生物转鼓过滤器耦合BioDeNOx降解NO的机理研究

一氧化氮（NO）废气是主要的大气污染物之一，本课题提出了气相生物转鼓过滤器耦合BioDeNOx处理NO的思路，BioDeNOx包括了NO在液相中的FeEDTA络合吸收和生物反硝化还原两个反应，在络合吸收剂和转鼓周期性气液接触共同强化传质作用下，可克服生物反应器中NO气液传质受限的缺点，实现高效的NO反硝化降解过程。课题主要研究生物转鼓过滤器耦合BioDeNOx降解NO过程中络合吸收?转动生物膜独特的气液传质现象，从传质理论出发，结合化学吸收、化学氧化和生化反应过程获取NO反应动力学数据和FeEDTA的化学氧化、还原的动力学数据，探讨各反应组分在气、液、生物膜三相中的传质?反应机理；研究该体系内的微生物种群结构特点，分离筛选出优势菌种；阐明气相生物转鼓过滤器耦合BioDeNOx降解NO的作用机理，建立该体系内NO高效降解过程的传质?反应动力学模型，为该工艺的实际工程应用奠定基础。

氮氧化物（NOx）是导致酸雨、光化学烟雾等一系列严重大气污染的主要污染物之一，随着NOx污染问题的日趋严重和人们对环境质量要求的不断提高，有关废气脱氮技术的研究已迫在眉睫，而这方面的实用治理技术与基础理论研究（如生物法脱氮）却少有突破。它的发展是继废气脱硫之后所面临的又一亟待解决的重大课题。本研究开展了BioDeNOx络合协同RDB增强NO去除的研究。结果如下：1）在营养液中添加FeII(EDTA)络合物可显著改善难水溶性NO的气液传质速率，从而提高其去除效率。在转速0.5r/min、EBRT 57.7s、30C、pH 7.0~8.0的条件下，FeII(EDTA) 的逐量增加（0~500 mg/L）可使RDB对380 mg/m3的NO去除率从61.1%升至99.6%。在此体系下，乙醇优于葡萄糖作为FeII(EDTA)NO反硝化的电子供体，当TOC浓度超过1000 mg/L后，NO的去除率达到稳定。实验最佳pH在8.0左右，最适温度随FeII(EDTA)添加浓度的增加而上升。2）研究了NO在BioDeNOx内的传质-反应过程。通过分析NO在气相、液相和生物相的质量平衡，建立了RDB净化NO废气的传质-反应数学模型。该模型可近似描述低浓度（<600 mg/m3）NO废气在RDB中的浓度分布和去除效率。3）针对络合吸收剂FeEDTA的循环利用，考察了在体系温度55℃条件下的FeEDTA-NO的还原情况，葡萄糖是FeII(EDTA)-NO还原体系的最佳碳源，当初始葡萄糖添加量达到2000 mg/L时，即可满足生物生长和还原FeII(EDTA)-NO的需求，过量添加并不能促进FeII(EDTA)-NO还原率的提高。FeII(EDTA)-NO生物还原的最适pH为7.0。FeII(EDTA)能作为电子供体被活性污泥中的生物利用从而促进FeII(EDTA)-NO的还原，等量的FeII(EDTA)和葡萄糖添加情况下，葡萄糖添加体系的FeII(EDTA)-NO的还原率更高。4）PCR-DGGE的实验结果表明，55℃条件下，在FeII(EDTA)-NO的还原体系中，主要存在Pseudomonas、Halalkalibacillus、Anoxybacillu、Aeribacillus、Bacillus等菌属。微生物群落结构在不同参数条件下都发生了明显的变化，并且各有不同的优势菌属。