（环境工程专业论文）生物法净化低浓度nox废气的基础应用研究.pdf

昆明理工大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 n o x 废气是造成大气污染的主要污染物之一，不仅对人体健康造成危害，同 时也是造成酸雨、光化学烟雾和引起气候变化的主要原因之一。n o x 排放面广， 传统的n o x 治理方法复杂、难度大、费用昂贵。本研究将生物法废气净化技术与 n o x 控制技术结合起来，依据生物硝化反应的原理，研究在好氧条件下采用生物 膜填料塔净化低浓度n o x 废气。主要内容与研究结果如下： 本实验采用活性污泥驯化液，在生物膜填料塔内只需4 0 天就可获得以自养硝 化细菌为优势菌种的生物膜，n o x 的净化效率可保持在8 6 一9 1 之间。实验表明 证明n a h c 0 3 是较好的缓冲剂。 生物膜填料塔对浓度变化的n 0 2 和n o 净化效率较为稳定。n 0 2 和n o 的生化去除 量与进气浓度的增加而线性增加，呈良好的线性关系。随气体流量的增大，生物膜填料 塔对n 0 2 和n o 的净化效率迅速下降。随液体喷淋最增加，n 0 2 和n o 的净化效率逐渐 增大，但当喷淋量过大时n o 的净化效率反而会减小。p h 值在短时间内由9 0 降至5 3 对n 0 2 和n o 的净化影响较小。废气中c 0 2 浓度由0 增加全1 0 ，循环液p h 值己从 8 0 降到6 7 ，n o 的净化效率略有减小。 在室温条件下，在气体流毒为o 2 m 3 h 、气体空塔停留时间为9 0 秒、p h 值为8 0 - 8 3 、 循环液喷淋量为7 - 1 5 l h 的条件下，生物膜填料塔对n 0 2 和n o 的最大净化效率分别可 达9 6 8 和8 9 。牛物膜填料塔对n 0 2 和n o 的生化去除量最大分别可达1 7 9 9 m 3 h 和 6 9 9 m 3 h 。 在好氧条件下硝化法净化n o x 废气的反应产物主要为n 0 2 和n 0 3 一。其中约 8 0 为n 0 3 一，其余主要为n 0 2 。n 0 3 一浓度高达8 1 7 0 一9 1 9 9 l 。硝化细菌对高浓 度的n 0 3 - 和n 0 2 - 表现出了较强的耐受能力。填料上的生物膜经取样鉴定其优势菌 种为产碱假单胞菌( p s e u d o m o n a sa l c a l i g e n e s ) ，是一种以自养硝化为主兼性异养 的细菌。 研究发现在挂膜成功后的实验中和重新挂膜实验中发现：当不投放有机物时， n o x 的净化效率呈下降趋势：当定期投放微量有机物时，n o x 的净化效率得到稳 步提高，自养硝化作用的活性得到激发；但当有机物投放量增加h 扎又反而会抑 制自养硝化作用，短期可促进异养硝化作用。异养硝化可降解n o x 废气，但这种 作用在本实验条件范围内非常1 i 稳定，最终反而会破坏生物膜填料塔的自养硝化 微生态环境，造成反应器性能下降。 在厌氧条件下生物膜填料塔净化n o 实验结果表明：当气体空塔停留时间为 昆明理工大学硕士研究生学位论文摘要 9 0 秒时，n o 的净化效率最高可达6 5 。反应器的净化效率随n o 浓度的增加有 明显减小的趋势。对比研究表明，在本实验条件范围内，生物膜填料塔在好氧条 件下硝化法净化n o x 废气的处理效果明显优于厌氧条件下应用反硝化法净化n o x 废气的净化效果。 通过物料衡算得到硝化法净化n o x 废气时，去除每公斤n o x n 需消耗6 4 公斤 n a h c 0 3 。最佳的c 一有机物n n o x 的摩尔比应为1 ：3 1 。 动力学模式验证研究表明，课题组前期建立的“吸附生物膜”理论的动力学模式对 好氧条件下硝化法净化低浓度n o 废气也同样具有很好的适用性。利用该动力学模式对 n o 浓度以及n o 生化去除量的模拟计算值和实验值之间均有很好的拟合性( r o 9 8 ) ， 因此可以在实际工作中利用该动力学模式来描述在好氧条件下在生物膜填料塔中应用 硝化法米净化低浓度n o x 废气的生物净化处理过程。 本研究的创新之处在于：1 首次用生物膜填料塔硝化净化n o x 废气；2 首次提出微 量有机物对自养硝化净化n o x 的促进作用；3 首次发现当有机物量增加时，自养硝化作 用遭到破坏，n o x 的净化主要由异养硝化承担；4 首次验证“吸附一生物膜”理论对硝化浊 净化低浓度n o 废气的适用性。 关键词：生物法废气净化技术；硝化反应；生物膜填料塔；低浓度n o 。