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生石灰粉生物还原联合法去除烟气中NO工艺

发布时间:2024-09-12 11:53人气:

因此络合吸收耦合厌氧氨氧化过程中Fe(II)浓度的控制会同时影响到NO的络合吸收量、厌氧氨氧化菌活性两方面,公道调控Fe(II)浓度使络合吸收耦合厌氧氨氧化达到最优脱硝效果是未来晋升该耦合工艺脱硝效率重要的研究内容。 
 
 
 
温度是影响化学吸收和反硝化过程中的重要因素,络合吸收时不同温度会对络合剂的转换、NO的溶解度、NO的吸收速率等产生影响,在反硝化过程中温度会影响反硝化菌活性、去除NO机能等。但该法存在络合剂易失效、络合剂生物还原效率低等题目,采用电极生物膜以及海绵铁等强化手段可有效应对该题目。研究表明温度从15°C上升至22°C时,反硝化效果增强,氨氮的均匀去除率从88.3%上升至98.7%。张春燕等人总结了络合吸收生物还原反应器的运行机制并从反应器构型的优化、菌种的选育等方面进行了讨论,提出目前络合吸收生物还原去除NO的枢纽步骤是O2氧化Fe(II)EDTA和Fe(III)EDTA的还原。生物法能有效去除NO,但NO气液传质效率低成为限制该方法发展的重要因素。络合剂还原再生方面,He等研究得到30-60°C下Fe(II)EDTA-NO的还原速率跟着温度的增加而进步,即升高温度能促使亚铁络合剂的还原再生。但是升温会导致亚铁更轻易被氧化,因此在确定温度时应考虑到温度对生物化学两方面影响。 Ding等人研究了4种Fe(II)浓度(0.03、0.09、0.12和0.75mmol/L)对厌氧氨氧化菌活性的影响,发现当Fe(II)浓度为0.75mmol/L时厌氧氨氧化菌活性就会受到可恢复性按捺。此外,化学吸收耦合反硝化的研究内容涉及模型模拟以及工艺的放大计算相关研究,但化学吸收耦合厌氧氨氧化在这方面研究较少,将是一个很有意义的研究方向。另外,Li等人进行了Fe(II)EDTA耦合反硝化过程NO转化途径的研究以及氮平衡分析,发现Fe(II)EDTA-NO和NO2被氧化成NO2-和NO3-随后通过反硝化菌还原为N2,75%的氮以气相形式排放。然而Fe(III)EDTA的生物还原过程也会不断消耗OH导致体系pH降低,因此在络合吸收生物还原工艺中应设置pH调节和监控装置以保证体系pH控制在理想范围内。耦合实际运行过程中Fe(III)与Fe(II)的开始沉淀pH分别为2.7、5.8,这就意味着在厌氧氨氧化菌相宜的pH范围内会产生铁沉淀,其会包裹在微生物表面长期则会形成铁壳影响微生物活性,这成为该工艺需要克服的题目。 
 
 
 
1.2 生物还原去除烟气中NO技术
 
 
 
