三相磁穩(wěn)流化床反應(yīng)器中絡(luò)合吸收耦合生物還原脫除NOx研究.pdf

1、氮氧化物（NOx）是我國(guó)主要的大氣污染物之一，當(dāng)空氣中NOx濃度超過一定限值時(shí)，會(huì)造成酸雨、光化學(xué)煙霧和臭氧層空洞等環(huán)境問題，并對(duì)人類健康造成嚴(yán)重影響?？諝庵械腘Ox主要來源于礦物燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣排放，其主要成分為一氧化氮（NO）。隨著人們對(duì)環(huán)境問題的日益重視，如何控制煙氣中NOx的排放量是亟待解決的重大環(huán)境問題。絡(luò)合吸收結(jié)合生物還原法（BioDeNOx）是近年來興起的一種新型的煙氣脫硝技術(shù)，該技術(shù)因具有運(yùn)行成本低、無二次污染和處理效

2、果好等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的研究，具有良好的應(yīng)用前景。為提高該工藝系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)菌種的密度，同時(shí)解決吸收液中不同組分對(duì)微生物還原的抑制作用，本課題組曾提出將微生物固定在磁性微球上，并將其應(yīng)用于磁穩(wěn)流化床反應(yīng)器中分級(jí)還原脫除 NOx后的絡(luò)合吸收液。但現(xiàn)已制備的磁性微球磁性較弱，不利于在磁穩(wěn)流化床中的穩(wěn)定，且將絡(luò)合吸收與生物還原過程分級(jí)進(jìn)行，存在傳質(zhì)周期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)成本高等缺陷。針對(duì)以上問題，本研究提出，在三相磁穩(wěn)流化床反應(yīng)器（TMSFDR）中，采用磁性

3、微球固定化的優(yōu)勢(shì)菌種，將絡(luò)合吸收耦合與生物還原耦合用于脫除 NOx的集成新工藝。針對(duì)該工藝，本文制備了幾種磁性微球，并對(duì)比其應(yīng)用效果；采用前期分離得到的兩種優(yōu)勢(shì)菌種，即反硝化菌Klebsiella sp. DL-1和鐵還原菌Klebsiella sp. FD-3作為體系中的還原菌種，考察兩者之間的相互影響和混合后對(duì)絡(luò)合吸收液的還原性能，評(píng)估其混合使用并同時(shí)還原吸收液中兩種組分的可行性；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察了集成工藝中主要操作參數(shù)對(duì)系統(tǒng)

4、脫除NOx的影響。
　　實(shí)驗(yàn)分別制備了s-Fe3O4、殼聚糖-Fe3O4、油酸-Fe3O4和三種PEG-Fe3O4（共沉淀法[Fe2+]:[Fe3+]=2:1、[Fe2+]:[Fe3+]=2:3和氧化還原法制備）磁性微球，并對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)、磁物質(zhì)含量和飽和磁強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明：幾種磁性微球均含有Fe3O4及不同的特征基團(tuán)，但Fe3O4含量不同的磁性微球，其磁性強(qiáng)弱差異較大。共沉淀法制備的PEG-Fe3O4對(duì)體系中的

5、反硝化菌和鐵還原菌均有較好的固定化效果，且磁性較強(qiáng)、不易團(tuán)聚，是理想的固定化載體。通過正交實(shí)驗(yàn)確定PEG-Fe3O4的最佳制備條件為氨水濃度9％，[Fe2+]:[Fe3+]=2:3，超聲頻率60 kHz，反應(yīng)溫度40 ℃。
　　兩種菌種間的相互影響實(shí)驗(yàn)表明，反硝化菌 DL-1不具有還原 Fe(III)EDTA的能力，且對(duì)鐵還原菌FD-3還原Fe(III)EDTA有抑制作用，該抑制作用隨反硝化菌DL-1初始濃度的增加和反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)

6、而增大；鐵還原菌FD-3具有還原Fe(II)EDTA-NO的能力，因此對(duì)反硝化菌DL-1還原Fe(II)EDTA-NO有促進(jìn)作用；當(dāng)反硝化菌DL-1與鐵還原菌FD-3混合使用時(shí)，F(xiàn)e(II)EDTA-NO的還原是這兩種微生物共同作用的結(jié)果。吸收液組分間的相互影響實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)e(III)EDTA對(duì)反硝化菌DL-1還原Fe(II)EDTA-NO的過程無影響，而Fe(II)EDTA-NO對(duì)鐵還原菌FD-3還原Fe(III)EDTA有明顯的抑制

7、作用；在混合體系中，反硝化菌DL-1和鐵還原菌FD-3的混合菌可同時(shí)還原Fe(II)EDTA-NO和Fe(III)EDTA，且隨著Fe(II)EDTA-NO不斷被還原，菌種對(duì)Fe(III)EDTA的還原作用逐漸增強(qiáng)；上述結(jié)果表明，在一個(gè)反應(yīng)器中，可利用混合菌同時(shí)還原吸收液中兩種組分。
　　三相磁穩(wěn)流化床反應(yīng)器中，同時(shí)存在氣、液、固三相，通過冷態(tài)實(shí)驗(yàn)，確定了該反應(yīng)器的操作相圖，結(jié)果顯示該流化床穩(wěn)定流化區(qū)域較大，增大磁場(chǎng)強(qiáng)度有利于擴(kuò)大

8、穩(wěn)定操作范圍。不加還原菌種時(shí)，吸收液對(duì)NO有較強(qiáng)的吸收能力，但在吸收液體積一定的條件下，對(duì)NO吸收效率和吸收液中Fe(II)EDTA濃度均隨吸收時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，O2對(duì)Fe(II)EDTA的氧化速率常數(shù)為0.037 h-1。當(dāng)反硝化菌 DL-1和鐵還原菌 FD-3濃度配比為1:2時(shí)，該混合菌對(duì)吸收液中Fe(II)EDTA-NO和Fe(III)EDTA的還原能力最強(qiáng)，因此，將該配比的混合菌加入含吸收液的反應(yīng)器中，進(jìn)行脫除 NOx的工藝實(shí)驗(yàn)

9、。結(jié)果表明，在混合菌種的還原作用下后，系統(tǒng)可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，NO去除效率基本維持在100%，且吸收液中Fe(II)EDTA-NO和Fe(II)EDTA濃度變化不大；增大進(jìn)氣O2濃度對(duì)體系產(chǎn)生一定影響，但經(jīng)過一定時(shí)間的運(yùn)行，體系仍可恢復(fù)穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的耐氧性，可用于O2含量較高的煙氣；磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，反應(yīng)器中磁性生物微球的分散性越好，體系達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間越短，但較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致能耗增大；吸收液流量越大，吸收液在反應(yīng)器中的停留時(shí)