废气；吸附生 物膜理论；动力学模型；模拟研究 i i 昆明理工大学硕士研究生学位论文 a b s c t a c t a b s t r a c t n o xi so fo n eo fm a j o ra i rp o l l u t a n t s ，c a u s i n ga c i dr a i n ，b e i n gh a r m f u lt oh u m a nh e a l t h ， r e s u l t i n gi nt h ep h o t o c h e m i s t r ys m o k ea n de n v i r o n m e n ta n dc l i m a t ec h a n g e n o xe m i s s i o n s c o m ef r o md i f f e r e n ts o u r c e s c o n v e n t i o n a ln o xt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e sa r ei n e f f i c i e n t ， c o m p l e xa n de x p e n s i v e a c c o r d i n gt ot h en i t r i f i c a t i o np r i n c i p l e s ，t h i st h e s i su s e db i o t r i c k l i n g f i l t e rt ot r e a tl o wc o n c e n v a f i o no fn o xi nc o n t a m i n a t e da i rs t r e a m su n d e ra e r o b i cc o n d i t i o n s 。 m a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t ss h o wa sf o l l o w s t h eb i o t r i c k h n gf i l t e rw a si n o c u l a t e dw i t hd o m e s t i c a t e da c t i v es l u d g el i q u o r o n l ya f t e r 4 0d a y ，t h eb i o f i l m sw e r ec u l t u r e d ，m a t u r e do np a c k i n gm a t e r i a li n t h i ss y s t e ma n dw e r e d o m i n a t e db yt h ea u t o t r o p h i cn i t r i f y i n gb a c t e r i a n o xr e m o v a le f f i c i e n c yk e p tb e t w e e n 8 6 一9 1 t h i se x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h a tt h en a h c 0 3w a st h eb e s tp hb u f f e r t h o u g ht h ei n l e tc o n c e n t r a t i o no fn 0 2a n dn oc h a n g e d ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo f b i o t r i c k l i n gf i l t e rk e p ts t a b l e t h eb i o l o g i c a lr e m o v a le f f i c i e n c yo fn o za n dn os h o w e da g o o dl i n e a rr e l a t i o nw i t hi n f l u e n tc o n c e n t r a t i o n w i t ht h eg a sf l o wv o l u m ei n c r e a s i n g ，t h e r e m o v a le f f i c i e n c yd r o p p e dq u i c k l y w h i l et h es p r a yv o l u m eo fc i r c u l a t i o nl i q u i di n c r e a s e d ， t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fn 0 2a n dn or o s e w h e ns p r a yv o l u m ew a sr i s i n gf u r t h e r ，o nt h e c o n t r a r y ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fn o d e c r e a s e d t h ep hv a l u ed e c l i n e df r o m9 0t o5 3i na s h o r tp e r i o dh a do n l yal i t t l ei n f l u e n c eo nt h er e m o v a lo fn 0 2a n dn o w h e nt 】1 ec 0 2 c o n c e n t r a t i o ni nn o xc o n t a m i n a t e da i rs t r e a m si n c r e a s e df r o mo t o1 0 ，t h ep hv a l u eo f c i r c