煙氣中氮氧化物的生物處理技術（課堂PPT）

1、1煙氣中氮氧化物的生物處理技術2煙氣中氮氧化物的生物處理技術 氮氧化合物及其危害 NOx 形成的機理 煙氣中氮氧化合物的處理 煙氣中生物脫氮技術 應用實例 生物脫氮技術的展望3氮氧化合物及其危害 氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一，在大氣中主要是以NO和NO2平衡共存。 通常所說的氮氧化物（NOx）主要包括NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等幾種, 此外N2O也是污染大氣特別是高層大氣的污染物之一。 氮氧化物會引起多種呼吸道疾病，是形成光化學煙霧的主要污染物，也是形成酸雨的主要酸性物質之一，二氧化硫和氮氧化物還能形成無機鹽的細顆粒物，加重空氣中的細顆粒物污染。4NOx 形成的機理

2、到目前為止人們對NOx 形成的熱力學機理還不十分清楚。目前，對NOx 的生成有三種得到接受的機理： 熱機理（Thermal ： N2+O2=NO、NO2） 認為NOx 是空氣中得N2和O2在高溫（1100）下反應生成的。產(chǎn)量隨溫度的升高成指數(shù)增長。 瞬時機理（Prompt ：CH4+O2+N2=NO、NO2、CO2+H2O） 認為NOx 是N2、O2和碳氫化合物的自由基相對快速的反應生成的（較低溫度）。 燃料機理（Fuel ：R3N+O2=NO、NO2、CO2+H2O） 認為NOx 是由燃料中得含氮有機物直接氧化生成的（較低溫度）。5煙氣中氮氧化物的治理方法 由于染料燃燒是NOx 的主要來源（

3、占人類排放的90%），因此NOx 的治理方法也主要是根據(jù)燃燒過程的特點來設計的，所以可以簡單的把NOx 的治理方法分為三種方法：燃燒的前處理燃燒方式改進燃燒的后處理6煙氣中氮氧化物的治理方法 燃燒的前處理 主要是指染料的脫氮，從而減少染燒過程NOx 的生成量。 燃燒的該進方式 燃燒的改進方式目前還未全面達到使用的階段，原因是燃燒方式的改進通常會帶來燃燒效率的降低，而且NOx 的減少率也不高。 7燃燒的后處理 燃燒的后處理也就是對燃燒后產(chǎn)生的含有NOx 的煙氣進行處理的方法，因此亦稱為煙道氣脫硝或廢棄脫硝，也是當前治理NOx 中最重要的技術。其方式包括： 選擇性非催化還原法（SNCR） 選擇性催

4、化還原法（SCR） 液體吸收法 吸附法 等離子體法 微生物法8生物脫氮技術微生物脫氮技術的發(fā)展 微生物處理廢水和廢物已經(jīng)有較悠久的研究歷史，而利用微生物處理廢氣得研究開始于20世紀80年代。自荷蘭和德國的工作人員發(fā)現(xiàn)微生物在凈化大氣的污染物具有練好的效果，隨后該方法引起美國、日本和歐洲許多國家的重視。該方法已經(jīng)成為世界各國凈化工業(yè)廢氣研究的重點之一，主要集中在有機廢氣、臭氣和氮氧化物凈化處理這三個領域。 利用微生物凈化氮氧化物廢氣的思路是建立在利用微生物凈化有機廢氣、臭氣以及用微生物進行廢水反硝化脫氮獲得成功的基礎上。9生物脫氮技術微生物脫氮的優(yōu)缺點目前，生物脫氮與傳統(tǒng)的物理化學法相比，生物法

5、具有工藝設備簡單、耗能少、處理費用低、二次污染少等特點，且具有很大的發(fā)展?jié)摿?，已受到越來越多研究人員的重視。 微生物脫氮在工業(yè)上應用化程度低，主要出于實驗室研究階段。目前對微生物法脫氮的研究大多是再很小的氣體流量下進行的，或者僅以響度易溶于水的NO2為研究對象。 煙氣處理的實際流量通常很大，且煙氣中得NOx 主要以NO 的形式存在，而NO 水體溶解度很小，幾乎無法進入道液相介質中區(qū)，難以于微生物進行有效接觸。 微生物表面的媳婦能力很差，從而降低NO的實際凈化率。10生物脫氮技術生物脫氮的原理 氣相中得NOx（NO和NO2），首先通過溶解或吸附等傳質過程轉移至液相（如NO2通過形式NO3-或NO

