厌氧微生物法同步脱除混合气体中二氧化硫和一氧化氮的工艺研究

脱硫脱氮论文 生物滴滤塔论文 混合培养论文 硫酸盐还原菌论文 厌氧反硝化细菌论文 双菌种-三基质模型
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为了研究厌氧微生物法同步脱除混合气体中SO2和NO的长期性能、最优工艺参数以及影响因素,本文将理论和实践相结合,对厌氧微生物法的脱硫脱氮工艺进行了实验和模拟研究,主要研究内容如下:在生物滴滤塔中,以垃圾渗滤液作为接种物,利用高选择性的混合培养模式成功的富集筛选出硫酸盐还原菌和厌氧反硝化细菌。通过人工调节混合培养基组成,使得硫酸盐还原菌的终产物硫化氢成为厌氧反硝化细菌最主要的电子供体,由此建立了两菌间互惠共生的协同关系。研究结果表明,当空塔停留时间为76s,SO2和NO的进口气体浓度都维持在2g/m3时,SO2的脱除效率始终维持在95%以上,而在挂膜期后的60天内NO的脱除效率呈现出了周期性的波动,周期一般为5-6天,波动范围为10%-92%,直到第130天后,NO基本实现了稳态脱除,脱氮率维持在92%左右。研究中采用了硫酸盐还原菌接种塔、厌氧反硝化细菌接种塔以及混合菌系接种塔三个平行实验装置,分别用来脱除SO2、NO以及NO/SO2混合气体。通过与反硝化细菌接种塔的对比试验发现,混合菌系接种塔无论在快速挂膜启动、抗一氧化氮脉冲式进气,还是在抗饥饿能力方面都具有显著的优势;通过与硫酸盐还原菌接种塔的对比试验发现,无论在相同的空塔停留时间的情况下、相同的SO2浓度进口的情况下,还是在相同的氧化还原电位情况下,混菌接种塔的脱硫效率总是高于硫酸盐还原菌接种塔。为了提高混菌体系的脱氮综合性能,通过在混菌体系中添加特殊的表面活性剂考察其对脱氮率的影响。实验结果发现,含有疏基、硫醇、硫酚,仲胺以及酯、醇等的表面活性剂能够有效的提高NO的脱除效率,其中体积分数为3%的DMSS-LAO-30的混菌体系脱氮综合性能最好。在试验基础上,应用Deep Biofilm理论模拟气相与生物膜系统间的传质过程,并结合微生物生长动力学方程,得出了微生物脱硫的动力学反应模型,考察了空塔停留时间、进口SO2浓度、填料比表面积、递增式进气和稳定式进气等因素对脱硫率的影响。并在此基础上,将简化的双菌种-三基质的生物膜模型和气-液-生物膜三相传质理论相结合,得出了微生物法同时脱硫脱氮的多菌系生物膜的数学模型。通过模拟结果与实验结果的对比验证了模型的准确性,模拟值与实验值吻合良好,包括生物膜厚度,生物膜种群密度,生物质干重以及NO和SO2的出口分压。
中文摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
第一章 文献综述第11-34页
    1.1 我国的大气污染及其治理概况第11-12页
    1.2 治理SO_2和NOx 的意义第12-14页
    1.3 SO_2的控制技术第14-19页
        1.3.1 传统的物理、化学方法烟气脱硫技术第14-15页
        1.3.2 微生物法烟气脱硫技术第15-19页
    1.4 NOx 的控制技术第19-24页
        1.4.1 湿法烟气脱氮技术第20-22页
        1.4.2 干法烟气脱氮技术第22-24页
    1.5 脱硫脱氮一体化工艺第24-27页
        1.5.1 脱硫脱氮装置组合法第24页
        1.5.2 电子束法第24-25页
        1.5.3 脉冲电晕等离子法第25-26页
        1.5.4 活性炭法第26页
        1.5.5 烟气同时脱硫脱氮工艺存在的问题第26-27页
    1.6 厌氧微生物法同时脱硫脱氮工艺第27-32页
        1.6.1 厌氧微生物处理混合气体的生物相第27-29页
        1.6.2 厌氧微生物同步脱硫脱氮的降解原理第29-30页
        1.6.3 厌氧微生物群体间的关系第30-31页
        1.6.4 厌氧微生物处理废气的动力学第31-32页
    1.7 本课题研究的主要内容第32-34页
第二章 微生物法同时脱硫脱氮的实验第34-50页
    2.1 实验原理第34页
    2.2 实验部分第34-40页
        2.2.1 实验药品与实验仪器第34-35页
        2.2.2 实验装置及实验方法第35-39页
        2.2.3 分析方法第39-40页
    2.3 结果与讨论第40-48页
        2.3.1 混菌体系同步脱硫脱氮的性能研究第40-42页
        2.3.2 一氧化氮脱除的周期性第42-45页
        2.3.3 喷淋速率对脱氮性能的影响第45-46页
        2.3.4 进口气体中NO/SO_2 的摩尔比值对脱除NO 的影响第46-47页