u l a t i n gl i q u i dd e c r e a s e df r o m 8 0t o6 7a n dt h en or e m o v a le f f i c i e n c ys l i g h t l yd e c r e a s e d a ti n d o o rt e m p e r a t u r e ，t h em a x i m u mr e m o v a le f f i c i e n c yo fn 0 2a n dn oi n b i o t r i c k l i n gf i l t e rw e r ea c h i e v e d9 6 8 a n d8 9 r e s p e c t i v e l ya tt h ea i rf l o wv o l u m eo f o 2 m h ，e m p t yb e dr e s i d e n tt i m e ( e b r t ) o f9 0s e c o n d s ，p hb e t w e e n8 0 8 3a n d s p r a yv o l u m eo ft h e c i r c u l a t i o nl i q u i db e t w e e n7 l ht o15l h t h em a x i m u m b i o l o g i c a le l i m i n a t i o no fn 0 2a n dn o w e r ea c h i e v e d17 9 9 m 3 ha n d6 9 9 m 3 h t h ef i n a lr e a c t i o np r o d u c t so ft h ea e r o b i cn i t r i f i c a t i o nf o rn o xr e m o v a lw e r em a i n l y n 0 2 一a n dn 0 3 a m o n gt h e m ，8 1 7 0 9 1 9 9 班n 0 3 一w a sa b o u t8 0 o f t h et o t a lp r o d u c t sa n d t h er e s tw a sn 0 2 。t h en i t r i l y i n gb a c t e r i ap l a y e das t r o n gt o l e r a n tr o l et oh i g bc o n c e n t r a t i o no f n 0 2 一 a n dn 0 3 一，t h e d o m i n a t i n gm i c r o o r g a n i s ms a m p l e d f r o mp a c k i n gb i o f i l m sw a s a u t h e n t i c a t e da sp s e u d o m o n a sa l c a l i g e n e sak i n do fa u t o t r o p h i cn i t r i f y i n gb a c t e r i a ，a n dc a n g r o wh e t e m t r o p h i cc o n c u r r e n t l y i i t 昆明理工大学硕士研究生学位论文 a b s c t a c t d 岍n gt h ee x p e r i m e n tp e r i o da f t e ra c h i e v e db i o f i l m so rs u b s e q u e n t l yi nt h ep r o c e s so f r e b u i l d i n gb i o f i l me x p e r i m e n ls o m ei m p o r t a n td i s c o v e r i e sh a db e e na t t a i n e d w i t h o u t o r g a n i s m ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fn o x t e n d e dt od e c l i n e w h e np e r i o d i c a l l ya d d e dw i t ht h e t i t t l eo r g a n i s m ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo f n o xr o s es t e a d i l y ，f o rt h ea u t o t r o p h i cn i t r i f y i n g a c t i v i t yh a da l r e a d yb e e ne x c i t e d , t g v h e nt h eq u a n t i t yo ft h eo r g a n i s mi n c r e a s e d ，o nt h e c o n t r a r y ，i tr e s t r a i n e dt h ea u t o t r