮方法,利于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及生物法工业废气净化技术领域,具体涉及生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法。
背景技术
氮氧化物NOX是由化石燃料燃烧过程中排放出来的空气污染物。氮氧化物NOX含有多种化合物,其中NO和NO2为主要污染物,容易引发严重的环境问题。近年来,NOX的排放和环境污染受到广泛关注。中国生态与环境部报告显示,发电厂和工业锅炉的氮氧化物总产量约为0.12亿吨,占总排放量的约70%,是最主要的氮氧化物来源。
目前,在处理氮氧化物的诸多方法中,生物滴滤塔因其经济实惠、可以在环境温度下保持高效的工作效率、无需维护、长寿命、低运行成本和环境友好性等优势,成为烟气处理中最常用的技术之一。但是,当前制约生物滴滤塔推广使用的一大瓶颈在于:相较于物理化学方法,生物滴滤塔的处理量普遍偏低,处理负荷亟待提高,且操作较为繁琐,需要控制氧气含量和营养液的pH值,以保持反应器的稳定运行,因此难以适应日益提高的社会化大生产需要。
在生物法进行烟气中氮氧化物(NOx)脱除时,滴滤塔中负载的微生物多样性较高,包括硝化和反硝化等一系列的反应过程,每种微生物适合pH范围差异较大,随生物膜填料塔的操作运行,会出现其中的生物膜体系pH值降低酸性增强,从而抑制脱除氮氧化物(NOx)的微生物的生长繁殖,由此会对脱氮性能产生不利影响,为了解决上述问题,现有技术中也公开了相关的解决方法。如中国专利申请号2016109973941,公开日期为2017年3月8日的申请案公开了一种提高烟气同时脱硫脱氮用生物膜填料塔脱氮效率的定向生物强化方法,其通过外加脱氮菌专用生长强化剂,定向促进及改善生物膜填料塔中以自养菌为主的脱氮菌群对其低pH强酸性生长环境条件的适应性,并得以加速生长繁殖,其作用的宏观效果即是通过对脱氮菌的定向生物强化,使烟气同时脱硫脱氮用生物膜填料塔的脱氮效率有了一定的提高。
再如中国专利申请号200910218315.2,公开日期为2015年8月19日的申请案公开了一种双塔串联式催化-生物滴滤塔系统同时脱除烟气中二氧化硫和氮氧化物的方法,其承担NOx脱除作用的生物滴滤塔需在pH中性条件下操作,因此增加了一个pH调节系统。
上述申请案通过调节pH值或添加生物强化剂以促进脱氮微生物的脱氮效率,虽然能起到一定的作用,在氮氧化物浓度较高的条件下难以达到理想的效果。
基于现有技术的缺陷,继续发明一种针对高负荷氮氧化物脱除的新型处理方法。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中生物滴滤塔在脱除氮氧化物过程中存在处理负荷相对较低、去除率不高的缺陷,本发明通过由低到高的逐步提高进入滴滤塔的氮氧化物浓度,以实现功能菌群的驯化,经过驯化的功能菌群具有稳定的针对氮氧化物的高代谢效率,同时提高了滴滤塔系统对氮氧化物的处理负荷。
进一步的,针对现有技术中需要添加生物强化剂、调节pH值或控制氧含量的方式提高脱氮微生物的活性相比,本发明的方法步骤简单,不需要进行上述操作,经过驯化功能菌群脱氮方式将主要进行的生化反应以硝化为主,反硝化为辅,不仅使微生物持续保持高效的代谢活性,而且进行的反应途径短,有利于促进脱氮的快速进行。
2.技术方案
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
本发明提供了一种生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,所述方法利用生物脱氮滴滤塔进行废气中氮氧化物的脱除,所述滴滤塔的填料上负载有微生物菌群,所述方法包括以下步骤:
a)功能菌群驯化:向所述滴滤塔中通入含氮氧化物的废气,利用由低到高的逐步提高废气中氮氧化物浓度,实现功能菌群的驯化;
b)利用步骤a)功能菌群驯化后的滴滤塔进行废气中高负荷氮氧化物的脱除。
优选的,所述废气中含有一定量的氧气。