        2.3.5 同步脱硫脱氮的化学计量关系第47-48页
    2.4 小结第48-49页
    2.5 创新点第49-50页
第三章 单菌与混菌生物膜系统脱氮性能的对比实验第50-61页
    3.1 实验部分第50-54页
        3.1.1 实验药品及实验仪器第50页
        3.1.2 实验装置及实验操作第50-54页
        3.1.3 分析方法第54页
    3.2 结果与讨论第54-59页
        3.2.1 挂膜启动期的比较第54-56页
        3.2.2 抗一氧化氮冲击式进气的性能比较第56-58页
        3.2.3 抗饥饿的性能比较第58-59页
    3.3 小结第59-61页
第四章 单菌与混菌生物膜系统脱硫性能的对比实验第61-69页
    4.1 实验部分第61-65页
        4.1.1 实验药品第61页
        4.1.2 实验装置及实验操作第61-64页
        4.1.3 分析方法第64-65页
    4.2 结果与讨论第65-68页
        4.2.1 空塔停留时间对脱硫效果的性能研究第65页
        4.2.2 进气浓度对脱硫效果的性能研究第65-67页
        4.2.3 氧化还原电位(ORP)对脱硫效果的性能研究第67-68页
    4.3 小结第68-69页
第五章 表面活性剂在生物法同时脱硫脱氮中的应用第69-79页
    5.1 实验原理第69-70页
    5.2 实验部分第70-73页
        5.2.1 实验药品及实验仪器第70-71页
        5.2.2 实验装置及实验操作第71-73页
        5.2.3 分析方法第73页
    5.3 结果与讨论第73-78页
        5.3.1 表面活性剂对脱氮率的影响第73-75页
        5.3.2 DMSS—LAO-30 的添加量对脱氮率的影响第75页
        5.3.3 DMSS—LAO-30 混菌体系对不同NO 进气浓度的脱氮效果第75-77页
        5.3.4 DMSS—LAO-30 混菌体系的长期稳定性能研究第77-78页
    5.4 小结第78页
    5.5 创新点第78-79页
第六章 微生物法脱硫的生物膜系统动力学模型研究第79-87页
    6.1 实验部分第79-80页
        6.1.1 实验药品及实验仪器第79页
        6.1.2 实验装置及实验方法第79页
        6.1.3 分析方法第79-80页
    6.2 脱硫的生物膜动力学模型的建立第80-84页
        6.2.1 脱硫的生物膜动力学模型第80-82页
        6.2.2 脱硫的生物滴滤塔模型第82-84页
    6.3 结果与讨论第84-86页
        6.3.1 空塔停留时间对SO_2 脱除效果的影响第84页
        6.3.2 微生物脱硫稳定性能的研究第84-85页
        6.3.3 填料比表面积对SO_2 脱除效果的影响第85-86页
    6.4 小结第86-87页
第七章 微生物法同时脱硫脱氮的多菌系生物膜数学模型的研究第87-102页
    7.1 模型描述第87-93页
        7.1.1 2Species-3Substrates 动力学模型第87-88页
        7.1.2 双菌系生物膜动力学模型第88-91页
        7.1.3 生物滴滤塔的平推流模型第91-92页
        7.1.4 模型参数第92-93页
    7.2 验证实验第93-96页
        7.2.1 实验药品及实验仪器第93-94页
        7.2.2 实验装置及实验操作第94页
        7.2.3 分析方法第94-96页
    7.3 结果与讨论第96-100页
        7.3.1 生物膜的厚度第96-97页
        7.3.2 生物量的变化第97-99页
        7.3.3 双菌系生物膜的同步脱硫脱氮的性能第99-100页
    7.4 小结第100页
    7.5 创新点第100-102页
第八章 结论与展望第102-106页
    8.1 论文主要结论第102-104页
    8.2 研究展望第104-106页
参考文献第106-114页
发表论文和科研情况说明第114-115页
    发表的论文第114页
    参与的科研项目第114-115页
附录:本文符号说明第115-119页
致谢第119页
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