三相磁穩(wěn)流化床反應器中絡合吸收耦合生物還原脫除NOx研究.pdf

1、氮氧化物（NOx）是我國主要的大氣污染物之一，當空氣中NOx濃度超過一定限值時，會造成酸雨、光化學煙霧和臭氧層空洞等環(huán)境問題，并對人類健康造成嚴重影響?？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。絡合吸收結合生物還原法（BioDeNOx）是近年來興起的一種新型的煙氣脫硝技術，該技術因具有運行成本低、無二次污染和處理效

2、果好等優(yōu)點得到了廣泛的研究，具有良好的應用前景。為提高該工藝系統(tǒng)中優(yōu)勢菌種的密度，同時解決吸收液中不同組分對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，并將其應用于磁穩(wěn)流化床反應器中分級還原脫除 NOx后的絡合吸收液。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，且將絡合吸收與生物還原過程分級進行，存在傳質(zhì)周期長、經(jīng)濟成本高等缺陷。針對以上問題，本研究提出，在三相磁穩(wěn)流化床反應器（TMSFDR）中，采用磁性

3、微球固定化的優(yōu)勢菌種，將絡合吸收耦合與生物還原耦合用于脫除 NOx的集成新工藝。針對該工藝，本文制備了幾種磁性微球，并對比其應用效果；采用前期分離得到的兩種優(yōu)勢菌種，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絡合吸收液的還原性能，評估其混合使用并同時還原吸收液中兩種組分的可行性；在此基礎上，進一步考察了集成工藝中主要操作參數(shù)對系統(tǒng)

4、脫除NOx的影響。
　　實驗分別制備了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，并對其晶體結構、表面官能團、磁物質(zhì)含量和飽和磁強度進行了對比，結果表明：幾種磁性微球均含有Fe3O4及不同的特征基團，但Fe3O4含量不同的磁性微球，其磁性強弱差異較大。共沉淀法制備的PEG-Fe3O4對體系中的

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、不易團聚，是理想的固定化載體。通過正交實驗確定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，反應溫度40 ℃。
　　兩種菌種間的相互影響實驗表明，反硝化菌 DL-1不具有還原 Fe(III)EDTA的能力，且對鐵還原菌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時間的延長

6、而增大；鐵還原菌FD-3具有還原Fe(II)EDTA-NO的能力，因此對反硝化菌DL-1還原Fe(II)EDTA-NO有促進作用；當反硝化菌DL-1與鐵還原菌FD-3混合使用時，F(xiàn)e(II)EDTA-NO的還原是這兩種微生物共同作用的結果。吸收液組分間的相互影響實驗表明，F(xiàn)e(III)EDTA對反硝化菌DL-1還原Fe(II)EDTA-NO的過程無影響，而Fe(II)EDTA-NO對鐵還原菌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Fe(III)EDTA的還原作用逐漸增強；上述結果表明，在一個反應器中，可利用混合菌同時還原吸收液中兩種組分。
　　三相磁穩(wěn)流化床反應器中，同時存在氣、液、固三相，通過冷態(tài)實驗，確定了該反應器的操作相圖，結果顯示該流化床穩(wěn)定流化區(qū)域較大，增大磁場強度有利于擴大

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

9、。結果表明，在混合菌種的還原作用下后，系統(tǒng)可在短時間內(nèi)達到穩(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；增大進氣O2濃度對體系產(chǎn)生一定影響，但經(jīng)過一定時間的運行，體系仍可恢復穩(wěn)定，具有較強的耐氧性，可用于O2含量較高的煙氣；磁場強度越大，反應器中磁性生物微球的分散性越好，體系達到穩(wěn)定所需的時間越短，但較大的磁場強度會導致能耗增大；吸收液流量越大，吸收液在反應器中的停留時