优选的,向滴滤塔通入废气前首先将废气与空气混合,所述空气中的氧气的质量浓度优选为20%。
优选的,所述步骤a)中,初始通入的氮氧化物浓度在1508mg/m3以内,初始阶段持续不少于70天。
优选的,所述步骤a)中,所述功能菌群驯化时间不少于168天,所述通入的氮氧化物浓度最高不超过3168mg/m3。
优选的,所述脱除氮氧化物的微生物菌群来自于生物污泥。优选为污水处理系统生化池中污泥。
优选的,所述微生物菌群包括Mycobacterium、Pseudomonas、Alicyclobacillus、Rhodococcus、Zoogloea、Bdellovibrio、Microbacterium、Arthrobacter、W22、Flavobacterium、Proteobacteria、Dechloromonas、Azospirillum、Hyphomicrobium、Rhodobacter、Bacillus、Blvii28、Clostridium、Acinetobacter、Ralstonia、Nitrospira、Staphylococcus、Nannocystis、Prosthecobacter、Caldilinea、Actinobacteria、Burkholderia、Lactobacillus、Lutispora、Thauera。
优选的,所述微生物菌群还包括具有硝化或亚硝酸氧化功能的微生物种属Mycobacterium、Pseudomonas、Alicyclobacillus、Arthrobacter、Nitrospira、Flavobacterium、Rhodococcus、Ralstonia和Hyphomicrobium,具有反硝化脱氮功能的微生物种属Pseudomonas、Rhodococcus、Bacillus、Acinetobacter、Zoogloea和Hyphomicrobium。
优选的,所述功能菌群驯化步骤包括三个阶段和两个运行间期,具体为:
S1、第一阶段:维持通入的氮氧化物浓度在815~1508mg/m3,持续时间70天;
J1、第一运行间期:维持通入的氮氧化物浓度在1389~1676mg/m3,持续时间7天;
S2、第二阶段:维持通入的氮氧化物浓度在1911~2671mg/m3,持续时间42天;
J1、第二运行间期:维持通入的氮氧化物浓度在2655~2736mg/m3,持续时间7天;
S3、第三阶段:维持通入的氮氧化物浓度在2776~3168mg/m3,持续时间42天。
优选的,所述步骤b)中,废气中氮氧化物的浓度不超过3168mg/m3,和/或废气直接与空气混合后进行氮氧化物脱除。
优选的,所述步骤a)和步骤b)处理过程中,具体包括以下步骤:
1)将营养液加入至所述滴滤塔中;
2)将待处理废气与空气混合后通入所述滴滤塔中进行处理,控制所述滴滤塔的运行温度;
3)从所述滴滤塔上部喷洒营养液,所述营养液从底部流出后再通过蠕动泵重新回流至滴滤塔上部循环喷洒;
4)经过所述滴滤塔处理后的气体通过出气口排出。
优选的,所述滴滤塔中负载的填料包括耐酸多孔颗粒材料,所述营养液在运行期间无需添加试剂控制pH值。填料的直径优选为50~200mm。
优选的,所述步骤2)中控制所述滴滤塔运行温度为25~35℃。
优选的,所述滴滤塔运行时控制气体流量为0.1~0.3m3/h,气体停留时间为100~130秒,所述滴滤塔内的液气比为30~50L/m3。
优选的,所述营养液中含有的试剂包括FeSO4·7H2O、K2HPO4·3H2O、KCl、Ca(NO3)2·4H2O、CH3COONa·3H2O和MgSO4·7H2O,所述营养液的初始pH值为2.5。
优选的,所述FeSO4·7H2O在营养液中的质量浓度为0.23g/L;所述K2HPO4·3H2O的质量浓度为0.655g/L;所述KCl的质量浓度为0.1g/L;所述Ca(NO3)2·4H2O的质量浓度为0.01g/L、所述CH3COONa·3H2O的质量浓度为0.498g/L;所述MgSO4·7H2O的质量浓度为0.5g/L。