o p h i cn i t r i l y i n gp r o c e s sa n dp r o m o t e dt h eh e t e r o t r o p h i c n i t r i f y i n gp r o c e s si nas h o r tp e r i o d a l t h o u g hh e t e r o t r o p h i cn i t r i f y i n gc o u l da l s or e m o v en o x f r o mw a s t eg a s e sv e r yw e l li nac e r t a i np e r i o d ，t h i sp r o c e s sp r e s e n t e dv e r yu n s t e a d yi nt h i s e x p e r i m e n tc o n d i t i o n i td e s 拄o y e dl o c a le c o s y s t e mw h i c hh a db e e ns u i t e df o ra u t o t r o p h i c n i t r i f y i n gb a c t e r i ai nt h eb i o t r i c k l i n gf i l t e ra n de v e n t u a l l yc a u s e dt h er e a c t o r sp e r f o r m a n c e d e c r e a s e d t h ed a t af r o mt h ed e n i t r i f y i n gn oe x p e r i m e n t su n d e ra n a e r o b i cc o n d i t i o ni n d i c a t e dt h a t t h eb e s to fn or e m o v a le f f i c i e n c yw a s6 5 a tt h ea i re b r to f9 0s e c o n d s w i t ht h e i n c r e m e n to ft h en oi n f l u e n tc o n c e n t r a t i o n ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft h er e a c t o rd e c r e a s e d o b v i o u s l y c o m p a r e dw i t ht w ob i o l o g i c a lm e t h o d su n d e rt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，t h e a e r o b i cn i t r i f y i n gm e t h o dw a so b v i o u s l yb e t t e rt h a na n a e r o b i cd e n i t r i f y i n gm e t h o df o r r e m o v a ln o xf r o mw a s t eg a s e s ， t h r o u g hm a t e r i a lb a l a n c ec a l c u l a t i n g ，t h ea u t h o ru n d e r s t o o dt h a tn i t r i f i c a t i o nn o xf r o m w a s t eg a s e sw o u l dn e e d6 4k gn a h c 0 3 k gn o x - na n dl ：31f o rc o r g a n i cs u b s t a n c e ( m 0 1 ) n o x n ( m 0 1 ) o p t i m a l l y w i t ht h ee x p e r i m e n t a ld a t ag o tf r o mt h eb i o t r i c k f i n gf i l t e ri nt h es t u d y ，w ev e r i f i e dt h e a b o v ek i n e t i cc a l c u l a t i o nm o d e l a c c o r d i n gt h ek i n e t i cc a l c u l a t i o nm o d e l ，w er e s p e c t i v e l y c a l c u l a t e dt h ec o n c e n g a t i o no fn oi ne f f l u e n tg a s ，a n dt h en o b i o l o g i c a lr e m o v a le f f i c i e n c y o fn o ag o o ds u i t a b i l i t yo ft h ek i n e t i cm o d e lf o rt h eb