6、-2而溶于水中，NO被吸附在液相中的微生物或固體物表面而進入液相）。 然后在外加碳源的情況下，借助于微生物的生命代謝活動，通過微生物對分布于液相中的含氮化合物的吸收和微生物體內的氧化、還原、分解等微生物代謝作用，把部分吸收的含氮化合物轉化為微生物生長所需的營養(yǎng)物質，組成新的細胞，使微生物生長繁殖；另一部分含氮化合物則被微生物分解為無害的氮氣，或容易處理的NO3-或NO-2，并釋放出微生物生長活動所需的能量。11生物脫氮技術生物脫氮的具體機理 微生物凈化NOx 有反硝化、硝化和真菌凈化三種機理。 反硝化機理（異樣反硝化菌和自養(yǎng)反硝化菌） 異樣反硝化菌以有機物為電子供體，以NO3-、NO2-、NO

7、為電子受體，進行缺氧呼吸，氧化有機物來獲取生長所需的能量，講NO、NO3-、NO2-還原為N2，同時生成與好氧呼吸相比少得ATP和生物質。 自養(yǎng)反硝化菌能以無機質（如H2、H2S、S、S2O4-）作為氫供體，以NO、NO3-、NO2-作為氫受體，以無機碳為碳源，將從NO、NO3-、NO2-還原為N2中獲取微生物生長所需的能量。12生物脫氮技術 凈化NOx 在反硝化細菌作用下的轉化過程可用下式表示： NON2 2NO2+H2OHNO3+HNO2 3HNO2HNO3+HNO2 NO3-NO2-NON2+e氧化氮還原酶+e+e+e硝酸鹽還原酶亞硝酸鹽還原酶氧化氮還原酶13生物脫氮技術 硝化機理 硝化

8、過程處理NOx 是再硝化細菌的作用下，在有氧條件下將氨氮氧化成硝酸鹽氮。硝化菌為自養(yǎng)菌，它們以CO2為碳源，通過氧化NH4+獲得能量。 硝化過程一般分兩個階段，分別由硝化菌和亞硝化菌完成。 第一階段：由亞硝化菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽 第二階段：由硝化菌將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽 NONO2-NO3-14生物脫氮技術 真菌凈化機理 近年來得研究表明：真菌的反硝化能力是普遍存在的，真菌反硝化與細菌反硝化有顯著的區(qū)別。 細菌反硝化產(chǎn)物是N2 大多數(shù)真菌由于缺乏N2O還原酶，反硝化產(chǎn)物主要是N2O 研究表明：有少量的真菌反硝化可以產(chǎn)生N215生物脫氮技術生物脫氮技術及難點 反硝化處理技術：是利用厭氧微生物在

9、厭氧條件下分解NOx 的一種處理方法。 技術難點：盡管采用反硝化路徑去除NO，在實驗室條件下去除率尚可，但保持厭氧的生長環(huán)境和外加有機碳源是實現(xiàn)該過程的必要條件，特別是缺氧條件，在過程放大或在未來可能的工程應用時，就意味著投資費用的激增。16生物脫氮技術生物脫氮技術及難點 硝化處理技術：是在硝化細菌作用下，在有氧條件下將氨氮氧化成硝酸鹽氮，然后再通過反硝化過程，將硝酸鹽氨轉化成N2的處理過程。 技術難點：采用硝化菌去除NOx 的研究還處于起步階段，但從土壤微生物的研究結果和反應過程的數(shù)據(jù)看，已初步解釋了在大氣環(huán)境下，采用消化過程去除NO 的可行性。根據(jù)初步的實驗數(shù)據(jù)和生物膜的顯微觀察，造成NO

10、x 去除率低得原因可歸結于傳質速率的限制和生物量的不足。17生物脫氮技術生物脫氮技術及難點 真菌凈化處理技術：是利用真菌的反硝化作用去除氮氧化物，但具體的機理尚不能明確。 采用真菌處理氮氧化物的過程還仍需要研究。18應用實例生物脫氮實驗研究 生物凈化塔內徑105mm，高1000mm，內裝爐渣灰填料。填料層高度280mm，填料容積2.42L。 來自硝酸車間堿吸收后的含當氧化物尾氣自塔下部進入，與塔上部噴淋的含營養(yǎng)鹽的水溶液逆流接觸，經(jīng)生物凈化后的氣體由上部排空，噴淋液由下部排入循環(huán)槽在經(jīng)循環(huán)泵抽至塔頂噴淋循環(huán)使用。 流程見下圖所示： 郭斌，馬一太.生物法凈化含NOx尾氣的研究J環(huán)境工程，2003

