專利名稱：生物－液相催化氧化法凈化煙氣中氮氧化物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明技術(shù)方法是采用一個(gè)使用催化氧化循環(huán)噴淋液的生物膜填料塔系統(tǒng)凈化煙氣中NOx的工業(yè)煙氣凈化處理方法，屬于生物-化學(xué)組合法廢氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展和能源消費(fèi)的劇增，中國(guó)的氮氧化物(NOx)污染不斷加劇，特別在一些大城市如北京、上海、廣州等地NOx污染超標(biāo)，局部地區(qū)甚至出現(xiàn)了光化學(xué)煙霧污染。據(jù)測(cè)算，我國(guó)固定燃料燃燒源排放的NOx在上個(gè)世紀(jì)90年代中期，年排放約達(dá)1000萬(wàn)噸。已成為我國(guó)酸雨污染的重要因素之一，也是光化學(xué)煙霧前體污染物，NOx的污染控制已經(jīng)迫在眉睫。
目前，我國(guó)燃煤電廠排放煙氣的SO2治理已逐步走向正軌，新建的燃煤電廠基本都安裝效率較高的脫硫裝置。同時(shí)，許多現(xiàn)有的燃煤機(jī)組也都被要求安裝脫硫裝置。因此，嚴(yán)格控制NOx的排放將是下一步的主要任務(wù)。國(guó)家環(huán)保總局從2000年起開(kāi)始對(duì)酸雨控制地區(qū)內(nèi)的NOx排放實(shí)行控制，到2010年酸雨控制區(qū)氮氧化物排放總量控制在2000年水平。我國(guó)從2004年開(kāi)始實(shí)行新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2003)對(duì)燃煤鍋爐煙氣中的NOx排放質(zhì)量濃度最高限制為450mg/m3，嚴(yán)于過(guò)去的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)650mg/m3。而對(duì)于其他工業(yè)排放的NOx也較為嚴(yán)格，如硝酸、氮肥和火炸藥生產(chǎn)排放的NOx不得高于1400mg/m3。對(duì)于硝酸使用和其它行業(yè)，NOx的最高排放不得高于240mg/m3[中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297-1996)]。
當(dāng)前，治理NOx廢氣或煙氣排放的方法，可分為干法和濕法。其中，在國(guó)外得到廣泛運(yùn)用、較有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的是選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)。這些技術(shù)有的已在我國(guó)實(shí)現(xiàn)了裝置商品化，有的正在進(jìn)行工業(yè)示范。雖然這些技術(shù)都能達(dá)到較高的脫NOx效果，但初期投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，難以大規(guī)模推廣，不適合我國(guó)國(guó)情。濕式化學(xué)吸收法存在化學(xué)試劑昂貴、用水量大、易造成二次污染及生產(chǎn)的安全性難以保證等缺點(diǎn)，工業(yè)應(yīng)用范圍不廣。對(duì)于火電廠排放的NOx煙氣，目前我國(guó)只能以低氧燃燒器、分段燃燒等技術(shù)作為控制NOx排放的主要手段，同時(shí)在新建電廠的設(shè)計(jì)和建造中也預(yù)留了脫NOx裝置的場(chǎng)地。
鑒于今后我國(guó)NOx排放和污染的嚴(yán)峻形勢(shì)，NOx控制難度較大，以及現(xiàn)有NOx廢氣治理技術(shù)門(mén)檻較高，因此研發(fā)技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、適合我國(guó)國(guó)情的、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型脫NOx技術(shù)對(duì)我國(guó)環(huán)境的治理和工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