i o d e g r a d a t i o np r o c e s so fn oi nl o w c o n c e n t r a t i o nu n d e ro x y g e n i cc o n d i t i o nw a sv e r i f i e d t h ev e r i f i e dr e s u l t ss h o w e dt h a tt h e c a l c u l a t e dd a t af r o mk i n e t i cm o d e lw e r ec l o s et ot h e e x p e r i m e n t a ld a t a ( c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t sr 0 9 8 ) t h e r e f o r e ，t h en e w “a b s o r p t i o n b i o f i l mt h e o r y a n di t sk i n e t i cm o d e l c a l lb eu s e di nt h es i m u l a t i o nr e s e a r c hf o rt h ep r a c t i c a lp r o c e s so fn o n i t r i f y i n gr e m o v a lf r o m w a s t eg a s e si nl o wc o n c e n t r a t i o nu n d e rt h ea e r o b i cc o n d i t i o n s t h ei n n o v a t i o ni nt h i sw o r km a yi n c l u d e ：1 b i o t r i c k l i n gf i l t e rw a sf i r s t l yu s e dt or e m o v e n o xf r o mw a s t eg a s e sv i an i t r i f i c a t i o n ；2 i tw a sf o u n dm a tt i t t l ea m o u n to r g a n i s mc o u l d p r o m o t et h ep e r f o r m a n c eo fa u t o t r o p h i cn i t r i f y i n gr e m o v a lo fn o xw a s t eg a s e s ；3 i tw a s t v 比明理工大学硕士研究生学位论文 a b s c t a e t d i s c o v e r e dt h a tw h e nt h eq u a n t i t yo f o r g a n i s mi n c r e a s e d ，a u t o t r o p h i cn i t r i f y i n gp r o c e s sw a s d e s t r o y e d a n dt h eh e t e r o t r o p h i cn i t r i f y i n gw a sr e s p o n s i b l ef o rn o xr e m o v a l 4 t h e s u i t a b i l i t yo f “a b s o r p t i o n - b i o f i l mt h e o r y ”t on i t r i f y i n gr e m o v a lo fn o f r o mw a s t eg a s e si n l o wc o n c e n t r a t i o nw a sv e r i f i e d k e yw o r d s ：b i o l o g i c a lw a s t eg a sp u r i f i c a t i o nt e c h n o l o g y ；n i t r i f y i n g ；b i o t r i c k l i n g f i l t e r ；n o xw a s t eg a s e si nl o wc o n c e n t r a t i o n ；a d s o r p t i o n b i o f i l mt h e o r y ：k i n e t i c m o d e 】：s i m u l a t i o nr e s e a r c h v 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 号 、u 7 主 日 期：。一a 睥月他曰 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内客，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：二螂论文作者签名：主幺：望主 昆明理工大学硕士研究生学位论文第一章课题研究的目的及意义 第一章课题研究的目的及意义 1 1n o x 的来源 大气中氮的化合物包括n 2 0 、n o 、n 0 2 、n 2 0 3 、n 2 0 5 、n 0 3 、h n 0 2 、h n 0 3 、 h n 0 4 、p a n ( 过氧酰基硝酸盐) 、h c n 等。