專利名稱：一種含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法
技術領域：
本發明涉及一種廢氣生物處理方法，尤其是一種含一氧化氮廢氣的生物處理方法。
背景技術：
氣體中氮氧化物(NOx)是無色的NO、紅褐色的NO2氣體及其混合物的總稱。NOx主要通過呼吸道對人體產生危害。居住區大氣中NOx(換算成NO2)最高容許濃度一次測定值為0.15mg/m3。
NOx的排放正受到越來越多的關注，大部分NOx在高溫燃燒過程中由燃料及空氣中氮的氧化產生，一般NO和NO2在NOx中所占的比例分別為95％和5％。酸雨和光化學煙霧主要由大氣污染物如硫氧化物、NOx及揮發性有機化合物所導致，對土壤和水生態系統所帶來的變化是不可逆的。近幾年來，對于這些污染物的控制，人們做了大量的研究工作，并形成了許多應用技術。
目前已采用的控制NOx排放的措施主要分為燃燒過程控制和燃燒后控制。燃燒過程控制的手段主要為采用低NOx燃燒器、燃氣再循環、燃料再燃燒、分級燃燒和水或蒸汽噴射。燃燒后脫硝的措施包括濕法(由于成本過高，其商業價值有限)和干法，如催化吸收(Heterogeneous)和同源吸收(Homogeneous)。其中最成熟的技術是選擇性催化吸收(SCR)脫硝。但在SCR領域尚存在許多有待解決的問題，這主要表現在SCR催化劑的表征，SCR反應的機理，催化劑表面活性位機理及其它表面物質形態的作用，SCR反應的選擇性的提高，SCR反應的副產物N:O的產生機理和作用等。另外一些尚未解決的問題制約著SCR技術的工業應用。如催化劑的成本問題(包括催化劑中毒失效)，反應溫度過高等。
發明內容為解決現有技術中廢氣處理催化劑成本問題，本發明提供了一種不需催化劑、且去除效率高的含一氧化氮廢氣的生物處理方法。
為達到發明目的本發明采用的技術方方案是一種含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，所述的方法是對硝化細菌菌種進行擴增培養15～20天后，將所得到的混合菌液噴灑于生物填料上，制得有生物膜的填料，使所述的含一氧化氮的廢氣通過有生物膜的填料以除去廢氣中的一氧化氮。
所述含一氧化氮的廢氣通過有生物膜的填料同時添加維持菌群代謝所需的營養液和有機碳源。所述有機碳源通常選用葡萄糖。
所述的生物氧化處理方法尤其適用于所述的廢氣中一氧化氮濃度小于200mg/m3的情況，經處理后的廢氣能達到一氧化氮排放標準。
所述的硝化細菌菌種為下列之一或其兩種或兩種以上任意比例的混合物①純菌種 ②活性污泥 ③活性污泥上清液 ④混合菌液⑤廢氣污染周圍的土壤或水的提取物 ⑥微生物制劑。
所述硝化細菌擴增培養的營養液可為質量比5∶1的133.93mg/m3的NaNO2和2.67mg/m3的K2HPO4營養液混合物，分別作為氮源和磷源。
所述的生物填料為多孔炭質材料，如名為Carbon Foam的多孔炭質材料。
具體的，所述的方法按如下步驟進行(1)在活性污泥中添加培養基，133.93mg/m3NaNO2和2.67mg/m3K2HPO4的營養液按5∶1的比例混合，分別作為氮源和磷源，在溫度為25℃的培養瓶內進行連續曝氣，不斷通入氧氣來進行對活性污泥中硝化細菌的馴化與培養；(2)15～25天，經檢測有目標產物(NaNO3)出現，繼續培養，添加一定量的有機碳源，富集培養；(3)將馴化出的菌液倒入接種盆中，填料選擇多孔炭質材料，掛膜持續80～100天；(4)掛膜后的多孔填料裝填入過濾系統的過濾柱內，保持過濾柱中的pH值為7.0～7.5，使含一氧化氮的廢氣通過過濾柱。
為保持氣體濕度，所述的方法步驟(4)中可使含一氧化氮的廢氣與氣溶膠一起自上而下通過過濾柱。所述的氣溶膠可來自于超聲氣溶膠發生器。
本發明所述的含一氧化氮廢氣的生物處理方法的有益效果主要體現在(1)該方法采用的填料壓降小，比表面積大，所能承受的生物量大，適合處理大流量含NO廢氣；(2)處理效率高添加有機碳源后，去除效率能達到90％以上；(3)特別適用于低濃度NO廢氣，去除效率能穩定在90％以上，在對于中高濃度的NO廢氣效率也能達到70％左右；(4)操作在常溫下進行，操作條件簡單，經濟實用。
圖1為本發明所采用的掛膜系統流程示意圖；圖2為本發明所采用的處理系統流程示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述
實施例1步驟(1)在活性污泥(5L)中添加培養基，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/m3K2HPO4-P的營養液按5∶1的比例混合，分別作為氮源和磷源，然后在溫度為25℃的培養瓶內進行連續曝氣，不斷通入氧氣來進行對活性污泥中硝化細菌的馴化與培養。