應(yīng)用生物法治理NOx廢氣作為一項(xiàng)嶄新的技術(shù)和研究方向已逐漸引起了環(huán)保領(lǐng)域?qū)＜业闹匾?。生物法廢氣凈化技術(shù)是一項(xiàng)利用微生物降解有機(jī)、無(wú)機(jī)廢氣，使惡臭、有毒氣體無(wú)臭化、無(wú)害化的一種生物處理技術(shù)，在歐美已有數(shù)十年的歷史了。大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用證明生物法廢氣技術(shù)是凈化較難處理的低濃度廢氣的良好實(shí)用凈化技術(shù)。與傳統(tǒng)的吸收法、吸附法、催化法等廢氣處理技術(shù)相比，生物法廢氣處理技術(shù)擁有諸多明顯的優(yōu)勢(shì)，集生物吸附和生化降解于一體，廢氣凈化效率高，反應(yīng)器所用填料取之于自然，工藝和裝置簡(jiǎn)單，規(guī)模能大能小，易于擴(kuò)大推廣，運(yùn)行和維護(hù)方便，成本和運(yùn)行費(fèi)用低廉，無(wú)二次污染及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是凈化中低濃度(＜5g/m3)廢氣的有效方法，符合可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)，在國(guó)外已被廣泛運(yùn)用來(lái)凈化臭氣、易揮發(fā)性有機(jī)氣體(VOC)和有害廢氣(HAP)，被譽(yù)為是活的凈化裝置。
生物法處理NOx廢氣，流程短、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、操作管理簡(jiǎn)便，是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一。由于生物法凈化NOx技術(shù)的種種優(yōu)越性，因此它成為了NOx治理研究方向的新突破口，也是當(dāng)今最有希望的NOx治理新技術(shù)之一。
目前生物法凈化NOx的研究主要集中在反硝化凈化NOx的研究上，并取得了較好的效果。但煙氣及大多數(shù)工業(yè)排放的NOx廢氣都含有一定量的氧氣成份，這對(duì)于反硝化法凈化NOx極為不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于在好氧條件下，采用硝化法凈化NOx廢氣，從而解決氧氣對(duì)反硝化抑制的難題，同時(shí)在生物膜填料塔的循環(huán)噴淋液中加入專用金屬離子組合催化劑，構(gòu)建“化學(xué)催化-生物處理”的組合凈化作用環(huán)境，從而形成生物-液相催化氧化法凈化煙氣中NOx的新技術(shù)。
本發(fā)明技術(shù)方法是采用一個(gè)使用催化氧化循環(huán)噴淋液的生物膜填料塔系統(tǒng)(單塔系統(tǒng))凈化煙氣中NOx的工業(yè)煙氣凈化處理新技術(shù)，其是一種優(yōu)化集成液相催化氧化(化學(xué))凈化法和生物凈化法的優(yōu)勢(shì)及特性，且具有集成組合全新概念的凈化煙氣中NOx的新型技術(shù)方法。
本發(fā)明技術(shù)方案是本發(fā)明采用申請(qǐng)人以前申報(bào)的專利——專有廢氣凈化專用菌種氣相篩選培育裝置及技術(shù)，通過(guò)篩選及培養(yǎng)馴化獲得在液相催化氧化環(huán)境條件下具有凈化煙氣中NOx性能的脫氮菌種，并用這一菌種掛膜制作生物膜填料塔。其特征在于在生物膜填料塔的循環(huán)噴淋液中加入專用金屬離子組合催化劑，使進(jìn)入生物膜填料塔中的煙氣中的NOx分子能夠經(jīng)歷液相催化氧化和生物降解雙重凈化處理作用過(guò)程。操作生物膜填料塔凈化處理工業(yè)NOx廢氣時(shí)，需要使用循環(huán)噴淋液潤(rùn)濕塔內(nèi)填料表面的生物膜，并向生物膜提供其生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或環(huán)境調(diào)節(jié)物質(zhì)。
