论文部分内容阅读
工业化发展对煤炭等化石燃料的需求量不断增加,燃料燃烧排放的烟气中含有大量的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)气体,是大气污染的主要污染物之一。本课题以填料塔内微生物的循环营养液为研究对象展开实验,在生物法脱硫脱氮的基础上,将液相下的催化氧化与微生物的生物生化作用结合起来,通过添加少量Fe2+、Mn2+、Zn2+、Al3+金属离子,建立液相催化氧化—生物法同时净化烟气中的SO2和NOx的实验系统。系统的温度、喷淋量、SO2和NOx的进口气体浓度、气体流量等因素,在前期探索实验中已作优化。本实验在最佳操作条件下,通过考察不同配方微生物营养液对液相催化氧化—生物法同时净化SO2和NOx系统的净化效率性能的影响,确定实验所需的最佳营养液配方;利用分子生物学方法,研究填料塔系统内生物膜净化NOX菌群的结构演替与特性；最后,对添加最佳微生物营养液的液相催化氧化—生物法烟气净化系统进数学模拟,初步分析液相催化氧化—生物法同时净化SO2和NOx系统的动力性模型。主要研究成果包括：(1)选取的三种适宜配方营养液进行对比实验,结果表明生物填料塔系统在添加不同的微生物营养液时,SO2的净化效率均能达到100%；循环营养液配方为S粉、MgSO4·7H2O、K2HPO4·3H2O和KH2PO4时NOx的净化效率最高,可达74.76%。将K2HPO4·3H2O和KH2PO4的浓度配比作为一个考察因素,选用L9(34)正交表进行正交试验,根据正交试验结果,分析得出对NOx净化效率的影响顺序及最优配比为：S粉(0.45g/L)> MgSO4·7H2O(0.30g/L)> K2HPO4·3H2O:KH2PO4(0.75g/L:0.50g/L),并通过试验验证所得最优配比是可信的。最终,获得各组分的最优配比分别为：S粉(0.45g/L)、MgSO4·7H2O (0.30g/L)、K2HPO4·3H2O(0.75g/L)、KH2PO4(0.50g/L).(2)在添加了最佳配方的生物膜填料塔系统的净化效率达到稳定时,提取填料塔内驯化后的微生物样品,与添加的微生物原菌样进行对比研究。分别对样品提取总的DNA,进行16S rRNA基因扩增,并采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)法,分析系统内生物膜的菌群结构特性。获得液相催化氧化—生物膜填料塔系统中的优势菌群为Vibrionimonas magnilacihabitans、Nitrosomonas sp.、Pseudomonas brenneri、Brocadia spp.和Haliangiaceae;菌群中Nitrosomonas sp.、Brocadia spp.、Pseudomonas brenneri和Haliangiaceae的菌量最多,添加的营养液能促进该四种细菌的生长。(3)在“吸附—生物膜”理论的基础上,建立液相催化氧化—生物填料塔系统净化SO2和NOx的动力学数学模型,利用实验数据可以计算出生物填料塔系统内,SO2和NOx的生化降解反应速率常数分别为833.3g/(m3·h)和588.2g/(m3·h),生物膜表面吸附系数分别为0.019m3/g和0.018m3/g。通过验证生物膜填料塔系统对SO2和NOx的生化去除量、SO2和NOx的净化效率和出口处SO2和NOx气体浓度的实验值和模拟计算值的相关性,说明此动力学模型具有很好的适用性。