目前在产业上应用较广的化学还原技术是SCR法。目前的研究表明电极生物膜能够强化NO的生物还原过程,但如何增加阴极产氢效率、进步生物膜的附着面积以进步生物还原能力也将成为进一步的研究方向。 pH<4时,铁主要以Fe(II)HEDTA形式存在,对NO没有吸收能力;4<pH<时二价铁络合物以Fe(II)EDTA形式存在有利于NO的吸收,而反硝化菌生长的最适pH为7-8.5,综合化学与反硝化两方面考虑体系pH维持在7左右为宜。未来研究络合吸收耦合反硝化去除NO中吸收液的还原效率以及机理、寻找抗氧化机能更优、可轮回利用、有更大NO吸收留量的新型吸收剂是一个重要的研究方向。本文先容典型化学、生物还原法去除NO的研究进展,综述络合吸收耦合反硝化和耦合厌氧氨氧化法去除烟气中NO机理、强化手段、影响因素研究,并对比分析两种工艺,最后分析方法联合去除NO和汞(Hg)、NO和多环芳烃(PAHs)的可行性,指出值得进一步研究的题目,以便为发展新型化学生物联合工艺实现烟气脱硝提供参考。反硝化法是利用反硝化菌在一氧化氮还原酶(Nor)、氧化亚氮还原酶(Nos)作用下将NO还原为N2O进一步还原为N2;厌氧氨氧化法则是利用厌氧氨氧化菌(anaerobicammoniaoxidationbacteria,AnAOB)将NO和NH3在联氨合成酶(HZS)和联氨脱氢酶(HDH)的作用下将NO转化为N2。此外,用模型模拟该工艺以及工艺的放大计算等也不断有研究者进行探索,Zhao等人根据化学吸收生物还原两段体系系统建立了基于稳态速率的模型,利用实验数据进行模型的开发,并将其应用于14MW燃煤蒸汽锅炉5×104m3/h烟气处理的设计。 Mak等人在文献中报道了导致厌氧氨氧化过程间断的Fe(II)浓度为0.192mmol/L。 
 
 
 
氧气通过影响Fe(II)EDTA对NO的络合能力、反硝化菌的生长、酶活性等按捺体系去除NO的机能。电极生物膜反应器的阳极产CO2,可被自养微生物利用合成简朴有机物,同时形成缓冲体系可维持体系pH,阴极将H2O还原为H2,微生物能够利用H2、阴极电子等将络合吸收剂还原。有研究者对该过程中起络合作用的Fe(II)进行研究,Fe(II)是厌氧菌生长所需的物质同时也是工艺中NO的吸收剂,Fe(II)浓度低会导致微生物活性降低、络合吸收NO效果弱,但其浓渡过高则会导致厌氧氨氧化活性受到按捺。已有用反硝化菌、微藻、厌氧氨氧化菌等去除NO的研究,但该法因NO传质效率低等题目而受限。氧气的存在会使施展络合作用的Fe(II)EDTA被氧化为Fe(III)EDTA,Fe(III)EDTA对NO没有较好的络合效果,导致NO的络合容量减小。 
 
 
 
生物脱硝是微生物将NO还原为N2或氧化为硝酸盐达到脱除烟气中NO的目的,如图1,生物还原去除烟气中NO技术包括反硝化、厌氧氨氧化技术等。这两方面使去除NO机能下降。 
 
 
 
在生物化学耦合去除NO反应机理方面,作者课题组研究发现除上述去除NO机理(图4)外有其他共存去除NO机制,即可能还存在Fe2+还原NO为N2的反应机制,这一观点的提出为生化耦合脱除NO机理解释提供了新思路。 
 
 
 
2.1.2 络合吸收耦合反硝化去除NO的影响因素
 
 
 
跟着络合吸收耦合反硝化去除NO法不断被研究,有学者用电极生物膜反应器(biofilm-electrodereactor,BER)强化络合剂生物还原过程。因为烟气中有氧存在,寻找具有优良抗氧化机能的吸收剂、好氧反硝化菌在工艺中的引入和应用是需要研究和突破的枢纽点也是络合吸收耦合反硝化发展的趋势。化学-生物还原联正当可用络合吸收剂进步NO传质效率,同时用微生物还原NO和络合吸收剂。 
 
 
 
pH会从H+浓度、铁存在形态、微生物活性、微生物代谢过程中的酶活性等方面影响耦合体系。一定浓度的NOx被人体吸入会对肺部产生刺激,诱发支气管炎等疾病,且NO会与血红蛋白结合破坏其对O2的运输能力危害人体健康;同时NO是形成光化学烟雾、酸雨以及破坏臭氧层的重要物质。 
 
 
 
1.1 化学还原去除烟气中NO技术
 
 
 
1、化学还原法和生物还原法去除烟气中NO技术
 
 
 