11、，（21）2:37-39.19應用實例 實驗運行 裝置安裝在某化肥廠硝酸車間。每天連續(xù)運行6h ，間隔18h 后在運行，并添加適當?shù)臓I養(yǎng)物質，水通過噴頭灑下，循環(huán)使用，間歇操作和連續(xù)操作結合研究其去除率及影響因素。20應用實例 尾氣中NOx濃度對NOx脫出效率的影響 在空間速度、液氣比不變時，NOx進氣濃度對NOx脫去效率的影響如圖所示。 當C在0.1%0.39%時，NOx脫除效率為60%85%，且隨著C的增加而下降。21應用實例 循環(huán)液PH值對NOx脫除效率的影響 PH值對微生物的表面電荷、酸活性、對營養(yǎng)的吸收都會產(chǎn)生影響，不同的脫氮菌其最適PH值得范圍略有不同。 下圖表示：PH值為7.5時

12、NOx脫除效率最高，當PH8時，會出現(xiàn)N2-的積累，并且PH值越高，NO2-積累約嚴重。因此，PH值控制在7.08.2效果最佳。22應用實例 循環(huán)液中NO3-濃度與NOx脫除效率的關系 NO2先溶于水再被微生物還原為N2，而NO則被吸附在微生物表面后還原N2。所以，當進氣NOx濃度不變時，循環(huán)液中濃度可間接反應NOx的脫除效率。 當循環(huán)液NO3-濃度1.12g/L時，NOx脫除效率隨著NO3-濃度的增加而下降。NO3-濃度1.12g/L時，可維持較高的NOx的脫除效率23應用實例 脫除NOx的脫氮菌 尾氣中氧的含量3.0%3.9%之間，脫氮菌以兼性菌為主。 脫氮微生物多位球狀菌，分析可知菌屬為

13、短桿菌屬、棒桿菌屬、微球菌屬和葡萄球菌屬等。電鏡放大倍數(shù) 1.0k24應用實例 其他因素對NOx 脫除效率的影響 在填料用量一定的條件下，空間速率越低，脫出率越高。 液氣比大，可使填料上的微生物充分獲得營養(yǎng)，正常生長，脫除率較高。 根據(jù)進氣濃度、處理氣量和靜態(tài)培養(yǎng)時的營養(yǎng)鹽添加為依據(jù)，適時加入一定量的營養(yǎng)鹽。 本脫氮過程適宜的溫度范圍在527。25應用實例生物脫氮應用 日本的Okuno等人在以生物土壤裝填的濾塔中，當進口為2.1mg/m3的低濃度時，NO的去除率為60%左右。 生物法凈化NOx 已有工程應用的實例。土壤凈化法通過室內試驗、室外小規(guī)模試驗，已在日本進入工程實用初期階段。該法易于管

14、理，處理過程無廢棄物，同時還能去除懸浮顆粒物(SPM)和CO等污染物。但存在著使用臭氧氧化NO則增加投資和運行費用，土壤凈化系統(tǒng)占地面積很大，負荷低等缺，因此，該法還在不斷的改進之中 張華，趙由才.生物法處理氮氧化物廢氣的原理與技術研究進展J山東建筑工程學院學報，2005，（20）3:69-74.26應用實例27生物脫氮技術的展望存在的問題 自20世紀80年代以來，雖然國內外在利用微生物技術控制廢氣中的氮氧化物進行了大量的研究工作，但目前的研究工作仍然處于實驗室階段，實現(xiàn)工程應用還有一定距離。 微生物的生長速度相對較慢，要處理大流量的煙氣，并且煙氣的流速快，導致微生物與煙氣的接觸時間短。 煙道

15、氣的溫度一般較高，且不同煙道氣的成分差別很大，對低碳源含量的煙道氣需要外加碳源，導致工藝復雜。28生物脫氮技術的展望存在的問題 微生物的生長需要適宜的環(huán)境，如何在工業(yè)應用中營造合適的培養(yǎng)條件，將是必須克服的一個難題。 微生物的吸附能力差，使得NO的實際凈化效率低。 微生物的生長，會造成塔內填料的堵塞。29生物脫氮技術的展望生物脫氮技術的發(fā)展趨勢 由于NO難溶于水，使其處理起來較為困難，需要較長的停留時間。為了提高NO的處理效率，一些研究轉向采用生物法與其他物化法相結合。 如在生物法處理NO之前，先用活性炭吸附濃縮NO，以增加NO濃度，提高傳質動力。 將絡合吸收與生物法結合，綜合了兩者的優(yōu)點，近年來引起研究人員的關注（如加入Fe ( ) -( EDTA)）。 目前已通過可行性論證，該法具有流程短、投資少、運行費用低、操作管理簡便等優(yōu)點。