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厌氧氨氧化烟气脱硝工艺的探讨

北极星环保网来源:化工进展 丁爽2018/2/12 9:43:52我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:厌氧氨氧化 脱硝工艺 烟气脱硝

3厌氧氨氧化烟气脱硝工艺所面临的关键问题

从实现途径角度出发,厌氧氨氧化烟气脱硝工艺所面临的关键问题主要有以下两方面。

(1)相态转移问题利用厌氧氨氧化工艺实现烟气脱硝的关键的步骤在于让一氧化氮参与到厌氧氨氧化菌的代谢过程中。工业烟气一般气量巨大,如果直接让烟气中一氧化氮与微生物反应,势必需要设计出大气量、低压降的脱硝装置来满足实际生产需求。如前所述,利用化学吸收法将气相中一氧化氮转化为液相中络合态一氧化氮是解决办法之一。

这样既可以利用化学吸收剂快速、稳定地将一氧化氮从气相中脱除,又能将吸收尾液用于后续厌氧氨氧化反应。传统的生物法烟气脱硝技术也有很多案例是利用化学吸收耦合反硝化进行烟气脱硝,该工艺的原理是首先采用亚铁型络合剂Fe(Ⅱ)L(L为络合剂)吸收烟气中一氧化氮,然后再利用反硝化菌和铁氧化菌等分别实现脱硝和络合剂的再生。络合剂Fe(Ⅱ)L包括Fe(Ⅱ)EDTA、Fe(Ⅱ)Cit等几种类型。故可以借鉴络合吸收的思路,采用Fe(Ⅱ)L络合剂吸收一氧化氮,再与废水中的铵反应生成氮气。

(2)菌种培养条件脱硝微生物是开发厌氧氨氧化烟气脱硝工艺的基础。工艺参数的设置也是围绕如何更好地培养功能菌,促进其代谢过程。微生物培养条件中最重要的参数包括需氧型、温度、pH、底物浓度等。

厌氧氨氧化菌的生境为缺氧或厌氧环境,研究表明在氧气体积分数为0.5%~2.0%的空气条件下,厌氧氨氧化菌被完全抑制。在实际生产过程中,烟气中存在一定浓度的氧气,这可能会对厌氧氨氧化菌的代谢产生不利影响。

对于该问题可以通过混培体系中硝化细菌和厌氧氨氧化菌的协同作用来解决。硝化细菌可以消耗氧气,为厌氧氨氧化菌创造厌氧环境,厌氧氨氧化菌则能够在厌氧条件下把铵和一氧化氮转化为氮气。厌氧氨氧化菌生长的最适温度为30~35℃,温度过高会对生物法烟气脱硝产生不利影响。

在实际生产过程中,烟气出口温度一般为140~150℃。对于该问题可通过设置间壁式换热器的方式解决。以水为冷却介质,一方面回收了部分热能,另一方面可以将烟气温度降至厌氧氨氧化菌的最适温度。此外,换热过程中要注意由于烟气冷凝造成的管道腐蚀问题。

厌氧氨氧化菌生长的最适pH为6.7~8.3。在实际生产过程中,烟气在进行烟气脱硫除尘后仍会有少部分二氧化硫。二氧化硫进入水相后会影响水相中pH的变化,进而对可能脱硝过程产生影响。对于该问题需要通过监控液相pH变化和添加适量碱液来解决。厌氧氨氧化菌可以耐受一定浓度的一氧化氮,并能利用一氧化氮进行代谢。同时厌氧氨氧化菌也需要硝化细菌等为其创造厌氧环境,而硝化细菌却容易受一氧化氮的抑制。

如何利用各个菌群的协同作用形成稳定的混培体系是需要解决的重要课题。此外,烟气中其他抑制物(如重金属等)也是需要攻克的重点问题之一。

4结语与展望

氮氧化物是导致我国大气污染问题的重要原因之一。生物法烟气脱硝技术是削减氮氧化物的技术手段之一。从生物圈氮素循环出发,能够实现氮氧化物转化为氮气的途径主要是反硝化作用和厌氧氨氧化作用。这为利用厌氧氨氧工艺实现烟气脱硝提供了出发点。

厌氧氨氧化的生化反应模型中指出一氧化氮是厌氧氨氧化反应的中间产物,在联氨合成酶的作用下可以和铵反应生成联氨,进而在联氨水解酶的作用下转化为氮气。这为以厌氧氨氧化作用为基础为开发新型生物烟气脱硝技术提供了理论可能。

在利用厌氧氨氧化工艺进行烟气脱硝时有两种途径:第一,作为主流物化法的辅助手段,即运用厌氧氨氧化工艺去处理此部分物化法脱硝尾液,以降低烟气脱硝的后续污水处理的成本;第二,为主要的处理手段,直接利用厌氧氨氧化工艺处理烟气中氮氧化物。考虑到传质过程和实际应用情况,化学吸收耦合厌氧氨氧化的联合工艺是未来重要的研究方向之一。

在该工艺中,需要解决两个关键问题:

第一,相态转移问题,即如何将气态中的一氧化氮转移至水相,保证烟气中氮氧化物稳定高效的脱除,络合吸收剂的选择与再生问题也值得深度研究;第二,菌种培养问题,即如何能够实现不同生理特性的功能菌群协同生长,发挥各自功能属性,高效解决氮素的脱除问题。

其中,工艺参数温度、pH、络合态基质浓度以及抑制物的影响均有待解决。此外,采用何种反应装置对于菌种的培养也十分重要。传统的生物法烟气脱硝工艺所采用的反应器主要包括生物滤池、生物滴滤塔、生物洗涤塔、生物转盘、生物填料塔等;对于厌氧

氨氧化烟气脱硝工艺,设计出大气量、低压降的脱氮装置对该工艺的应用十分重要。

目前,厌氧氨氧化工艺在烟气脱硝领域报道仍较少。但是在废水处理领域,厌氧氨氧化工艺已成功应用于污泥消化液

等废水的处理中,具有相当高的技术经济性。如能够解决上述厌氧氨氧化烟气脱硝工艺的瓶颈问题无疑为开发高效、经济的生物法烟气脱硝技术提供了新思路。

延伸阅读:

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