目前产业上常用去除NO的方法是选择性催化还原法(selectivecatalyticreduction,SCR),NO去除效率为70%-90%,但本钱高、催化剂易中毒。在吸收液生物还原研究方面,Xia等人研究表明H2是还原Fe(III)EDTA的主要电子供体,贡献在42%-61%的范围内,而葡萄糖的贡献约为39%-58%。 Li等人研究了有机碳源与H2还原Fe(III)EDTA的过程,发现向体系中加入葡萄糖后,氢自养型微生物则会直接利用有机碳避免耗H2,有利于H2对Fe(III)EDTA的还原。 Wang等在Fe(II)EDTA吸收与厌氧氨氧化还原NO研究中发现络合NO反应产生的硝酸盐比常规厌氧氨氧化产生的硝酸盐少提出猜想:其一是只有少量硝酸盐产生可能归因于缺乏碳酸氢盐固定于细胞物质中的反应,可能是络合NO按捺了该过程;其二是硝酸盐可能是有机电子供体的末端电子受体,在反应中被消耗。 
 
 
 
在络合吸收耦合反硝化去除NO过程中,pH、温度、氧含量、络合剂的浓度、烟气中硫酸盐含量等都会影响生物化学耦合体系去除NO的能力。目前产业上技术成熟、应用广泛的是高温催化剂V2O5-WO3(MoO3)/TiO2,处理300-400°C烟气时脱硝机能优胜,但钢铁、玻璃、水泥厂、产业锅炉等脱硝进口烟气温度较低,主要分布在100-300°C,高温催化剂无法知足低温脱除NO的需求,因此目前已有报道对低温选择性催化还原NO的铈基、铁基、铜基、催化剂进行总结,未来探寻低温、对环境友好的SCR催化剂成为研究热门。 
 
 
。化学-生物还原联正当去除烟气中NO(包括化学吸收耦合反硝化和化学吸收耦合厌氧氨氧化)因为有效利用化学络合剂吸收NO,弥补了直接生物法中NO传质效率低的缺陷,被以为是一种有远景的可替换SCR的脱硝技术,且已有大量报道,但目前总结该方面研究进展的文献并未几见。另外,反硝化菌多为兼性厌氧细菌,有氧前提下反硝化菌会先利用溶解氧作为电子受体使反硝化机能减弱。 Liu等发现Fe(III)EDTA在生物阴极中的还原效率比在非生物阴极中高15%,且Fe(III)EDTA的衰减符合一阶动力学模型;Fe(II)EDTA-NO在生物阴极中的衰减则更符合二阶动力学模型。生物还原法因其二次污染小等上风已被用在烟气NO去除研究中。化学-生物还原联正当同时去除NO、Hg和PAHs以及Fe(II)EDTA与NO之间的生物、化学氧化还原机理是未来值得进一步研究的方向。本文主要阐述pH、温度以及氧气对NO去除的影响。 
目前海内外对烟气中NO去除的研究已有较大进展,已广泛应用的SCR脱硝技术存在运行本钱高、催化剂失效等题目,当下研究热门是开发低温、环境友好的SCR新型催化剂。 SCR技术脱除NO效率可达到70%-90%,催化剂是该技术的核心,根据相宜温度不同可分为高温催化剂(300-400°C)和低温催化剂(100-300°C)。 
 
 
 
2.1.1 络合吸收耦合反硝化去除NO的强化手段
 
 
 
现有的络合吸收耦合反硝化法对NO去除率在90%-95%范围内。 Lin等人对络合吸收耦合反硝化的吸收剂还原动力学模型进行研究,得到固定化细菌还原Fe(III)EDTA和Fe(II)EDTA-NO的过程符合一级动力学模型。络合吸收耦合反硝化中Fe(II)EDTA络合效果最优,因此Fe(II)EDTA是有关研究中最常选用的络合剂。 
 
 
 
大量化石能源的使用导致氮氧化物(NOx,主要为NO2和NO)过度排放,已引起了广泛关注。烟气中85%-90%的NOx以NO形式存在,因此寻找经济有效的技术去除NO成为烟气脱硝的首要任务。
 

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