优选的,所述营养液在运行期间无需添加生物强化剂。
本发明的方法只需在生物滴滤塔的填料中接种微生物菌群,同时提供微生物菌群所需的营养液,在14天的一个周期内,无需调节pH或是外加其他化学试剂,只需在滴滤塔每运行7天后补充20%体积的营养液,并于一个运行周期结束后,更换全部营养液,从而极大地简便了运行维护操作。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,首先对生物滴滤塔系统进行功能菌群驯化,通过由低到高的逐步提高进入滴滤塔的氮氧化物浓度,以实现对功能菌群的驯化,经过驯化的微生物菌群不仅对硝酸浓度具有高耐受能力,且随着驯化过程的进行,逐渐适应氮氧化物的代谢,不断提高对氮氧化物的代谢效率(最高可达94.5%),且经过驯化后微生物的代谢效率能够稳定维持在较高的水平(86%~89%)。
(2)本发明的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,对烟气中的高负荷的氮氧化物(最高达3168mg/m3)能达到良好的处理效果,而现有技术中在去除氮氧化物时,存在系统对氮氧化物的处理负荷相对较低,且去除率不高的缺陷。
(3)本发明的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,在运行期间无需外加化学试剂调节系统的pH值或添加生物强化剂,即可使系统中发挥作用的微生物菌群在低pH值仍能保持较高的活性,本发明的方法操作简便,极大地节省了劳动时间,而现有技术中则需要加入生物活性强化剂以刺激及改善菌群对低pH强酸性生长环境条件的适应性,或是通过调节pH值使循环营养液保持在接近中性的环境中,从而促进产生较好的废气去除效果。
(4)本发明的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,生物滴滤塔中微生物进行的生化反应以硝化为主,反硝化为辅,在反应过程中将NOx转化为硝酸,由于微生物可耐受的硝酸浓度较高,有望实现反应产物(硝酸酸液)的回收利用;同时由于反应途径短,有利于促进烟气脱氮的快速进行,进一步提高NOx的脱除效率。
(5)本发明的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,无需控制废气中氧气含量。利用本发明的方法进行NOx去除的生化反应属于有氧硝化,与现有技术均采用缺氧或厌氧反硝化的方法相比,高氧环境反而更容易实现反应的高效进行,因此在废气进入滴滤塔前,直接与空气混合,不需要增加额外成本来控制反应中的氧气浓度,进一步降低了运行的复杂性,利于推广。
附图说明
图1为实施例1采用的生物滴滤塔的结构示意图;
图2为实施例2中不同处理阶段的滴滤塔系统对NOx的脱除水平;
图3为对比例的滴滤塔系统对NOx的脱除水平;
图4为实施例3中空白滴滤塔、生物滴滤塔系统不同阶段的循环营养液中NO3 -和NO2 -浓度的变化趋势对比;
图5为实施例3中空白滴滤塔、生物滴滤塔系统营养液中pH值的变化趋势对比;
图6为实施例3中生物滴滤塔系统不同阶段中微生物群落属水平差异;
图7为实施例3中生物滴滤塔系统中与氮氧化物去除率有关的微生物的相关性研究;
图中,1、进气口;2、流量计;3、进气管路;4、填料容器;5、喷洒装置;6、排气口;7、营养液流入管路;8、蠕动泵;9、营养液储存容器;10、营养液流出管路。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例的废气来自气体发生装置产生的模拟烟气,在进入脱氮滴滤塔处理前首先将模拟烟气通入混合装置,对模拟烟气和空气进行混合,所述空气中的氧气质量浓度为20%。
如图1所示,本实施例的生物滴滤塔包括进气口1、流量计2、进气管路3、填料容器4、喷洒装置5、排气口6、营养液流入管路7、蠕动泵8、营养液储存容器9和营养液流出管路10。
