RDB反应器反硝化去除一氧化氮的工艺和机理研究

摘要

氮氧化物(NO<,x>)是主要的大气污染物之一，传统的物化治理方法存在成本高、二次污染以及操作维护困难等缺点。生物法被认为是一种绿色、安全、低耗的废气治理技术，其中新型生物转鼓(RDB)净化有机废气在国外已受到了高度关注，而其在NO<,x>废气净化领域的研究却鲜见报道。 本研究采用自制RDB反应器处理模拟NO废气(通常NO占NO<,x>的95％以上)，考察其反硝化性能，探明NO的转化途径及去除过程，并初步探讨了过程中N素的平衡。 结果表明，RDB易快速启动并具有稳定运行的特性。在温度25℃～30℃、pH 6.5～7.5、鼓转速0.5 r/min、EBRT 86.4s、营养液量5 L、营养液更新0.2 L/d的条件下，系统30 d内即挂膜成功；在连续运行5个月期间，进气NO浓度为120～584 mg/m<'3>，去除率稳定维持在60％～85％(平均68.7％)，去除负荷达到5～18 g/m<'3>·h(平均11.6 g/m<'3>·h)。 转速和营养液量决定着RDB生物膜表面的液膜厚度和更新速率，NO去除率在转速0.5 r/min时达到最大值，而营养液量控制在1.3～3.0 L则比较合理。空床停留时间(EBRT)是一个重要的影响因素，温度对NO去除率的影响并不明显，而pH 8最利于NO的生物去除。作为反硝化碳源，葡萄糖效果最佳，醋酸钠次之，甲醇最差；而过量碳源并不能有效改善NO去除率，反而增加运行费用。另外，增加NO<,x>的氧化度可提高系统去除效率，过高的盐份浓度(>13600 mg/L)则会对NO的去除产生抑制。借助电镜和微生物学实验，系统中反硝化菌包括脱氮副球菌和生丝微菌属。气液传质是NO反硝化反应的控速步骤，本研究探讨了优化去除效果和指导工程应用各种措施。NO在RDB中的转化包括化学氧化和生物净化两个过程，采用GC-MS检测到中间产物N<,2>O，假设N<,2>转化率后，对以上两个过程的N素平衡开展了讨论，结果表明系统气、液相中N元素进入量和流出量基本守恒。研究表明，RDB在去除NO<,x>废气领域具有潜在的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章课题背景与研究目的

1.1课题背景

1.2研究内容和目的

1.3课题来源

第二章文献综述

2.1 NOx及其污染控制技术

2.1.1 NOx的来源及危害

2.1.2 NOx的物化性质

2.1.3 NOx的污染控制技术

2.2废气生物过滤反应器类型

2.2.1传统生物过滤反应器

2.2.2生物转鼓过滤反应器

2.3等离子体技术与光催化氧化处理NOx的研究

2.3.1等离子体技术处理NOx的研究

2.3.2光催化氧化技术处理NOx的研究

第三章实验装置与方法

3.1实验装置及填料

3.1.1生物转鼓反应器

3.1.2培菌装置

3.1.3等离子体反应器

3.1.4生物填料

3.2分析方法和实验仪器

3.2.1气相NOx浓度测定

3.2.2 N2O的测定

3.2.3液相及其他参数测定

3.3实验方案

3.3.1化学氧化实验

3.3.2菌液培养

3.3.3 RDB的挂膜和运行

3.3.4实验进度安排

第四章RDB的NO去除规律的实验研究

4.1启动阶段的NO去除规律

4.2运行稳定阶段的NO去除情况

4.3 RDB内对NO去除效果的影响因素研究

4.3.1转速和营养液量的影响

4.3.2进气浓度和EBRT的影响

4.3.3进气负荷对去除效果的影响

4.3.4 NOx氧化度对NO去除率的影响

4.3.5盐份对NO去除率的影响

4.3.6营养液更换率对NO去除率的影响

4.3.7不同碳源和碳量对NO去除率的影响

4.3.8温度对NO去除率的影响

4.3.9 pH对NO去除率的影响

4.4微生物学研究

4.4.1生物膜电镜分析

4.4.2菌属分析

4.5小结

第五章提高RDB的NO废气净化效率探索

5.1提高NO去除率的探索

5.1.1气相、液相反硝化去除效果的比较

5.1.2添加FeⅡEDTA等络合剂对NO去除率的影响

5.1.3采用预处理技术

5.2指导工程应用的探索

5.2.1系统停运后重启的恢复情况

5.2.2 pH控制问题

5.2.3添加P源对挂膜的影响

5.2.4填料压实堵塞问题

5.2.5生活污水作为营养液

5.2.6工业化可行性分析

5.3小结

第六章RDB的NO去除机理分析

6.1 RDB的NO去除过程分析

6.1.1RDB的NO的化学氧化去除过程

6.1.2RDB的NO生物转化过程

6.2RDB的NO转化途径

6.3RDB中的N平衡初探

6.3.1化学氧化N平衡

6.3.2生物转化N平衡

6.4小结

第七章结论与建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

致谢

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