本發(fā)明采用的專用金屬離子組合催化劑由含有Fe2+、Mn2+、Zn2+、Al3+四種金屬離子的硫酸鹽配制而成的。在含有專用金屬離子組合催化劑的循環(huán)噴淋液中，F(xiàn)e2+、Mn2+、Zn2+、Al3+四種金屬離子的濃度分別為0.5％、0.2％、0.5％、1.0％，金屬離子總濃度為2.2％。
本發(fā)明采用含有專用金屬離子組合催化劑的循環(huán)噴淋液，以構(gòu)建“化學(xué)催化-生物處理”的組合作用環(huán)境來(lái)達(dá)到凈化煙氣中NOx的目的。
本發(fā)明所使用生物膜填料塔是由在液相催化氧化環(huán)境條件下篩選培育的脫氮菌掛膜制作的。
本發(fā)明所述的是采用一個(gè)使用催化氧化循環(huán)噴淋液的生物膜填料塔系統(tǒng)(單塔系統(tǒng))，即生物膜填料塔單塔凈化系統(tǒng)凈化煙氣中NOx的工業(yè)煙氣凈化處理方法。
本發(fā)明的技術(shù)原理，即在凈化處理工業(yè)NOx廢氣的生物膜填料塔系統(tǒng)中，采用含有專用金屬離子組合催化劑的循環(huán)噴淋液，使進(jìn)入生物膜填料塔中的煙氣中的NOx分子能夠經(jīng)歷液相催化氧化和生物降解雙重凈化處理作用過(guò)程，以達(dá)到凈化工業(yè)NOx廢氣的最佳效果。
操作中，含有NOx的工業(yè)煙氣(必要時(shí)作降溫等預(yù)處理)由風(fēng)機(jī)送入生物膜填料塔[現(xiàn)有技術(shù)專利號(hào)ZL97211331.2]進(jìn)行凈化處理。生物膜填料塔采用氣液逆流方式操作。煙氣從塔底進(jìn)入，在上升過(guò)程中與附著在固體填料表面的潤(rùn)濕的生物膜吸附接觸，其中的NOx一方面被循環(huán)噴淋液中的金屬離子組合催化劑催化氧化，生成硝酸；另一方面也同時(shí)被生物膜中的脫氮菌微生物捕獲、降解凈化(由于構(gòu)成本生物膜的脫氮菌種適宜在酸性環(huán)境中生長(zhǎng)，因此液相催化氧化作用所產(chǎn)生的酸性環(huán)境會(huì)強(qiáng)化生物凈化作用)。凈化后的氣體從生物膜填料塔的塔頂排出。循環(huán)液從儲(chǔ)槽由循環(huán)水泵打到塔頂向下噴淋到生物膜填料上，并從塔底流出進(jìn)入循環(huán)液儲(chǔ)槽循環(huán)使用。由于水份在循環(huán)噴淋過(guò)程中有蒸發(fā)損失，因此要定期向循環(huán)液儲(chǔ)槽中添加補(bǔ)充水、碳磷營(yíng)養(yǎng)成分、專用金屬離子組合催化劑等。
本發(fā)明使用的生物膜填料塔單塔凈化系統(tǒng)具有凈化效果好、技術(shù)調(diào)整簡(jiǎn)單快捷、裝置操作簡(jiǎn)單方便、裝置占地少、投資及運(yùn)行費(fèi)用低等技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。


圖1本發(fā)明方法的工藝流程示意圖。
圖中1-預(yù)處理器(必要時(shí)使用)；2-引風(fēng)機(jī)；3-生物膜填料塔；4-循環(huán)液儲(chǔ)槽及泵。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1采用生物-液相催化氧化法凈化煙氣中NOx技術(shù)對(duì)含有NOx的工業(yè)廢氣進(jìn)行凈化處理對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖1所示，其中生物膜填料塔是塔徑為100mm的小型玻璃生物膜填料塔，填料塔內(nèi)分兩段裝填直徑為2.5cm的類球形陶粒，填料體積3.18L×2。實(shí)驗(yàn)操作均在常溫常壓條件下進(jìn)行，氣體流量為0.1m3/h，煙氣中NOX濃度分別為1000～1600mg/m3。循環(huán)噴淋液流量為8L/h，其中Fe2+、Mn2+、Zn2+、Al3+等四種金屬離子的濃度分別為0.5％、0.2％、0.5％、1.0％(金屬離子總濃度為2.2％)。