使气体通过进气口1通入,通过进气管路3进入滴滤塔的填料容器4,该过程通过设置在进气管路3上的流量计2调控气体流量,处理后气体通过设置在所述填料容器4顶端的排气口6排出,所述填料容器4用于装载填料,所述填料上负载有具有脱氮功能的微生物菌群,本实施例中的填料为直径为50~200mm的陶粒颗粒或多孔耐酸塑料,所述陶粒或塑料填料上接种有取自污水处理系统生化池中污泥10g,所述的生物污泥中含有具有脱氮功能的微生物菌群。
所述填料容器4上端设置喷洒装置5,所述喷洒装置5用于将营养液的均匀喷洒;在运行过程中,营养液从上端喷洒,经过填料容器4的生物膜填料区并从底部流出,流出的营养液由营养液流出管路10进入营养液储存容器9,所述营养液储存容器9与营养液喷淋装置5之间设置营养液流入管路7,并在所述营养液流入管路7上设置蠕动泵8,因此营养液储存容器9中的营养液可以通过蠕动泵8回流至顶部的喷洒装置5,在所述滴滤塔运行中可以重复喷洒利用。在所述填料容器4内设有用于固定负载微生物的填料的挡板。
本实施例中进行废气中高负荷脱除氮氧化物的方法具体包括以下步骤:
1)将营养液加入滴滤塔中,将待处理废气与空气混合后通入滴滤塔系统,所述空气中的氧气浓度为20%;
2)所述脱氮处理在好氧环境下进行,所述好氧环境由空气提供,设置空气流量保持在0.1~0.3m3/h,气体停留时间为100~130秒,液气比为30~50L/m3;
3)控制滴滤塔运行温度为25~35℃,所述营养液以8L/h的速率喷洒,在底部汇集后通过蠕动泵8回流至喷洒装置5循环喷洒,第一周运行结束后,需补充20%体积的营养液,以弥补蒸发损失和微生物营养消耗,每两周(14天)更新全部营养液;
所述营养液配制过程为:以溶液体积为1.0L的试剂配比剂量,按重量加入化学试剂,并以稀硫酸调节pH至2.5制成,所述化学试剂含有FeSO4·7H2O、K2HPO4·3H2O、KCl、Ca(NO3)2·4H2O、CH3COONa·3H2O和MgSO4·7H2O,其中所述FeSO4·7H2O在营养液中的质量浓度为0.23g/L;所述K2HPO4·3H2O的质量浓度为0.655g/L;所述KCl的质量浓度为0.1g/L;所述Ca(NO3)2·4H2O的质量浓度为0.01g/L、所述CH3COONa·3H2O的质量浓度为0.498g/L;所述MgSO4·7H2O的质量浓度为0.5g/L。
本实施例废气中氮氧化物的浓度范围为815~3168mg/m3,将所述废气以分阶段提高氮氧化物浓度的方式逐步通入滴滤塔;如图2所示,滴滤塔的反应器以14天为一个运行周期,首先进行功能菌群的驯化,主要分为三个阶段和两个运行间期,逐步提高滴滤塔的反应器的氮氧化物进气浓度:
所述功能菌群驯化步骤包括三个阶段,具体为:
S1、第一阶段:维持通入的氮氧化物浓度在815~1508mg/m3,持续时间70天;
J1、第一运行间期:维持通入的氮氧化物浓度在1389~1676mg/m3,持续时间7天;
S2、第二阶段:维持通入的氮氧化物浓度在1911~2671mg/m3,持续时间42天;
J1、第二运行间期:维持通入的氮氧化物浓度在2655~2736mg/m3,持续时间7天;
S3、第三阶段:维持通入的氮氧化物浓度在2776~3168mg/m3,持续时间42天。
在排气口6处检测经过处理后的氮氧化物浓度:经检测,第一阶段的氮氧化物浓度为258~818mg/m3,(平均值约为674mg/m3),去除率为27.6%~69.0%,(平均值约为43.8%);第二阶段的氮氧化物浓度为488~975mg/m3(平均值约678mg/m3),去除率为61.5%~91.7%,(平均值约为71.4%);第三阶段氮氧化物浓度为300~638mg/m3,(平均值约485mg/m3),去除率为77.2%~89.3%,去除率平均值为83.7%。上述结果可知,通过不断提升氮氧化物在废气中的浓度,生物滴滤塔中微生物逐渐适应了氮氧化物的代谢,第三阶段不仅没有降低氮氧化物的去除效率,反而提升了氮氧化物的去除效率。
实施例2
