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生物法处理氮氧化物废气的原理与技术研究进展

       氮氧化物是污染大气的主要污染物之一,主要来自化石燃料燃烧和硝酸、电镀等工业废气以及汽车排放的尾气,其特点是量大面广,难以治理。含有氮氧化物的废气的排放会给生态环境和人类生活生产带来严重的危害,早已引起人们的广泛关注和重视,世界各国都在努力寻找和研究高效低成本的NOx治理技术。近年来,生物法净化废气开始应用于化工厂排放的废气和其他气态污染物的治理,生物法与传统的物理和化学法相比,具有工艺设备简单、能耗小、处理费用低、二次污染少等特点。因此,生物法处理NOx废气也正开始成为研究人员关注的热点。
1生物法净化氮氧化物的原理
       通常认为,生物法净化NOx的过程与净化其他挥发性有机气体和臭气一样,NOx由气相转移到液相或固相表面的液膜中,然后NOx在液相或固相表面被微生物净化。即包括传质和生化反应两个过程。过程速率的快慢与NOx的种类有关。微生物净化氮氧化物有硝化和反硝化两种机理。
1.1反硝化机理
       适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下,利用氮氧化物为氮源,将氮氧化物同化合成为有机氮化合物,成为菌体的一部分(合成代谢),脱氮菌本身获得生长繁殖;而异化反硝化作用(分解代谢)则将NOx最终还原成氮气。NOx中NO2和NO溶解于水的能力差别较大,因此净化机理也不同
    NO不与水反应,溶解度很小,亨利系数17. 1~31. 4Pa( 0~30°C),其净化途径可能有两条:一是NO溶解于水;二是被反硝化细菌吸附,然后在其氧化氮还原酶的作用下被还原为N2.
    NO2先溶于水形成N03- ,NO2一及NO,化学反应式为:
2NOz+ H2O- HNO3+ HNO2
3HNOz-HN03+2N0+H20
    N03一在微生物硝酸盐还原酶的作用下还原为NO2- , NO2-在亚硝酸盐还原酶的作用下再还原为NO,最后NO被吸附在微生物表面后,在氧化氮还原酶的作用下被还原为N2.
    脱氮微生物的种类很多且差别较大。许多属都有脱氮种,其类型有异养脱氮菌、专性白氧菌和兼性白养菌。其中数量最多的异养脱氮菌,包括无色杆菌属(Achromobac,二)、产碱杆菌属(A lcaligenes)、杆菌属(Bacillus)、色杆菌属( Chromobacterium)、棒杆菌属( Corynebacrerium)、盐杆菌属( Halobacterium)、生丝杆菌属( Hyphomicrobium)、微球菌属( M icrococcus)、莫拉氏菌属( Moraxella)、丙酸杆菌属( Propionibacterium) ,
假单胞菌属(Pseudomonas )、螺菌属( Spirillum)、黄单胞菌属( Xanthomonas)。这些异养脱氮菌有些是专性好氧菌,有些是兼性厌氧菌,它们在好氧、厌氧或缺氧条件下,利用有机物进行脱氮
    此外,还有少量专性和兼性的化能白养菌也能还原NOx。如硫杆菌属( Thiobacillus)中的脱氮硫杆菌(T.Denitrificans)利用无机基质,如Hz,HzS和S、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等作为氢受体,能在厌氧条件下利用NOz或N03一作为氢受体,使处于还原价位的含硫化合物氧化,而把NO2和N03还原成N2.
    还有报道在有氧条件下真菌可利用甲苯作单一碳源和能源,选择性地去除N0,但去除机理尚不确定,可能的原因是真菌的酶系统能同时攻击甲苯和NO而不是O2
    有氧条件下的反硝化过程一般非常缓慢。研究表明,反硝化菌在厌氧条件下对NO有很强的亲和力,从而能大大增强反硝化作用
生物法处理氮氧化物废气的原理与技术研究进展


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