CN1724123A - 一种含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，所述的方法是对硝化细菌菌种进行扩增培养15～20天后，将所得到的混合菌液喷洒于生物填料上，制得有生物膜的填料，使所述的含一氧化氮的废气通过有生物膜的填料以除去废气中的一氧化氮。本发明所所述的方法采用的填料压降小，比表面积大，所能承受的生物量大，适合处理大流量含NO废气；处理效率高：添加有机碳源后，去除效率能达到90％以上；特别适用于低浓度NO废气，去除效率能稳定在90％以上，在对于中高浓度的NO废气效率也能达到70％左右；操作在常温下进行，操作条件简单，经济实用。

Description

一种含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法
(一)技术领域
本发明涉及一种废气生物处理方法，尤其是一种含一氧化氮废气的生物处理方法。
(二)背景技术
气体中氮氧化物(NOx)是无色的NO、红褐色的NO2气体及其混合物的总称。NOx主要通过呼吸道对人体产生危害。居住区大气中NOx(换算成NO2)最高容许浓度一次测定值为0.15mg/m3。
NOx的排放正受到越来越多的关注，大部分NOx在高温燃烧过程中由燃料及空气中氮的氧化产生，一般NO和NO2在NOx中所占的比例分别为95％和5％。酸雨和光化学烟雾主要由大气污染物如硫氧化物、NOx及挥发性有机化合物所导致，对土壤和水生态系统所带来的变化是不可逆的。近几年来，对于这些污染物的控制，人们做了大量的研究工作，并形成了许多应用技术。
目前已采用的控制NOx排放的措施主要分为燃烧过程控制和燃烧后控制。燃烧过程控制的手段主要为采用低NOx燃烧器、燃气再循环、燃料再燃烧、分级燃烧和水或蒸汽喷射。燃烧后脱硝的措施包括湿法(由于成本过高，其商业价值有限)和干法，如催化吸收(Heterogeneous)和同源吸收(Homogeneous)。其中最成熟的技术是选择性催化吸收(SCR)脱硝。但在SCR领域尚存在许多有待解决的问题，这主要表现在：SCR催化剂的表征，SCR反应的机理，催化剂表面活性位机理及其它表面物质形态的作用，SCR反应的选择性的提高，SCR反应的副产物N:O的产生机理和作用等。另外一些尚未解决的问题制约着SCR技术的工业应用。如催化剂的成本问题(包括催化剂中毒失效)，反应温度过高等。
(三)发明内容
为解决现有技术中废气处理催化剂成本问题，本发明提供了一种不需催化剂、且去除效率高的含一氧化氮废气的生物处理方法。
为达到发明目的本发明采用的技术方方案是：
一种含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，所述的方法是对硝化细菌菌种进行扩增培养15～20天后，将所得到的混合菌液喷洒于生物填料上，制得有生物膜的填料，使所述的含一氧化氮的废气通过有生物膜的填料以除去废气中的一氧化氮。
所述含一氧化氮的废气通过有生物膜的填料同时添加维持菌群代谢所需的营养液和有机碳源。所述有机碳源通常选用葡萄糖。
所述的生物氧化处理方法尤其适用于所述的废气中一氧化氮浓度小于200mg/m3的情况，经处理后的废气能达到一氧化氮排放标准。
所述的硝化细菌菌种为下列之一或其两种或两种以上任意比例的混合物：
①纯菌种  ②活性污泥  ③活性污泥上清液  ④混合菌液
⑤废气污染周围的土壤或水的提取物  ⑥微生物制剂。
所述硝化细菌扩增培养的营养液可为质量比5∶1的133.93mg/m3的NaNO2和2.67mg/m3的K2HPO4营养液混合物，分别作为氮源和磷源。
所述的生物填料为多孔炭质材料，如名为Carbon Foam的多孔炭质材料。
具体的，所述的方法按如下步骤进行：
(1)在活性污泥中添加培养基，133.93mg/m3 NaNO2和2.67mg/m3K2HPO4的营养液按5∶1的比例混合，分别作为氮源和磷源，在温度为25℃的培养瓶内进行连续曝气，不断通入氧气来进行对活性污泥中硝化细菌的驯化与培养；
(2)15～25天，经检测有目标产物(NaNO3)出现，继续培养，添加一定量的有机碳源，富集培养；
(3)将驯化出的菌液倒入接种盆中，填料选择多孔炭质材料，挂膜持续80～100天；
(4)挂膜后的多孔填料装填入过滤系统的过滤柱内，保持过滤柱中的pH值为7.0～7.5，使含一氧化氮的废气通过过滤柱。
为保持气体湿度，所述的方法步骤(4)中可使含一氧化氮的废气与气溶胶一起自上而下通过过滤柱。所述的气溶胶可来自于超声气溶胶发生器。