由于n o 和n 0 2 在大气中浓度最高，在 大气化学中最重要，对地球大气环境影响较大，常被合称为n o x 。 大气中n o x 的主要来源于自然界和人类的活动排放。n o x 的天然源有：闪电 过程、平流层光化学过程、n h 2 在大气中的氧化、从土壤中经微生物的硝化和反 硝化释放出的中间产物或间接产物、生物质的燃烧。 n o x 的人为源有：化石燃料的燃烧( 包括发电厂、冶炼厂和汽车尾气及居民取 热和烹调等) 、超音速飞机尾气，以及硝酸、氮肥、染料、电镀、炸药及己- ：酸的 生产过程中排放的n o x 废气。燃料燃烧过程中排放出来的n o x 中9 0 以上是n o ， n 0 2 占5 一1 0 ，n 2 0 占l 左右。全世界每年由于自然界细菌作用等自然生成的 氮氧化物约5 0 1 07 t ，而人类活动产生的氮氧化物每年约5 1 07 t ，占自然生成数量 的1 1 0 ，虽然数嚣彳i 及前者，但排放源非常集中，危害性较大| 】j 。 1 2 n o x 的危害 氮氧化物( n o x ) 引起的环境问题和人体健康的危害主要有以下几方面： 1 2 1 氮氧化物对人体的危害 n o 是无色无嗅的气体，浓度大时，其毒性增大，很易和动物血液中的血色素 ( h b ) 结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹。n 0 2 是种红棕色有毒的恶臭气体， 其含量为o 2 m g m 3h , j 即可以嗅到，2 8 m g m 3 时就有恶臭了，而达到5 1m g m 3 时， 则恶臭难闻。据美国环境组织调查发现，在二氧化氮污染区内，人的呼吸机能下 降。呼吸器官发病率增高。当n o 。浓度达o 1 2 7 0 2 2 3m g m 3 时，急性呼吸器官病 患者增多。氮氧化物对人体的危害主要是对肺组织产生剧烈的刺激和腐蚀作用， 引起肺水肿，并可使血红蛋白变性，引起缺氧。 其具体危害人体健康表现在以卜几个方面 2 】：( 1 ) n o 与m 红蛋白结合，形成 氮氧白红蛋白，因为n o 对血红蛋白具有极高的亲和力，比c o 高1 0 0 0 倍，使血 红蛋白失去携氧能力。( 2 ) n 0 2 遇到体液可生成硝酸和亚硝酸，再与血液中碱结合 昆明理工大学硕士研究生学位论文第一章课题研究的目的及意义 形成亚硝酸盐，导致高铁血红蛋白。( 3 ) 氮氧化物导致血中白细胞总数和嗜中性细 胞增高，红细胞和血红蛋白、血小板计数也均升高。一一般情况下，血小板计数的 剧烈升高，是肺水肿加剧的表现之。此外淋巴细胞会减少。( 4 ) 由于缺氧，血氧 含量减少，导致大脑缺氧或氧不足，呼吸加速，可致人昏迷。n o 还有致癌作用， 对细胞分裂和遗传信息的传递有不良影响。 1 2 2 对植物的危害作用 一氧化氮不会引起植物叶片斑害、但能抑制植物的光合作用。而植物叶片气 孔吸收溶解二氧化氮，就会造成叶片坏死，从而影响植物的生长和发育。降低产 量。如长捌处于4 6m g m 3 的高浓度下。就会使植物产生急性受害的症状。 1 2 3n o x 与光化学烟雾 n o x 与碳氢化合物经太阳紫外线照射，会生成一种有毒的气体叫光化学烟雾。 这些光化学烟雾，能使人的眼睛红痛，视力减弱，呼吸紧张，头痛，胸痛，全身 麻痹，肺水肿，甚至死亡。 1 2 4 形成酸雨酸雾 n o x 在火气中易被氧化和转化最终生成稳定的气态h n 0 3 ，形成酸雨、酸雾， 从而引发环境和生态问题。 1 2 5n o x 能参与臭氧层的破坏同时还是重要的温室气体 n o 和n 2 0 也是重要的温室气体，n 2 0 的温室效应是同浓度c 0 2 的一百倍。 1 3 本课题研究的目的和意义 近年来，随着经济的持续快速发展和能源消费的剧增，中国的n o x 污染不断 加剧，特别在一些大城市如北京、上海、广州等地n o x 污染超标，局部地区甚至 出现，光化学炯雾污染。据测算，我国固定燃料燃烧源排放的n o 在上个世纪9 0 年代中期，年排放约达1 0 0 0 万吨”j 。己成为我国酸雨污染的重要因素之一，也是 光化学烟雾前体污染物，n o x 的污染控制已经迫在眉睫。目前，我国燃煤电厂排 放烟气的s 0 2 治理已逐步走向正轨，新建的燃煤电厂基本都安装效率较高的脱硫 装置。同时，许多现有的燃煤机组也都被要求安装脱硫装置。因此，严格控制n o x 的排放将是下一步的主要任务。同家环保总局从2 0 0 0 年起开始对酸雨控制地区内 的n o x 排放实行控制，到2 0 1 0 年酸雨控制区氮氧化物排放总量控制在2 0 0 0 年水 平【4 】。我国从2 0 0 4 年开始实行新的火电厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) 昆明理工大学硕士研究生学位论文 第章谋题研究冉 j 目的厦意义 形成亚硝酸盐，导致高铁血红蛋白。( 3 ) 氮氧化物导致血中白细胞总数和嗜中性细 胞增高，红细胞和血红蛋白、血小板计数也均升高。一般情况f ，血小板计数的 剧烈升高，是肺水肿加剧的表现之。