生物还原耦合化学吸收处理烟气中NOx的过程强化与调控机制

Based on the existing research, this project is aimed to enhance the process of mass transfer and the absorbing capacity of NO by using the complexation absorption. In order to enhance the process of biological reduction, bio-electrode reactor will be used to increase the reduction rate of the absorption products. On the basis of the carbon sources consumption, utilization efficiency of H2, and the characteristic of microbial community, the reduction pathway and competition mechanism of [Fe(II)EDTA]NO and Fe(III)EDTA in the scrubber solution would be ascertained. The limiting factors of biological reducion rate and the enhancing factors of the NOx removal process would be uncovered via the determination of the complexation rate of NO, the oxidation rate of Fe(II)EDTA, the reduction rate of [Fe(II)EDTA]NO and Fe(III)EDTA. The mass transfer-reaction mechanism in the process of chemical absorption-biological reduction would be clarified, and the key parameters which control the coupling process would be obtained. The results of this research project will provide a new thinking for the NOx removal from flue gas which is urgent to be resolved, and will offer some basic data for the industrial application of this new technology.

本项目是基于已有的研究基础上，利用络合吸收的手段来强化烟气中一氧化氮（NO ）的气液传质过程，以提高NO 吸收容量；利用电极生物膜等手段提高吸收产物的还原速率，强化生物还原过程；基于碳源消耗规律、H2的利用效率，以及微生物群落特征及其动态变化规律，探明该体系中络合吸收产物([Fe(II)EDTA]NO和Fe(III)EDTA) 的还原途径、相互竞争机制。测定NO络合速率、Fe(II)EDTA氧化速率，[Fe(II)EDTA]NO和Fe(III)EDTA 的还原速率，分析速率控制步骤，揭示生物还原速率的限制性因素、提高NOx 处理负荷和NO处理效率的关键问题。阐明络合吸收-微生物还原处理氮氧化物过程中传质-反应机理，确立控制耦合过程的关键参数。本课题的研究结果，将为烟气脱硝这一日益迫切有待解决的问题，提供一种新的思路，并为该技术的工业化应用提供基础数据和依据。

本项目是基于生物还原耦合化学吸收脱硝过程的机理研究和数学模拟，实现该技术的过程优化及调控。以Fe(II)EDTA为络合剂，测定了NO络合、Fe(II)EDTA氧化、Fe(II)EDTA-NO还原、Fe(III)EDTA还原四个过程速率，探明Fe(III)EDTA的生物还原是体系的限速步骤。引入电极生物膜手段提供外加电子供体，强化微生物还原过程。基于碳源代谢途径及消耗规律、阴极电子利用途径、微生物群落结构动态变化，揭示Fe(III)EDTA还原电子供体以电解产氢为优先、外加碳源为辅助；Fe(II)EDTA-NO还原电子供体包括Fe(II)EDTA(67%)、阴极电子(20%)、葡萄糖(13%)三者。发现了微生物氢自养作用的存在，氢合成的甲醇也可作为电子供体被微生物利用。基于所得电子供体协同竞争机制，优化了电子供体组合，实验条件下选择为0.06 A的外加电流和200 mg L-1葡萄糖。基于物料衡算及测算的动力学数据，建立了综合的传质-反应模型，对多相多组分过程进行了模拟，实现了集成系统过程强化与耦合调控。本项目为中小型工业锅炉烟气脱硝提供了一种新的解决办法，通过本项目的研究，明确了生物还原耦合化学吸收技术的内在机理，实现了系统的数学模拟，为该技术的工业应用提供了放大和调控的基础数据和依据。