本发明所述的含一氧化氮废气的生物处理方法的有益效果主要体现在：(1)该方法采用的填料压降小，比表面积大，所能承受的生物量大，适合处理大流量含NO废气；(2)处理效率高：添加有机碳源后，去除效率能达到90％以上；(3)特别适用于低浓度NO废气，去除效率能稳定在90％以上，在对于中高浓度的NO废气效率也能达到70％左右；(4)操作在常温下进行，操作条件简单，经济实用。
(四)附图说明
图1为本发明所采用的挂膜系统流程示意图；
图2为本发明所采用的处理系统流程示意图。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述：
实施例1：
步骤：
(1)在活性污泥(5L)中添加培养基，其中含(NH4)3SO4(10g)、FeSO4(1g)、K2HPO4(5g)、MgSO4(2.5g)、NaCl(10g)、CaCO3(5g)并加入133.93mg/m3NaNO2-N和2.67mg/m3 K2HPO4-P的营养液按5∶1的比例混合，分别作为氮源和磷源，然后在温度为25℃的培养瓶内进行连续曝气，不断通入氧气来进行对活性污泥中硝化细菌的驯化与培养。
(2)约20天后，经检测有目标产物(NaNO3)出现，继续培养，添加5g葡萄糖，富集培养。
(3)挂膜阶段：将步骤(2)所得菌液倒入接种盆中，接种盆由有机玻璃制成，如图1所示，菌液经泵加压，然后经布液器淋洒到接种盆中的生物填料上。填料选用名称为Carbon Foam的多孔炭质材料，挂膜持续约3个月。
(4)挂膜后的多孔填料装填入如图2所示的过滤柱内，该过滤系统包括3个内径为50.8mm的聚丙烯圆柱体，滤料层高为305mm。并采用一个超声气溶胶发生器，将其置于一个单独的圆柱体内的水面下，通电后发生气溶胶，并将该气溶胶与NO进口气流一起自上而下被输送至过滤柱中来保持气体湿度。采用NO进口管道中的质量流量仪和出口管道中的转子流量计来调节NO的浓度和气量。过滤柱的顶部装有喷嘴，在NO气体停止输入时，采用管道泵通过该喷嘴定时、自动地添加营养液和有机碳源(葡萄糖)以维持菌群的代谢；喷嘴还可用作喷淋缓冲溶液(6g/L NaHCO3溶液)来保持生物过滤器中的pH值在7.0～7.5范围内，以满足自养硝化菌所要求的微碱性环境。
采用该生物滤床工艺处理实验室模拟废气，一氧化氮浓度为130mg/m3，停留时间为2.6min，实验室模拟废气为一氧化氮与空气混合物，先将混合罐排空后，一氧化氮与空气进入混合罐混合，然后混合气体进入气溶胶发生器上的圆柱体中，与气溶胶一同自上而下进入过滤柱中，废气的去除效率结果表明：在去除的启动阶段(第一个星期)，去除效率达80％左右，此后去除效率有所提高，12天后稳定在91％～93％。
实施例2：
步骤：
(1)在废气污染周围的土壤与水的提取物混合物(5L)中添加培养基，其中含(NH4)3SO4(10g)、FeSO4(1g)、K2HPO4(5g)、MgSO4(2.5g)、NaCl(10g)、CaCO3(5g)，133.93mg/m3 NaNO2-N和2.67mg/m3 K2HPO4-P的营养液按5∶1的比例混合，分别作为氮源和磷源，然后在温度为25℃的培养瓶内进行连续曝气，不断通入氧气来进行对活性污泥中硝化细菌的驯化与培养。
(2)约15天后，经检测有目标产物(NaNO3)出现，继续培养，添加5g的葡萄糖，富集培养。
(3)挂膜阶段：将驯化出的菌液倒入接种盆中，接种盆由有机玻璃制成，如图1所示。填料选择名为Carbon Foam的多孔炭质材料。挂膜持续约2个月。
(4)挂膜后的多孔填料装填入如图2所示的过滤系统内，该过滤系统包括3个内径为50.8mm的聚丙烯圆柱体过滤柱，滤料层高为305mm。并采用一个超声气溶胶发生器，将其置于一个单独的圆柱体内的水面下，通电后发生气溶胶，并将该气溶胶与NO进口气流一起自上而下被输送至过滤柱中来保持气体湿度。采用NO进口管道中的质量流量仪和出口管道中的转子流量计来调节NO的浓度和气量。每个过滤柱的顶部装有喷嘴，在NO气体停止输入时，采用管道泵通过该喷嘴定时、自动地添加营养液和有机碳源(葡萄糖)以维持菌群的代谢；喷嘴还可用作喷淋缓冲溶液(6g/LNaHCO3溶液)来保持生物过滤系统中的pH值在7.0～7.5范围内，以满足自养硝化菌所要求的微碱性环境。
采用该生物处理工艺处理实验室模拟废气，一氧化氮浓度为150mg/m3，停留时间为3.0min，废气的去除效率结果表明：在去除的启动阶段(第一个星期)，去除效率达85％左右，此后去除效率有所提高，14天后稳定在92％～95％。
实施例3：
步骤：
(1)在5L培养基，其中含(NH4)3SO4(10g)、FeSO4(1g)、K2HPO4(5g)、MgSO4(2.5g)、NaCl(10g)、CaCO3(5g)，添加硝化细菌菌种与活性污泥上清液1∶1质量比的混合物50mL，133.93mg/m3 NaNO2-N和2.67mg/m3K2HPO4-P的营养液按5∶1的比例混合，分别作为氮源和磷源，然后在温度为25℃的培养瓶内进行连续曝气，不断通入氧气来进行对活性污泥中硝化细菌的驯化与培养。