(2)約20天后，經檢測有目標產物(NaNO3)出現，繼續培養，添加5g葡萄糖，富集培養。
(3)掛膜階段將步驟(2)所得菌液倒入接種盆中，接種盆由有機玻璃制成，如圖1所示，菌液經泵加壓，然后經布液器淋灑到接種盆中的生物填料上。填料選用名稱為Carbon Foam的多孔炭質材料，掛膜持續約3個月。
(4)掛膜后的多孔填料裝填入如圖2所示的過濾柱內，該過濾系統包括3個內徑為50.8mm的聚丙烯圓柱體，濾料層高為305mm。并采用一個超聲氣溶膠發生器，將其置于一個單獨的圓柱體內的水面下，通電后發生氣溶膠，并將該氣溶膠與NO進口氣流一起自上而下被輸送至過濾柱中來保持氣體濕度。采用NO進口管道中的質量流量儀和出口管道中的轉子流量計來調節NO的濃度和氣量。過濾柱的頂部裝有噴嘴，在NO氣體停止輸入時，采用管道泵通過該噴嘴定時、自動地添加營養液和有機碳源(葡萄糖)以維持菌群的代謝；噴嘴還可用作噴淋緩沖溶液(6g/L NaHCO3溶液)來保持生物過濾器中的pH值在7.0～7.5范圍內，以滿足自養硝化菌所要求的微堿性環境。
采用該生物濾床工藝處理實驗室模擬廢氣，一氧化氮濃度為130mg/m3，停留時間為2.6min，實驗室模擬廢氣為一氧化氮與空氣混合物，先將混合罐排空后，一氧化氮與空氣進入混合罐混合，然后混合氣體進入氣溶膠發生器上的圓柱體中，與氣溶膠一同自上而下進入過濾柱中，廢氣的去除效率結果表明在去除的啟動階段(第一個星期)，去除效率達80％左右，此后去除效率有所提高，12天后穩定在91％～93％。
實施例2步驟(1)在廢氣污染周圍的土壤與水的提取物混合物(5L)中添加培養基，其中含(NH4)3SO4(10g)、FeSO4(1g)、K2HPO4(5g)、MgSO4(2.5g)、NaCl(10g)、CaCO3(5g)，133.93mg/m3NaNO2-N和2.67mg/m3K2HPO4-P的營養液按5∶1的比例混合，分別作為氮源和磷源，然后在溫度為25℃的培養瓶內進行連續曝氣，不斷通入氧氣來進行對活性污泥中硝化細菌的馴化與培養。
(2)約15天后，經檢測有目標產物(NaNO3)出現，繼續培養，添加5g的葡萄糖，富集培養。
(3)掛膜階段將馴化出的菌液倒入接種盆中，接種盆由有機玻璃制成，如圖1所示。填料選擇名為Carbon Foam的多孔炭質材料。掛膜持續約2個月。
(4)掛膜后的多孔填料裝填入如圖2所示的過濾系統內，該過濾系統包括3個內徑為50.8mm的聚丙烯圓柱體過濾柱，濾料層高為305mm。并采用一個超聲氣溶膠發生器，將其置于一個單獨的圓柱體內的水面下，通電后發生氣溶膠，并將該氣溶膠與NO進口氣流一起自上而下被輸送至過濾柱中來保持氣體濕度。采用NO進口管道中的質量流量儀和出口管道中的轉子流量計來調節NO的濃度和氣量。每個過濾柱的頂部裝有噴嘴，在NO氣體停止輸入時，采用管道泵通過該噴嘴定時、自動地添加營養液和有機碳源(葡萄糖)以維持菌群的代謝；噴嘴還可用作噴淋緩沖溶液(6g/LNaHCO3溶液)來保持生物過濾系統中的pH值在7.0～7.5范圍內，以滿足自養硝化菌所要求的微堿性環境。
采用該生物處理工藝處理實驗室模擬廢氣，一氧化氮濃度為150mg/m3，停留時間為3.0min，廢氣的去除效率結果表明在去除的啟動階段(第一個星期)，去除效率達85％左右，此后去除效率有所提高，14天后穩定在92％～95％。
實施例3步驟(1)在5L培養基，其中含(NH4)3SO4(10g)、FeSO4(1g)、K2HPO4(5g)、MgSO4(2.5g)、NaCl(10g)、CaCO3(5g)，添加硝化細菌菌種與活性污泥上清液1∶1質量比的混合物50mL，133.93mg/m3NaNO2-N和2.67mg/m3K2HPO4-P的營養液按5∶1的比例混合，分別作為氮源和磷源，然后在溫度為25℃的培養瓶內進行連續曝氣，不斷通入氧氣來進行對活性污泥中硝化細菌的馴化與培養。
(2)約15天后，經檢測有目標產物(NaNO3)出現，繼續培養，添加一定量5g的葡萄糖，富集培養。
(3)掛膜階段將步驟(2)所得菌液倒入接種盆中，接種盆由有機玻璃制成，如圖1所示。填料選擇名為Carbon Foam的多孔炭質材料。掛膜持續約3個月。
(4)掛膜后的多孔填料裝填入如圖2所示的過濾系統內，該過濾系統包括3個內徑為50.8mm的聚丙烯圓柱體過濾柱，濾料層高為305mm。并采用一個超聲氣溶膠發生器，將其置于一個單獨的圓柱體內的水面下，通電后發生氣溶膠，并將該氣溶膠與NO進口氣流一起自上而下被輸送至過濾柱中來保持氣體濕度。采用NO進口管道中的質量流量儀和出口管道中的轉子流量計來調節NO的濃度和氣量。每個過濾柱的頂部裝有噴嘴，在NO氣體停止輸入時，采用管道泵通過該噴嘴定時、自動地添加營養液和有機碳源(葡萄糖)以維持菌群的代謝；噴嘴還可用作噴淋緩沖溶液(6g/LNaHCO3溶液)來保持生物過濾系統中的pH值在7.0～7.5范圍內，以滿足自養硝化菌所要求的微堿性環境。
