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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

北极星环保网讯:以反硝化作用为基础的生物法烟气脱硝工艺具有脱硝效率较高、工艺设备简单、建设运行成本低等优点,但是也存在需要外加电子供体、释放温室气体(一氧化二氮)等问题。以厌氧氨氧化作用为基础开发的新型生物法烟气脱硝工艺有望解决以上问题。

脱硝工艺

本文从氮素循环角度出发,指出了厌氧氨氧化作用和反硝化作用在生物脱硝方面具有相似性。以厌氧氨氧化的生化反应模型为依据,探讨了厌氧氨氧化烟气脱硝工艺的可行性,并提供了相应的事实依据。以传质和反应过程为基础,分析了厌氧氨氧化烟气脱硝工艺可能的实现途径和面临的关键问题。

文中指出,利用厌氧氨氧化作用可将铵和一氧化氮转化为联氨,联氨进一步分解为氮气,从而实现烟气脱硝。考虑到烟气处理量大的特点,厌氧氨氧化烟气脱硝工艺的实现途径是先通过化学吸收将气相中的一氧化氮转移至液相,而后通过厌氧氨氧化反应实现氮素的脱除。厌氧氨氧化烟气脱硝工艺所面临的关键问题主要是相态转移问题和菌种培养问题,涉及化学吸收剂的选择和再生、脱氮菌群的协同培养等。

近年来,以酸雨、灰霾、光化学烟雾等为代表的大气污染问题频发,严重危害了人们的健康和生活。其中,氮氧化物是导致以上大气污染问题的重要元凶之一。2015年《中国环境状况公报》显示,我国氮氧化物排放总量高达1851.8万吨,其中火电、石油、钢铁、水泥等工业源的排放量约占67%。

因此,削减由工业源排放的氮氧化物是解决我国大气污染问题的重要途径。目前,烟气脱硝技术是应用最广且行之有效的控制技术,可分为物化法和生物法。物化法以较高的能耗和物耗为代价进行烟气脱硝,不符合可发持续发展的理念。相比之下,生物法具有脱硝效率较高、工艺设备简单、建设运行成本低、无二次污染等优点,具有广阔的应用前景。

传统生物法烟气脱硝工艺源自废水生物脱氮领域,其主要过程是利用反硝化作用将烟气中的氮氧化物转化为氮气,从而达到脱硝的目的。该过程中,小部分的氮氧化物通过合成代谢将转化为微生物的细胞物质;大部分的氮氧化物通过反硝化作用转化为氮气。

反硝化作用的功能菌主要是反硝化菌,多为异养菌,该过程需要外加有机碳源来实现反硝化过程。如果外加有机碳源的添加量不足时,则会导致中间产物一氧化二氮积累和排放。因此,传统生物法烟气脱硝工艺存在需要外加碳源、温室气体一氧化二氮的排放等问题。近二十年来,废水生物脱氮理论飞速发展,以厌氧氨氧化工艺为代表的新型生物脱氮工艺涌现,其技术经济性明显优于以硝化-反硝化为核心的传统生物脱氮技术。

2007年,荷兰鹿特丹污水处理厂运用厌氧氨氧化工艺成功对污泥消化液进行了脱氮处理,其容积氮去除速率为9.50kg/(m3-d),远远高于传统硝化-反硝化工艺[0.23~0.50kg/(m3-d)];其处理成本约为€0.75/kg,远低于传统生物脱氮工艺的€2~5/kg。

厌氧氨氧化和反硝化作用的最终产物都是氮气,而厌氧氨氧化反应不需要外加有机电子供体,且已经证实厌氧氨氧化工艺在废水脱氮中兼具经济、高效的优点,将厌氧氨氧化工艺应用于研究开发新型、高效的生物法烟气脱硝工艺,同时可解决传统生物法烟气脱硝工艺存在的问题。

因此,本文从氮素循环出发,探讨了研究开发厌氧氨氧化烟气脱硝工艺的可行性,分析了厌氧氨氧化烟气脱硝工艺可能的实现途径和面临的关键问题,以期为开发高效、经济的生物法烟气脱硝工艺提供参考。

1厌氧氨氧化烟气脱硝工艺的可行性

氮素循环为开发生物法烟气脱硝工艺提供了最直接的参考。如图1所示,从相态角度出发,如果将气相中的氮氧化物去除就达到了烟气脱硝的目的,那么采用好氧法是可以实现该过程的,即采用短程硝化作用、全程硝化作用或单步硝化作用将烟气中的氮氧化物氧化为亚硝酸盐或硝酸盐并转移至水相中。

脱硝工艺

但该过程只是污染物形式的转变,如不进行后续处理,会造成二次污染。微生物的同化作用也能消耗部分氮氧化物,但其合成量十分有限。如果考虑二次污染问题和处理能力,脱除烟气中氮氧化物最理想的方式是将其转化为氮气。

如图1所示,反硝化作用和厌氧氨氧化作用均能够实现这一过程。传统的生物法烟气脱硝工艺就是在反硝化作用的基础之上形成的。厌氧氨氧化作用与反硝化作用均是实现氮素还原的生物反应过程。因此,可借鉴传统生物法烟气脱硝工艺开发基于厌氧氨氧化作用的新型生物法烟气脱硝工艺。

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