此外淋巴细胞会减少。( 4 ) 由于缺氧，血氧 含量减少，导致大脑缺氧或氧不足，呼吸加速，可致人昏迷。n o 还有致癌作用， 对细胞分裂和遗传信息的传递有不良影响。 1 2 2 对植物的危害作用 一氧化氮不会引起植物叶片斑害、但能抑制植物的光合作用。而植物叶片气 孔吸收溶解二氧化氮，就会造成叶片坏死，从而影响植物的生长和发育。降低产 量。如长期处于4 - 6m g m 3 的高浓度f 。就会使植物产生急性受害的症状。 1 2 3n o x 与光化学烟雾 n o x 与碳氢化合物经太阳紫外线照射，会生成一种有毒的气体叫光化学烟雾。 这些光化学烟雾，能使人的眼睛红痛，视力减弱，呼吸紧张头痛，胸痛，全身 麻痹，肺水肿，甚至死亡。 1 - 2 4 形成酸雨酸雾 n o x 在大气中易被氧化和转化最终生成稳定的气态h n 0 3 ，形成酸雨、酸雾， 从而引发环境和生态问题， 1 2 5n o x 能参与臭氧层的破坏同时还是重要的温室气体 n o 和n 2 0 也是重要的温室气体，n 2 0 的温室效应是同浓度c 0 2 的百倍。 1 3 本课题研究的目的和意义 近年来，随着经济的持续快速发展和能源消费的剧增，几 国的n o x 污染0 ：断 加剧，特别在些大域市如北京、上海、广州等地n o x 污染超标，局部地区甚至 出现了光化学炯雾污染。据测算，我国固定燃料燃烧源排放的n o 存上个世纪9 0 年代中期，年排放约达1 0 0 0 万吨- 3 1 。已成为我国酸两污染的重要因素之一，也是 光化学烟雾前体污染物，n o x 的污染控制已经迫在眉睫。目前，我国燃煤电广排 放烟气的s 0 2 治理已逐步走向正轨，新建的燃煤电厂基本都安装效率较高的脱硫 装置。同劂，许多现有的燃煤机组也都被要求安装脱硫装置。因此，严格控制n o x 的排放将是下一步的主要任务。同家环保总局从2 0 0 0 年起开始对酸雨控制地区内 的n o x 排放实行控制，到2 0 1 0 年酸雨控制区氯氧化物排放总量控制在2 0 0 0 年水 平“。我困从2 0 0 4 年开始实行新的火电厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) 平4 i 。我国从2 0 0 4 年开始实行新的火电厂大气污染物排放标准( g b l3 2 2 3 2 0 0 3 ) 昆明理工大学硕士研究生学位论文第一章课题研究的目的及意义 形成亚硝酸盐，导致高铁血红蛋白。( 3 ) 氮氧化物导致血中白细胞总数和嗜中性细 胞增高，红细胞和血红蛋白、血小板计数也均升高。一一般情况下，血小板计数的 剧烈升高，是肺水肿加剧的表现之。此外淋巴细胞会减少。( 4 ) 由于缺氧，血氧 含量减少，导致大脑缺氧或氧不足，呼吸加速，可致人昏迷。n o 还有致癌作用， 对细胞分裂和遗传信息的传递有不良影响。 1 2 2 对植物的危害作用 一氧化氮不会引起植物叶片斑害、但能抑制植物的光合作用。而植物叶片气 孔吸收溶解二氧化氮，就会造成叶片坏死，从而影响植物的生长和发育。降低产 量。如长捌处于4 6m g m 3 的高浓度下。就会使植物产生急性受害的症状。 1 2 3n o x 与光化学烟雾 n o x 与碳氢化合物经太阳紫外线照射，会生成一种有毒的气体叫光化学烟雾。 这些光化学烟雾，能使人的眼睛红痛，视力减弱，呼吸紧张，头痛，胸痛，全身 麻痹，肺水肿，甚至死亡。 1 2 4 形成酸雨酸雾 n o x 在火气中易被氧化和转化最终生成稳定的气态h n 0 3 ，形成酸雨、酸雾， 从而引发环境和生态问题。 1 2 5n o x 能参与臭氧层的破坏同时还是重要的温室气体 n o 和n 2 0 也是重要的温室气体，n 2 0 的温室效应是同浓度c 0 2 的一百倍。 1 3 本课题研究的目的和意义 近年来，随着经济的持续快速发展和能源消费的剧增，中国的n o x 污染不断 加剧，特别在一些大城市如北京、上海、广州等地n o x 污染超标，局部地区甚至 出现，光化学炯雾污染。据测算，我国固定燃料燃烧源排放的n o 在上个世纪9 0 年代中期，年排放约达1 0 0 0 万吨”j 。己成为我国酸雨污染的重要因素之一，也是 光化学烟雾前体污染物，n o x 的污染控制已经迫在眉睫。目前，我国燃煤电厂排 放烟气的s 0 2 治理已逐步走向正轨，新建的燃煤电厂基本都安装效率较高的脱硫 装置。同时，许多现有的燃煤机组也都被要求安装脱硫装置。因此，严格控制n o x 的排放将是下一步的主要任务。同家环保总局从2 0 0 0 年起开始对酸雨控制地区内 的n o x 排放实行控制，到2 0 1 0 年酸雨控制区氮氧化物排放总量控制在2 0 0 0 年水 平【4 】。我国从2 0 0 4 年开始实行新的火电厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) 昆明理工大学硕士研究生学位论文 第一章课题研究的目的及意义 对燃煤锅炉烟气中的n o x 排放质量浓度最高限制为4 5 0m g m 3 ，严于6 5 0m g m 3 过去的执行标准。而对于其他工业排放的n o x 也较为严格，如硝酸、氮肥和火 炸药生产排放的n o x 不得高于1 4 0 0 m g m 3 。