本实施例基本与实施例1相同,不同之处在于:在第一阶段-第三阶段完成后,继续在滴滤塔系统中设置阶段4~6,所述阶段4中,将进气口1处的氮氧化物的浓度逐步从3000mg/m3下降到2053~2507mg/m3(平均值约2300mg/m3);所述阶段5中,将进气口1处的氮氧化物的浓度下降至916~1577mg/m3(平均值约1200mg/m3);所述阶段6中,将进气口1处的氮氧化物的浓度下降至453~680mg/m3(平均值约600mg/m3)。运行期间每个周期检测排气口6处废气中氮氧化物浓度。
经检测,排气口6处氮氧化物浓度为阶段4:198~351mg/m3,去除率为84.7%~91.5%,平均值约为88.3%;阶段5:83~194mg/m3,去除率为80.6%~94.5%,平均值约为88.6%;阶段6:59~103mg/m3,去除率为80.7%~91.2%,平均值约为85.7%,氮氧化物的脱除结果趋势图如图2所示。
以上结果显示:随着滴滤塔中微生物菌群对氮氧化物的代谢效率的提高,在降低废气中氮氧化物浓度后,去除率没有出现下降,三个阶段对氮氧化物浓度(最高达2507mg/m3)的废气处理结果均可满足《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)中在用锅炉的排放限值(400mg/m3),所述阶段5和阶段6中(最高达1577mg/m3)的废气处理效果已可满足国家标准中规定的重点地区新建燃煤锅炉排放限值(200mg/m3)。
对比例
本对比例基本与实施例1的第一阶段的处理条件相同,不同之处在于:本对比例中生物滴滤塔中填料经过高压、高温灭菌(0.05~0.10Mpa,120℃,15分钟)后,置于滴滤塔中。废气中氮氧化物的浓度为1183~1737mg/m3。
共运行2个周期,期间持续检测出口排气中氮氧化物浓度。系统对氮氧化物的脱除结果如图3所示,经检测,排气口6处氮氧化物浓度为978~1371mg/m3,去除率为14.9%~20.3%,平均值约为15.5%。
该结果表明,填料本身的吸附作用,以及氮氧化物(特别是一氧化氮)在空气中的自发氧化虽然也会造成一定量的氮氧化物脱除,但根据去除率可知,上述作用并不是所述生物滴滤塔中主要的反应类型,从而证明了微生物在氮氧化物去除中承担主要作用。
实施例3
本发明对烟气中脱除氮氧化物的机理进行了验证,结合对比例1中空白填料滴滤塔的运行检测结果,分别对实施例1中生物塔不同阶段的微生物菌群、氮氧化物脱除的生化和理化反应机制进行了研究。
通过监测反应器进出气中二氧化氮、一氧化氮和氧化亚氮的浓度,以及反应器循环营养液中硝酸根、亚硝酸根浓度及溶液氧化还原电位、pH值,对微生物介导下,氮氧化物和二氧化硫发生氧化,产生硝酸和硫酸的反应机理进行研究。之后,再应用高通量测序技术,对脱除模拟烟气中氮氧化物的微生物分子机制进行研究。结果表明,本发明在好氧的条件下,经微生物介导,氮氧化物主要是通过硝化作用发生氧化,生成硝酸和硝酸盐的反应机理自废气中去除,介导反应的主要微生物群落类型为硝化细菌;反硝化作用对氮氧化物的去除贡献很小,甚至可以忽略不计;空白填料及自发的氮氧化物溶解和氧化反应占比也非常小,在与实施例1的第一阶段的处理条件相同条件下,其仅占不到20%的去除率。
为避免反应器运行不稳定造成的误差,所有的检测和取样均于该阶段的最后一个运行周期进行,即第一阶段:第57~70天,第二阶段:第106~119天,第三阶段:第155~168天。
检测结果表明:
a)循环营养液中NO2 -浓度几乎为零,显示在滴滤塔运行的有氧条件下,NO2 -基本不在溶液中积累,这与未能在滴滤塔中检出N2O的结果一致,显示滴滤塔中几乎不发生反硝化反应;
b)在第一阶段和第二阶段中的一个周期的前7天内,循环液中的NO3 -存在一个2~5天的平台期,增长较为缓慢,甚至停止,表明一部分(约15%)的NO3 -可能以吸附的形式存留于填料空隙中,这也导致了平台期的出现,和营养液补充体积约20%时,NO3 -浓度迅速的恢复,该平台期在第三阶段几乎没有出现,可能是因为第三阶段的氮氧化物通量较高,填料吸附的NO3 -量迅速饱和,未能造成显著影响;
