本文關(guān)鍵詞：新型填料生物滴濾塔脫除NO_x的性能及胞外聚合物研究

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【摘要】：生物滴濾法脫除NO_x是近年來備受廣泛關(guān)注的高效低耗氣體處理技術(shù)。我國NO_x最大的來源是火力發(fā)電廠,很多燃燒煙氣首先通過濕洗來減少二氧化硫和灰塵的排放。這種濕洗過后溫度一般為50-60°C,所以處理燃燒煙氣過程中的微生物體系最好能耐受50°C左右的溫度。另外,燃燒煙氣中一般含有3%-8%的氧氣,明顯降低了傳統(tǒng)生物反硝化脫除NO_x效率。分離培養(yǎng)嗜熱好氧反硝化菌株對生物法脫硝意義重大。實驗室前期研究中,馴化和篩選了能在高溫好氧條件下進(jìn)行高效反硝化的菌株Chelatococcus daeguensis TAD1,并將其應(yīng)用于生物滴濾塔脫除火電廠排放的煙氣。但生物濾塔受制于傳統(tǒng)填料的影響,啟動時間較長,在長期運行中容易出現(xiàn)填料堵塞等問題,給濾塔的穩(wěn)定運行造成很大的影響。本論文首次構(gòu)建了新型填料生物滴濾塔,對其脫除NO_x的性能與機(jī)制進(jìn)行了深入的研究。將經(jīng)過表面金屬離子改性的陶粒填料和新型懸浮式填料結(jié)合構(gòu)建新型濾塔,濾塔接種嗜熱好氧反硝化菌Chelatococcus daeguensis TAD1進(jìn)行啟動掛膜,研究了50°C條件下,新型濾塔脫除NO_x的性能、生物膜群落及胞外聚合物的特征和組分變化�；贜_2O對臭氧層破壞的危害程度為CO_2的300多倍,而其主要產(chǎn)生在生物反硝化脫氮過程,因此本文首先對好氧反硝化菌TAD1在脫氮過程中N_2O的產(chǎn)生,進(jìn)行了研究。結(jié)果表明在不同的碳氮比和pH培養(yǎng)條件下,N_2O的產(chǎn)生量隨條件的變化而有極大的不同,pH和碳氮比各自對其影響明顯,多因素分析顯示兩者對N_2O的產(chǎn)生存在交互作用,在碳氮比為8,pH為7的條件下,N_2O的產(chǎn)生量(34.43μg/L)得到了很好的控制并且取得相當(dāng)好的脫氮效果(99%)。對活性污泥中胞外聚合物的提取和定量分析常見報道。然而對嗜熱細(xì)菌在脫氮過程中胞外聚合物的產(chǎn)生卻較少見。本文對嗜熱反硝化菌TAD1在硝酸鹽去除過程中胞外聚合物的產(chǎn)生進(jìn)行了研究,考察了生長階段、碳源、pH值、溫度和碳氮比的等培養(yǎng)條件對其影響。當(dāng)培養(yǎng)時間從4 h增加至12 h,胞外聚合物中蛋白質(zhì)含量從6.3提高到89.8mg/g(干細(xì)胞),但此后幾乎保持不變,胞外聚合物總的含量呈現(xiàn)出相似的變化。在不同碳源下,TAD1胞外聚合物的產(chǎn)生量按以下順序降低:琥珀酸鈉,醋酸鈉,檸檬酸鈉,葡萄糖。溫度和碳氮比對胞外聚合物的產(chǎn)量影響不明顯,而pH的不同對胞外聚合物的產(chǎn)生影響較復(fù)雜。通過研究還發(fā)現(xiàn),胞外聚合物含量和硝酸鹽去除效率之間的有很大的相關(guān)性。填料是微生物附著生長的載體,其性質(zhì)決定了微生物膜的生長及分布情況。填料改性,有利于改善填料物性參數(shù)。用高溫加熱法對常見的填料陶粒進(jìn)行表面改性,改性劑為三價鐵離子鹽(FeCl3),在500°C高溫下焙燒4 h。陶粒經(jīng)表面改性之后,其形狀、粒徑?jīng)]有發(fā)生太大變化,但表面粗糙度增強(qiáng),密度增大17%,空隙率增大約15%,等電點PI增大至8.5,表面pH值降低至3.46。表面pH大大低于等電點,保證了其表面為正電性。填料改性到達(dá)設(shè)想的效果。新型生物滴濾塔采用懸浮式填料結(jié)合改性陶粒為載體填料,接種嗜熱反硝化細(xì)菌C.daeguensis TAD1可在8 d左右迅速啟動。