对于硝酸使用和其它行业，n o x 的最 高排放不得高于2 4 0 m g m 3 ( 中华人民共和国国家标准，大气污染物综合排放标准 g b l 6 2 9 7 1 9 9 6 ) 。 当前，治理n o ；废气或烟气排放的方法，可分为干法和湿法。其中，在国外 得到广泛运用、较有市场竞争力的是选择性催化还原法( s c r ) 、选择性非催化 还原法( s n c r ) 。这些技术有的已在我国实现了商业化，有的正在进行工业示范。 虽然这些技术都能达到较高的脱硝效果，但初期投资和运行费用较高，难以大规 模推广，不适合我国国情。湿式化学吸收法存在化学试剂昂贵、用水量大、易造 成二次污染以及生产的安全性难以保证等缺点，工业应用范围不广。对于火电厂 排放的n o x 烟气，日前我国只能以低氧燃烧器、分段燃烧等技术作为控制n o x 排放的主要手段，同时在新建电厂的设计和建造中预留了脱氮的装置。 鉴于今后我国n o x 排放和污染的严峻形势，n o x 控制难度较大，以及现有 n o x 废气治理技术门槛较高，凶此研发技术上可行、经济上合理、适合我同同情 的、拥有自主知识产权的新型脱硝技术对我国环境的治理和上业可持续发展具有 重要意义。应用生物法治理n o x 废气作为一项崭新的技术和研究方向逐渐引起了 专家的重视。生物法废气净化技术是项利用微生物降解有机、无机废气，使恶 臭、有毒气体无臭化、无害化的一种生物处理技术，在欧美已有1 0 0 年历史了。 大规模的r 业应用证明生物法废2 i 技术是净化较难处理的低浓度废气的较好净化 技术。与传统的吸收法、吸附法、催化法等废气处理技术相比，生物法废气处理 技术拥有诸多明显的优势，集生物吸附和生化降解于一体，废气净化效率高，反 应器所用填料取之于自然，工艺和装置简单，规模能大能小，易于扩大推广，运 行和维护方便，成本和运行费用低廉，无二次污染及环境友好等优点是净化中低 浓度( 5 9 t m 3 ) 废气的有效方法，符合可持续发展的观点，存国外己被广泛运用 来净化臭气、易挥发性有机气体( v o c ) 和有害废气( h a p ) ，被誉为是活的净 化装置。生物法处理n o ；废气，流程短、投资少、运行费用低、操作管理简便， 是近年来研究的热点之一【5 j 。由于生物法净化n o x 技术的种种优越性，因此它成 为了n o x 治理研究方向的新突破口，也是当今最有希望的n o x 治理新技术之一。 目前生物法净化n o x 的研究主要集中在反硝化净化n o x 的研究上，并取得了 较好的效果。但烟气及大多数工业排放的n o x 废气都含有一定量的氧气，这对于 反硝化法净化n o x 极为不利。因此，本课题尝试在好氧条件下，采用鲜有人研究 昆明理工大学硕士研究生学位论文第一章课题研究的目的发意义 的硝化法净化n o x 废气，从而解决氧气对反硝化抑制的难题。同时探讨和分析生 物法净化n o x 废气的新途径。 4 昆明理工大学硕士研究生学位论文第二章n o x 废气治理技术和生物法废气净化技术综述 第二章n o x 废气治理技术和生物法废气净化技术综述 2 1n o x 的结构和物理化学特征【67 8 1 在废气治理中的n o x 通常指的是n o 和n 0 2 。一氧化氮的分子式n o ，分子 量3 0 0 l ，通常状态下无色气体，标准状态下密度1 3 4 9 l 。n o 的临界温度一9 2 9 ，临界压力6 5 9 m p a ，液体n o 无色，沸点一1 5 1 8 。c 。它几乎不溶于水，微溶于 硝酸，且随硝酸浓度的增加而增加。n 原子和氧原子形成共价键后，n o 共有i1 个价电子，其分子结构为n o k k ( 0 2 。) 2 ( g 2 p 4 ) 2 血y 2 p ) 2 h z 2 p ) 2 ( ：2 p 4 ) 1 】，即n o 是一个由 6 键，一个双电子兀键和一个三电子7 c 键组成，在分子轨道上含有不成对电子( ：n ： o ：) 。因此属于一种自由基，不稳定，容易与氧、超氧化物自由基、过度金属离子 ( f e “、c u “、c o “) 起氧化反应或作为络合基加到络合物结构中。n o 能将硝酸 分解，本身被氧化成二氧化氮。n o 易被二价铁盐( f e s 0 4 ，f e c l 2 ) 溶液吸收。n o 不与稀碱溶液发生作用。n o 可被0 2 氧化成二氧化氮，反应式为：2 n o + 0 2 = 2 n 0 2 + 11 2 6 k j n 0 2 分子量4 6 0 1 ，通常状态下为红棕色气体，有异醒味。标准状态l = 密度 2 0 5 5 9 1 。易液化，在常压下冷却到2 1 ，5 。c 冷凝成液体，冷却到一1 0 8 则成无色晶 体。n 0 2 与水发生反应，生成硝酸，三个分子n 0 2 生成2 个分子硝酸并释放出 个分子n o 。这个反应是制造硝酸的主要化学反应之一。n 0 2 易与纯碱、烧碱、氢 氧化钙等发生反应，生成等分子的硝酸和亚硝酸盐。 n o z 易于聚合，生成n 2 0 4 。n 0 2 的分子和n 2 0 。分子之间存在一定平衡，它是 温度的函数。当温度在2 0 0 。c 日、j ，n 0 2 才开始叠合为n 2 0 4 。温度低于1 0 0 。c 时， n 0 2 大部分变成n 2 0 4 ，反应速度极快。通常状态下它们并存