厌氧氨氧化菌脱除烟气中氮氧化物的研究

In this study, aiming at NOx removal, based on reaction mechanism and process characteristics of Anammox, NO in flue gas could be transferred into N2 by Anammox bacteria with NH4+-N as electron donor and NO as electron acceptor. The technical approach of this study is: part of NO in flue gas is removed via CANON reaction firstly, then the residual NO is absorbed by Fe(II)EDTA2? and transferred into a Fe(II)EDTA-NO2? complex, afterwards the complexed NO is reduced to N2 via Anammox, meanwhile the absorber of Fe(II)EDTA2? is regenerated. This study focus on: 1) the nitrogen removal mechanism and reaction kenitics of NO or complexed NO by Anammox bacteria; 2) the effect of O2、SO2 and CO2 levels in flue gas on nitrogen removal via CANON, the effect of the air composition after CANON on the absorption and complexation of NOx; 3) the reducion and regeneration efficiency of the absorber via Anammox; 4) analyzing the microorganisms structure of the attached biofilm by molecule biological method; and 5) analyzing the effect of the technical parameters (such as gas load, retention time, pH and temperature, etc.) on NOx removal and optimizing the operational conditions, to provide the academic basis for the control mechanism and technical approach of NOx removal by Anammox bacteria.

本项目基于厌氧氨氧化反应机理和过程特性，以氨氮为电子供体、NO为电子受体，通过厌氧氨氧化菌将NO转化为N2，达到净化NOx的目的。采用的工艺技术为：含NOx烟气首先通过CANON反应脱除部分NO，然后用Fe(II)EDTA2?吸收剩余的NO，生成Fe(II)EDTA-NO2?络合物，再通过厌氧氨氧化菌将络合吸收的NO还原为N2，同时吸收剂Fe(II)EDTA2?得到再生。主要研究内容包括厌氧氨氧化菌对NO或络合NO的脱氮机理及反应动力学，烟气中O2、SO2和CO2浓度变化对CANON反应脱氮的影响以及CANON反应尾气组成对络合吸收NOx的影响，厌氧氨氧化对吸收液的还原再生效率，通过分子生物学手段测试和表征微生物菌群结构及生长动力学，分析气体负荷、停留时间、pH值、温度等工艺参数对脱除NOx的影响及工艺条件优化，为厌氧氨氧化菌脱除烟气中的NOx提供科学依据。

(1)络合吸收处理高浓度的一氧化氮有80%以上的效率，通过其与厌氧氨氧化的结合可用于烟气中一氧化氮的处理。当浓度超过0.5mM 时，Fe(II)EDTA–NO对传统依靠亚硝氮的厌氧氨氧化菌的活性具有抑制作用。但经过驯化培养后，当Fe(II)EDTA–NO浓度达3.5 mM时，厌氧氨氧化菌依然体现出较高的活性。批次实验表明氨氮和Fe(II)EDTA–NO的降解具有高度的相关性，降解比例为Fe(II)EDTA–NO/NH4+=0.97,并且与传统厌氧氨氧化相比，该过程仅产生微量的硝氮。在驯化过程中，Candidatus Kuenenia stuttgartiensis在厌氧氨氧化菌种中的比例由38%增至90%，成为其中的优势菌种。.(2)通过在以火山岩填料作为生物膜载体的塔式生物滤池反应器，研究不同进水浓度与进气NO浓度对反应器脱除NO性能的影响。实验结果表明厌氧氨氧化菌能直接以NO-N作为电子受体、NH4+-N为电子供体进行反应，反应比例为NH4+-N消耗: NO-N消耗: NO3--N生成=1: 1.12: 0.11。进气NO浓度从4018 mg/m3升高至8036 mg/m3时，生物膜颜色变黑，厌氧氨氧化菌活性降低，TN和NO去除负荷分别下降了47.1%和69.6%，NO-N在混合电子受体中比例从78.8%降低至44.1%。将进水NO2--N浓度从20 mg/L提高至60 mg/L，厌氧氨氧化菌活性恢复，TN和NO去除负荷分别提高2.4倍与2.1倍。.(3)在完全自养脱氮-移动床生物膜反应器中（CANON-MBBR），通过对胞外聚合物（EPS）和环二鸟苷酸（c-di-GMP）浓度的检测，发现在好氧氨氧化污泥中，厌氧氨氧化污泥中和完全自养脱氮生物膜上，EPS中的多糖含量与c-di-GMP浓度具有相同的变化趋势。厌氧氨氧化污泥中EPS（特别是多糖）含量要高于好氧氨氧化污泥，同时厌氧氨氧化污泥中c-di-GMP的含量也要明显高于好氧氨氧化污泥。C-di-GMP在细菌中一个重要的作用就是调节胞外多糖的合成，厌氧氨化污泥中高浓度的c-di-GMP可以提高胞外聚合物中多糖的合成，从而促进对好氧氨氧化菌的吸附以及完全自养脱氮生物膜的形成。