穩(wěn)定運行過程中,進(jìn)口NO濃度為200 mg/m3到2000 mg/m3,進(jìn)氣負(fù)荷范圍為8.2-164 g/(m3·h)。整個運行期間,根據(jù)空塔停留時間的不同分為四個階段。分別為88 s(9-43 d),44 s(44-61 d),66 s(62-79 d)和132 s(80-97d)。在整個運行期間,NO平均去除效率約為90%,去除負(fù)荷隨進(jìn)口濃度的增加呈線性線增加,最大達(dá)到146.9 g/(m3·h)。生物膜上保持較高的生物量,無堵塞情況出現(xiàn)。高通量測序分析研究(16S rRNA Miseq測序)生物膜中的微生物群落結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明,生物膜上的微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣性豐富,α-變形菌綱為最豐富的菌類,占細(xì)菌總數(shù)的36.5%,其次是γ-變形桿菌(30.7%)和梭狀芽胞桿菌(27.5%)。優(yōu)勢菌種均為常見的反硝化細(xì)菌,包括根瘤菌目,紅螺菌目,腸桿菌目和假單胞菌目,分別占19.4%、17%、21.6%和7%。接種菌株TAD1屬于α-變形菌綱類。新型滴濾塔啟動迅速,在為期近100d的運行中,填料沒出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,運行穩(wěn)定且保持較高的脫硝效率,其在高溫好氧條件下的工程應(yīng)用前景良好。后期對新型生物濾塔生物膜的胞外聚合物進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)多糖是構(gòu)成胞外聚合物的主要成分,胞外聚合物含量和成分的隨不同工作操作條件發(fā)生變化。當(dāng)進(jìn)口NO濃度從200增加到2000 mg/m3時,胞外聚合物和蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)增加的趨勢。進(jìn)口濃度為2000 mg/m3時,胞外聚合物和蛋白質(zhì)含量分別達(dá)到0.118 mg/g和0.055 mg/g而多糖含量則保持相對穩(wěn)定。空床停留時間的減小,將會增加多糖胞外聚合物含量,而對蛋白質(zhì)含量影響不大。循環(huán)液的pH值從4至8,對胞外聚合物的產(chǎn)生影響較復(fù)雜。此外,胞外聚合物含量和NO的去除效率之間存在相關(guān)性。對比在酸性條件下,單一菌TAD1的胞外聚合物的變化發(fā)現(xiàn),酸性條件對生物膜內(nèi)的胞外聚合物影響較弱,這也說明了生物膜具有更強(qiáng)的耐受性,對外界環(huán)境的變化適應(yīng)性更好。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X773

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 肖先念;黃少斌;;耐汞好氧反硝化菌的鑒定及適應(yīng)汞離子的特性研究[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2012年03期

2 吳曉青;;我國大氣氮氧化物污染控制對策[J];環(huán)境保護(hù);2009年16期

3 劉孜;易斌;高曉晶;井鵬;岳濤;莊德安;;我國火電行業(yè)氮氧化物排放現(xiàn)狀及減排建議[J];環(huán)境保護(hù);2008年16期

4 余瑩,黃江南,林波,張文濤;新型水處理填料——納米改性陶粒的研制[J];給水排水;2004年12期

5 馬軍,盛力;涂鐵砂的直接過濾效果及其再生方法研究[J];中國給水排水;2002年04期

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本文編號：1228052