c)在第7天运行结束后,营养液补充20%体积,之后NO3 -浓度加速升高,在完全更换营养液前(第12-14天)持续线性增长,分别达到6.9、15.9和22.3g/L。在不同阶段营养液中NO3 -的浓度占气体中消除的N元素摩尔总量的73.2%、81.7%和89.2%。营养液中NO3 -的占比不断增大,可能是由于滴滤塔中填料所吸附的NO3 -量占比不断缩小导致的。
d)本发明所述反应体系中,以硝化脱氮为主:
4NO+3O2+2H2O→4HNO3 式3
同时可能存在反硝化的氮脱除反应:
但是,该反应占比非常小,基本可以忽略。
图4为本实施例中空白滴滤塔,及生物滴滤塔系统不同阶段的循环营养液中NO3 -和NO2 -浓度的变化趋势对比;图5为本实施例中空白滴滤塔,及生物滴滤塔系统营养液中pH值的变化趋势对比。
2)生物滴滤塔的微生物群落结构研究
在本发明中,所述微生物包括硝化微生物和反硝化微生物。具体的具有硝化或亚硝酸氧化功能的微生物种属、具有脱氮功能的微生物种属,图6为生物滴滤塔系统不同阶段中微生物群落属水平差异,图7为生物滴滤塔系统中与氮氧化物去除率有关的微生物的相关性研究。
其中相对丰度占前30位的微生物属为:Mycobacterium、Pseudomonas、Alicyclobacillus、Rhodococcus、Zoogloea、Bdellovibrio、Microbacterium、Arthrobacter、W22、Flavobacterium、Proteobacteria、Dechloromonas、Azospirillum、Hyphomicrobium、Rhodobacter、Bacillus、Blvii28、Clostridium、Acinetobacter、Ralstonia、Nitrospira、Staphylococcus、Nannocystis、Prosthecobacter、Caldilinea、Actinobacteria、Burkholderia、Lactobacillus、Lutispora、Thauera,其中占比最高的Mycobacterium(M.tb)相对丰度始终高于50%,且与氮氧化物去除率呈正相关(相关系数平方大于0.9),因此对生物膜在氮氧化物自废气中脱除发挥了重要作用,这可能是由于Mycobacterium应对不同环境压力的相应机制:M.tb能够应对多种压力环境,包括缺氧,营养,酸性,应激反应等,在应对这些压力时,M.tb改变蛋白组学机制以产生多种蛋白,这些蛋白能够具有酸中和反应、毒素-抗毒素系统(NO解毒功能)、pH适应、sigma因子等功能,因此可以适应不断提高的酸度,确保反应的高效进行。此外,经过分阶段提升氮氧化物进气浓度,Pseudomonas出现丰度先下降再回升的现象,表明该菌属在氮氧化物浓度提高后先出现了不适应,导致生态失位,但幸存种在氮氧化物浓度上升造成其他菌属受压力导致死亡后重新占据生态位。Alicyclobacillus是另一种在高氮氧化物浓度下相对丰度大幅增加的菌属,其在极端环境中可以孢子态存在并度过适应期,之后在更高浓度的氮氧化物暴露下,反而丰度大幅增加(占14.9%),显示其中耐酸脱氮优势种快速占据生态位。
除以上三个微生物种属外,所述微生物菌群还包括具有硝化或亚硝酸氧化功能的微生物种属Mycobacterium、Pseudomonas、Alicyclobacillus、Arthrobacter、Nitrospira、Flavobacterium、Rhodococcus、Ralstonia和Hyphomicrobium,具有反硝化脱氮功能的微生物种属Pseudomonas、Rhodococcus、Bacillus、Acinetobacter、Zoogloea和Hyphomicrobium。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,其特征在于:所述方法利用生物脱氮滴滤塔进行废气中氮氧化物的脱除,所述滴滤塔的填料上负载有微生物菌群,所述方法包括以下步骤:
a)功能菌群驯化:向所述滴滤塔中通入含氮氧化物的废气,利用由低到高的逐步提高废气中氮氧化物浓度,实现功能菌群的驯化;
b)滴滤塔运行:利用功能菌群驯化后的滴滤塔进行废气中高负荷氮氧化物的脱除。
2.根据权利要求1所述的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,其特征在于:所述步骤a)中,首先将含氮氧化物的废气与空气混合,再通入至滴滤塔内。
3.根据权利要求1或2所述的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,其特征在于:所述步骤a)包括初始阶段,初始阶段通入的氮氧化物浓度在1508mg/m3以内,初始阶段持续不少于70天。
4.根据权利要求3所述的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,其特征在于:所述步骤a)中,功能菌群驯化时间不少于168天,所述通入的氮氧化物浓度最高不超过3168mg/m3。
5.根据权利要求4所述的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,其特征在于:所述功能菌群驯化步骤包括三个阶段和两个运行间期,具体为:
S1、第一阶段:维持通入的氮氧化物浓度在815~1508mg/m3,持续时间70天;
J1、第一运行间期:维持通入的氮氧化物浓度在1389~1676mg/m3,持续时间7天;
S2、第二阶段:维持通入的氮氧化物浓度在1911~2671mg/m3,持续时间42天;
J1、第二运行间期:维持通入的氮氧化物浓度在2655~2736mg/m3,持续时间7天;
S3、第三阶段:维持通入的氮氧化物浓度在2776~3168mg/m3,持续时间42天。
6.根据权利要求1或2所述的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,其特征在于:所述步骤b)中,废气中高负荷氮氧化物的浓度不超过3168mg/m3,和/或废气直接与空气混合后进行氮氧化物脱除。
7.根据权利要求6所述的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,其特征在于:所述步骤a)和步骤b)处理过程中,具体步骤如下:
1)将营养液加入至所述滴滤塔中;
2)将待处理废气与空气混合后通入所述滴滤塔中进行处理,控制所述滴滤塔的运行温度;
3)从所述滴滤塔上部喷洒营养液,所述营养液从底部流出后再通过蠕动泵重新回流至滴滤塔上部循环喷洒;
4)经过所述滴滤塔处理后的气体通过出气口排出。
8.根据权利要求7所述的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,其特征在于:所述滴滤塔中负载的填料包括耐酸多孔颗粒材料,和/或所述步骤2)中控制运行温度为25~35℃。
9.根据权利要求8所述的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,其特征在于:所述滴滤塔运行时,控制气体流量为0.1~0.3m3/h,气体停留时间为100~130秒,所述滴滤塔内的液气比为30~50L/m3。
10.根据权利要求9所述的生物法直接酸化脱除废气中高负荷氮氧化物的方法,其特征在于:所述营养液中的试剂包括FeSO4·7H2O、K2HPO4·3H2O、KCl、Ca(NO3)2·4H2O、CH3COONa·3H2O和MgSO4·7H2O,所述营养液的初始pH值为2.5,和/或所述滴滤塔系统每运行7天需补充20%体积的营养液;每运行14天更换全部营养液,期间无需调节pH值。
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GR01 | Patent grant | ||
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