采用該生物處理工藝處理實驗室模擬廢氣，一氧化氮濃度為100mg/m3，停留時間為1.5min，廢氣的去除效率結果表明在去除的啟動階段(第一個星期)，去除效率達80％左右，此后去除效率有所提高，14天后穩定在90％～92％。
權利要求
1.一種含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，其特征在于所述的方法是對硝化細菌菌種進行擴增培養15～20天后，將所得到的混合菌液噴灑于生物填料上，制得有生物膜的填料，使所述的含一氧化氮的廢氣通過有生物膜的填料以除去廢氣中的一氧化氮。
2.如權利要求1所述的含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，其特征在于所述含一氧化氮的廢氣通過有生物膜的填料同時添加維持菌群代謝所需的營養液和有機碳源。
3.如權利要求3所述的含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，其特征在于所述有機碳源為葡萄糖。
4.如權利要求1所述的含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，其特征在于所述的廢氣中一氧化氮濃度小于200mg/m3。
5.如權利要求1～4所述的含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，其特征在于所述的硝化細菌菌種為下列之一或其兩種或兩種以上任意比例的混合物①純菌種②活性污泥 ③活性污泥上清液 ④混合菌液⑤廢氣污染周圍的土壤或水的提取物 ⑥微生物制劑。
6.如權利要求5所述的含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，其特征在于所述硝化細菌擴增培養的營養液為質量比5∶1的133.93mg/m3的NaNO2和2.67mg/m3的K2HPO4營養液混合物。
7.如權利要求5所述的含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，其特征在于所述的生物填料為多孔炭質材料。
8.如權利要求1所述的含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，其特征在于所述的方法按如下步驟進行(1)在活性污泥中添加培養基，133.93mg/m3NaNO2和2.67mg/m3K2HPO4的營養液按5∶1的比例混合，分別作為氮源和磷源，在溫度為25℃的培養瓶內進行連續曝氣，不斷通入氧氣來進行對活性污泥中硝化細菌的馴化與培養；(2)15～25天，經檢測有目標產物(NaNO3)出現，繼續培養，添加一定量的有機碳源，富集培養；(3)將馴化出的菌液倒入接種盆中，填料選擇多孔炭質材料，掛膜持續80～100天；(4)掛膜后的多孔填料裝填入過濾系統的過濾柱內，保持過濾柱中的pH值為7.0～7.5，使含一氧化氮的廢氣通過過濾柱。
9.如權利要求8所述的含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，其特征在于所述的方法步驟(4)使含一氧化氮的廢氣與氣溶膠一起自上而下通過過濾柱。
10.如權利要求9所述的含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，其特征在于所述的氣溶膠來自于超聲氣溶膠發生器。
全文摘要
本發明提供了一種含一氧化氮的廢氣的生物氧化處理方法，所述的方法是對硝化細菌菌種進行擴增培養15～20天后，將所得到的混合菌液噴灑于生物填料上，制得有生物膜的填料，使所述的含一氧化氮的廢氣通過有生物膜的填料以除去廢氣中的一氧化氮。本發明所所述的方法采用的填料壓降小，比表面積大，所能承受的生物量大，適合處理大流量含NO廢氣；處理效率高添加有機碳源后，去除效率能達到90％以上；特別適用于低濃度NO廢氣，去除效率能穩定在90％以上，在對于中高濃度的NO廢氣效率也能達到70％左右；操作在常溫下進行，操作條件簡單，經濟實用。
文檔編號B01D53/56GK1724123SQ200410067348
公開日2006年1月25日 申請日期2004年10月21日 優先權日2004年10月21日
發明者陳建孟, 王家德, 鐘衛鴻, 馬建峰, 陳浚, 朱潤曄 申請人:浙江工業大學