生物膜填料塔進(jìn)、出口NOX氣體濃度采用英國(guó)產(chǎn)煙氣分析儀KM900進(jìn)行測(cè)定，液相中NOX、HNO3等的量采用常規(guī)化學(xué)法測(cè)定。采用專有廢氣凈化專用菌種氣相篩選培育裝置及技術(shù)，通過(guò)篩選及培養(yǎng)馴化獲得在液相催化氧化環(huán)境條件下具有凈化煙氣中NOx性能的脫氮菌種，并用這該菌種掛膜制作生物膜填料塔。實(shí)驗(yàn)中分別按液相催化氧化法、生物法、生物-液相催化氧化法三種方法操作，三次獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
表1生物-液相催化氧化法凈化煙氣中NOx的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

權(quán)利要求
1.一種生物-液相催化氧化法凈化煙氣中氮氧化物(NOx)的方法，采用專有廢氣凈化專用菌種氣相篩選培育裝置及技術(shù)，通過(guò)篩選及培養(yǎng)馴化獲得在液相催化氧化環(huán)境條件下具有凈化煙氣中NOx性能的脫氮菌種，并用這該菌種掛膜制作生物膜填料塔，其特征在于在生物膜填料塔的循環(huán)噴淋液中加入專用金屬離子組合催化劑，使進(jìn)入生物膜填料塔中的煙氣中的NOx分子能夠經(jīng)歷液相催化氧化和生物降解雙重凈化處理作用過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物-液相催化氧化法凈化煙氣中氮氧化物的方法，其特征在于專用金屬離子組合催化劑由含有Fe2+、Mn2+、Zn2+、Al3+四種金屬離子的硫酸鹽配制而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物-液相催化氧化法凈化煙氣中氮氧化物的方法，其特征在于含有專用金屬離子組合催化劑的循環(huán)噴淋液中，F(xiàn)e2+、Mn2+、Zn2+、Al3+四種金屬離子的濃度分別為0.5％、0.2％、0.5％、1.0％，其金屬離子總濃度為2.2％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物-液相催化氧化法凈化煙氣中氮氧化物的的方法，其特征在于所使用的生物膜填料塔是由在液相催化氧化環(huán)境條件下篩選培育的脫氮菌掛膜制作的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物-液相催化氧化法凈化煙氣中氮氧化物的方法，其特征在于所述的是采用一個(gè)使用催化氧化循環(huán)噴淋液的生物膜填料塔系統(tǒng)(單塔系統(tǒng))凈化煙氣中NOx的工業(yè)煙氣凈化處理方法。
全文摘要
本發(fā)明技術(shù)方法是采用一個(gè)使用催化氧化循環(huán)噴淋液的生物膜填料塔系統(tǒng)凈化煙氣中NOx的工業(yè)煙氣凈化處理方法，屬于生物－化學(xué)組合法廢氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用一個(gè)使用催化氧化循環(huán)噴淋液的生物膜填料塔系統(tǒng)(單塔系統(tǒng))凈化煙氣中NOx的工業(yè)煙氣凈化處理新技術(shù)，其是一種優(yōu)化集成液相催化氧化(化學(xué))凈化法和生物凈化法的優(yōu)勢(shì)及特性，且具有集成組合全新概念的凈化煙氣中NOx的新型技術(shù)方法。本發(fā)明使用的生物膜填料塔單塔凈化系統(tǒng)具有技術(shù)調(diào)整簡(jiǎn)單快捷、裝置操作簡(jiǎn)單方便、裝置占地少、投資及運(yùn)行費(fèi)用低等技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)B01D53/84GK1899671SQ20061001101
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者孫珮石, 黃若華, 鄭順生, 鄧輔唐, 王潔 申請(qǐng)人:云南大學(xué)