(2)约15天后，经检测有目标产物(NaNO3)出现，继续培养，添加一定量5g的葡萄糖，富集培养。
(3)挂膜阶段：将步骤(2)所得菌液倒入接种盆中，接种盆由有机玻璃制成，如图1所示。填料选择名为Carbon Foam的多孔炭质材料。挂膜持续约3个月。
(4)挂膜后的多孔填料装填入如图2所示的过滤系统内，该过滤系统包括3个内径为50.8mm的聚丙烯圆柱体过滤柱，滤料层高为305mm。并采用一个超声气溶胶发生器，将其置于一个单独的圆柱体内的水面下，通电后发生气溶胶，并将该气溶胶与NO进口气流一起自上而下被输送至过滤柱中来保持气体湿度。采用NO进口管道中的质量流量仪和出口管道中的转子流量计来调节NO的浓度和气量。每个过滤柱的顶部装有喷嘴，在NO气体停止输入时，采用管道泵通过该喷嘴定时、自动地添加营养液和有机碳源(葡萄糖)以维持菌群的代谢；喷嘴还可用作喷淋缓冲溶液(6g/LNaHCO3溶液)来保持生物过滤系统中的pH值在7.0～7.5范围内，以满足自养硝化菌所要求的微碱性环境。
采用该生物处理工艺处理实验室模拟废气，一氧化氮浓度为100mg/m3，停留时间为1.5min，废气的去除效率结果表明：在去除的启动阶段(第一个星期)，去除效率达80％左右，此后去除效率有所提高，14天后稳定在90％～92％。

Claims (10)

1.一种含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，其特征在于所述的方法是对硝化细菌菌种进行扩增培养15～20天后，将所得到的混合菌液喷洒于生物填料上，制得有生物膜的填料，使所述的含一氧化氮的废气通过有生物膜的填料以除去废气中的一氧化氮。
2.如权利要求1所述的含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，其特征在于所述含一氧化氮的废气通过有生物膜的填料同时添加维持菌群代谢所需的营养液和有机碳源。
3.如权利要求3所述的含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，其特征在于所述有机碳源为葡萄糖。
4.如权利要求1所述的含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，其特征在于所述的废气中一氧化氮浓度小于200mg/m3。
5.如权利要求1～4所述的含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，其特征在于所述的硝化细菌菌种为下列之一或其两种或两种以上任意比例的混合物：
①纯菌种    ②活性污泥  ③活性污泥上清液  ④混合菌液
⑤废气污染周围的土壤或水的提取物  ⑥微生物制剂。
6.如权利要求5所述的含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，其特征在于所述硝化细菌扩增培养的营养液为质量比5∶1的133.93mg/m3的NaNO2和2.67mg/m3的K2HPO4营养液混合物。
7.如权利要求5所述的含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，其特征在于所述的生物填料为多孔炭质材料。
8.如权利要求1所述的含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，其特征在于所述的方法按如下步骤进行：
(1)在活性污泥中添加培养基，133.93mg/m3 NaNO2和2.67mg/m3 K2HPO4的营养液按5∶1的比例混合，分别作为氮源和磷源，在温度为25℃的培养瓶内进行连续曝气，不断通入氧气来进行对活性污泥中硝化细菌的驯化与培养；
(2)15～25天，经检测有目标产物(NaNO3)出现，继续培养，添加一定量的有机碳源，富集培养；
(3)将驯化出的菌液倒入接种盆中，填料选择多孔炭质材料，挂膜持续80～100天；
(4)挂膜后的多孔填料装填入过滤系统的过滤柱内，保持过滤柱中的pH值为7.0～7.5，使含一氧化氮的废气通过过滤柱。
9.如权利要求8所述的含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，其特征在于所述的方法步骤(4)使含一氧化氮的废气与气溶胶一起自上而下通过过滤柱。
10.如权利要求9所述的含一氧化氮的废气的生物氧化处理方法，其特征在于所述的气溶胶来自于超声气溶胶发生器。
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