氮氧化物废气的生化处理技术马后炮化工

天雁儿

马后炮化工论坛

2、生化法处理含NOx废气的原理

含NOx废气生化法处理的基本原理是气相中的NOx如NO和NO2首先通过溶解或吸附等传质过程转移至液相,如NO2通过形成NO3—或NO2—而溶于水中,NO被吸附在液相中的微生物或固体物表面而进入液相;然后在外加碳源的情况下借助于微生物的生命代谢活动,通过微生物对分布于液相中的含N化合物的吸收和微生物体内的氧化、还原、分解等生物谢作用,把部分吸收的含N化合物转化为微生物生长所需的营养物质,组成新的细胞,使微生物生长繁殖;另一部分含N化合物则被微生物分解为简单而无害的氮气或容易处理的NO3—或NO2—,同时释放出微生物生长和活动所需的能量。

  

3、NOx的生化处理

由于在含NOx废气中对自然环境和人类生存危害最大的主要是NO和NO2,而NO2易溶于水,处理比较容易,所以目前国内外关于生化法处理氮氧化物的研究,主要是针对含NO废气的处理。关于NO的处理归纳起来主要有反硝化处理和硝化处理两类。

3.1　反硝化过程处理NOx

反硝化作用是利用厌氧性微生物如脱氮假单胞菌、铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌、脱氮硫杆菌等在厌氧条件下分解NOx的一种处理方法。它有两条处理途径:

(1)异化反硝化作用,即NO3-→NO2-→NO→N2O→N2;

(2)同化反硝化作用,使NO3-最终转化为菌体的一部分。生化法去除NO主要是利用反硝化细菌的异化反硝化作用,使其最终转变为N2,在这个过程中要求额外提供微生物生长所需要的基质。此外,由于微生物是在厌氧条件下利用NO3-中的氧氧化有机物质并获得能量,因此废气中NO3-所含氧的浓度将对反硝化过程产生重要影响即废气中氧气的含量对反硝化法处理NO有很大的影响。

Chris A, Du Plessis等人采用生物过滤器,用废气将甲苯和营养液雾化,当进气NO体积分数为60×10-6、O2体积分数大于17%、停留时间为3 min时,净化后废气中NO体积分数可降至15×10-6。试验过程中通过增加甲苯供给,获得了97%的NO去除率。这是因为营养液和甲苯经雾化后加入使通过过滤器的液流量非常小,因而填料上的生物膜可以长得非常厚,促使在优先去除甲苯的好氧生物层内形成了厌氧反硝化层,同时减少了压力降的影响,从而避免了生物滴滤塔中生物膜的空隙被水堵塞而导致压力降升高。该项研究还表明,为使反硝化在有氧条件下进行,可提高盐的浓度,从而减少O2在水中的溶解度,改善厌氧条件;同时通过切换进气方向,即使在生物数量较大时,也能使生物滤塔保持较稳定的操作条件。J R Woertz等人研究了采用真菌处理NO的反硝化过程。该研究以甲苯为碳源,当甲苯的供应量为90 g/m3·h,在有氧条件下,进气NO的体积分数为250 mg/m3,停留时间为1 min时,NO的去除率高达93%。该研究表明,真菌在降解甲苯的中间产物时为真菌反硝化降解NO提供碳源和能源。该研究还表明,当进气O2体积分数降为5%,甲苯的供应量为54 g/(m3·h时),NO的去除率达到85%,而在同样条件下当进气中O2体积分数为21%时,NO的去除率只有65%。此数据表明,用真菌去除NO时,当混合气中O2的含量下降时,真菌反硝化处理NO的能力相应增强。因此,真菌有可能成为反硝化去除NO的重要菌种,但真菌在有氧条件下如何进行反硝化的机理仍不清楚。

3.2　硝化过程处理NOx

硝化过程处理NOx是在硝化细菌的作用下,在有氧条件下将氨氮氧化成硝酸盐氮,然后再通过反硝化过程将硝酸盐氮转化成N2的处理过程。硝化菌为自养菌,它们以CO2为碳源,通过氧化NH4+获得能量。硝化过程一般分为两个阶段,分别由硝化细菌和亚硝化细菌完成。第一阶段由亚硝化菌(Nitrosomonas)将氨氮转化为亚硝酸盐,亚硝化菌包括亚硝酸盐单胞菌属和亚硝酸盐球菌属;第二阶段由硝化菌(Nitrobactcr)将亚硝酸盐转化为硝酸盐,硝化菌包括硝酸盐杆菌属、螺旋菌属和球菌属。硝化处理NO技术是近几年才发展起来的,其硝化路径为NO→NO2—→NO3—。研究证实了自养硝化菌去除NO的潜在价值。同时研究表明,为了有效去除NO,添加营养物质是非常关键的,并得出C∶P∶N为7∶1∶30,NaHCO3∶NO-N为6.3∶1。研究都表明,用自养硝化菌去除NO,在无外加有机碳源时,自养细菌生长缓慢,对NO的去除负荷小,停留时间长。如果添加有机碳源,硝化法去除空气中的NO,则可大大缩短停留时间,提高NO的去除率和去除负荷。这是由于自养硝化细菌与异养细菌是共生的,这也是所有硝化过程的普遍现象。