微生物种群结构优化对生物法烟气同时脱硫脱氮的促进作用机理研究

SO2和NOx是当今世界大气污染的主要因素。微生物技术处理SO2和NOx气态污染物具有独有的优势，其工艺设备简单，能耗和运行费用低，二次污染少，近年来已迅速成为目前国内外烟气同时脱硫脱氮技术研究的发展新趋势。.本项目结合前期研究经验，针对生物法同时脱硫脱氮研究中存在的问题，如没有对功能微生物种群结构进行优化调控，而导致生物净化塔中生物膜的生长速度缓慢、耐冲击负荷能力较弱、烟气同时脱硫脱氮效果不稳定等，拟通过研究构建快速准确识别具有优良同时脱硫脱氮性能微生物的高效功能基因的分子生物学定性定量监测方法，研究确定生物净化塔烟气同时脱硫脱氮系统中高效功能微生物的种群结构与优化方法，并研究由此产生的促进提高同时脱硫脱氮效率的作用机理，最终研究形成一项通过微生物种群结构优化从而大幅度提高生物净化塔烟气同时脱硫脱氮性能的新型技术方法。项目研究成果将对生物法烟气同时脱硫脱氮新技术的进步产生重要的促进作用。

生物法同时脱硫脱氮技术主要存在脱氮（NO）效率不佳的问题。为了搞清微生物法净化烟气中NO的机理，首先在脱硫脱氮效率最高时，采集了生物膜高效功能菌群样品，利用宏基因组高通量测序分析技术、以16S rRNA基因、nxrA功能基因等建立的克隆文库研究了高效功能微生物的群落结构。. 随后利用高通量测序分析研究了添加营养物质前后脱氮塔生物膜中功能微生物群落结构组成的变化规律。如在脱氮柱中添加定量NaNO2，在促进了假单胞菌Pseudomonas等一些异养微生物种群生长的同时，也一定程度地刺激了自养硝化菌Nitrobacter等的生长繁殖。同时脱氮塔的脱氮效率则持续较大程度地提高，一般可提高10%以上。本研究还发现Pseudomonas的某些种属具有同时氧化还原态硫和反硝化脱氮的能力。. 从高通量测序分析可知脱硫柱中也有多种类一定量的Nitrobacter存在。利用NaNO2作为主要营养物，从脱硫柱中取出生物膜作为菌种富集培养Nitrobacter等，将此富集培养物返回脱硫柱后，脱氮率平均增长5%，最高10%以上，出现了显著的强化效果。. 添加NaAC后脱氮塔中Pseudomonas 等异养菌的相对丰度会大幅上升（最高35.38%），Nitrobacter的相对丰度则会大幅下降（最高20%）。本研究发现NaAC是微生物净化烟气NO的适宜外加碳源。加入少量NaAC初期可提高脱氮率，但若NaAC的添加量较多或维持时间太长（15天以上），则脱氮率会一直下降直至崩溃的边缘。.脱硫塔加入FeSO4·7H2O、稀土元素等，其NO的脱除率均有较大幅度的增加。. 采用高通量测序分析技术检测了脱氮塔的真菌群落结构的组成。同时还分离鉴定了具有异养硝化作用的真菌--棘孢木霉Trichodema asperellum 和具有较强反硝化作用的真菌--腐皮镰刀菌Fusarium solani。后者的作用强度是细菌对照组的2.7倍，这可能与反硝化真菌细胞存在细胞色素P450nor有关，它具有一氧化氮还原酶的性质，这是一条更为经济的脱氮途径。. 总之营养物质、微生物富集培养物的添加均能优化功能微生物种群结构，促进脱氮效率。. 本研究发现，相同的微生物脱硫脱氮工艺，对模拟烟气的脱氮率平均为80%，而对电厂真正燃煤烟气的平均脱氮率仅为35%。原因是电厂烟气更加复杂。