本发明专利技术涉及一种以氧化亚氮为主要产物的微生物脱硝方法，属于污染物的生物处理技术领域。本发明专利技术所述微生物脱硝方法为：利用浓度为30‑50mM的Fe(Ⅱ)EDTA‑NO来抑制氧化亚氮还原酶的活性，使反应产物停留在氧化亚氮阶段。本发明专利技术利用反硝化细菌将Fe(Ⅱ)EDTA‑NO中的NO进行脱除，与相应的物理化学方法相比，本发明专利技术所述方法的NO脱除效率较高、操作简单、节约能源、无二次污染，且理论上Fe(Ⅱ)EDTA可以重复使用。
A Microbial Denitrification Method with Nitrous Oxide as the Main Product
The invention relates to a microbial denitrification method with nitrous oxide as the main product, belonging to the technical field of biological treatment of pollutants. The microbial denitrification method of the present invention is to inhibit the activity of nitrous oxide reductase by using Fe (II) EDTA NO with a concentration of 30 50mM, so that the reaction product stays at the nitrous oxide stage. The present invention uses denitrifying bacteria to remove NO from Fe(II) EDTA_NO. Compared with the corresponding physical and chemical methods, the method has higher NO removal efficiency, simple operation, energy saving and no secondary pollution, and theoretically Fe(II) EDTA can be reused.
【技术实现步骤摘要】
一种以氧化亚氮为主要产物的微生物脱硝方法
本专利技术涉及一种以氧化亚氮为主要产物的微生物脱硝方法，属于污染物的生物处理
技术介绍
氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，其不仅危害着动植物的生长，还引起了包括光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏等一系列的环境问题，给生态环境和人类健康带来了严重的危害。工业废气是NOx的一种重要人为来源，对于这种固定源的NOx，可以通过相应的物理、化学和生物技术进行去除，其中最为常用的物理化学技术是选择性催化还原(selectivecatalyticreduction,SCR)技术和选择性非催化还原(selectivenoncatalyticreduction,SNCR)技术。SCR技术通过催化剂在相对较低的温度和氧气存在的条件下，添加氨(NH3)、一氧化碳(CO)、氢气(H2)、小分子烷烃等作为还原剂将NO还原为氮气(N2)，应用该技术NOx的去除率能够达到85％以上。SNCR技术是另一类主要的NOx去除技术，是在高温条件下(800-1000℃)，添加NH3或者尿素作为还原剂，将NO还原为N2的过程。与SCR技术相比，SNCR技术操作简单，无需添加催化剂，但是其去除率相对较低，在35-70％之间。与物理化学脱硝技术相比，生物法脱除NOx具有工艺和设备简单、能源消耗低、二次污染物少等优点，受到了人们的广泛关注。目前，用于脱除NOx的生物技术主要包括生物滤床、生物滴滤池和生物转鼓等，但在这些技术中，水中溶解的NO浓度较低，不易于被微生物所利用，可以利用Fe(Ⅱ)EDTA作为吸收剂，络合气体中的NO，再由反硝化细菌将其还原为N2，其相应的去除率可达80％以上。综上所述，现有的NOx脱除技术虽然在设备、操作和去除率等方面有所不同，但其本质都是将NOx进行无害化处理，转化为N2后排放到大气中，这些技术虽然有较高的NOx转化率，但是他们均忽视了NOx中所蕴含的能量，并没有将其以资源的形式回收利用。一氧化二氮(N2O)，俗称笑气，是氮氧化物中的一种。常温下，N2O的性质稳定，无色有甜味，具有轻微的麻醉作用，可作为医用麻醉剂。高温下，N2O可分解为氮气和氧气，并释放出82kJ/mol的能量，可作为改装车辆的氮氧加速系统的主要成分，提高引擎燃烧率，增加速度。于此同时，N2O还可以作为火箭的氧化剂，与其他氧化剂相比，其具有无毒、室温下稳定、易于存储和相对安全的优点。由此可见，一氧化二氮与甲烷(CH4)类似，当其占产物比例较低时是一种温室气体污染环境，当其为产物的主要成分时，是一种宝贵的资源，可以将其收集、利用。反硝化生物脱氮工艺(denitrificationprocess)是一种传统的废水生物脱氮工艺，即在缺氧/厌氧条件下由反硝化细菌将硝酸盐氮(NO3--N)或亚硝酸盐氮(NO2--N)转化为N2的过程。具体而言，首先由硝酸还原酶(Nitratereductase,NAR)将NO3-还原为NO2-，而后由亚硝酸还原酶(Nitricoxidereductase,NIR)将NO2-还原为NO，之后由一氧化氮还原酶(Nitricoxidereductase,NOR)将NO还原为N2O，最后由氧化亚氮还原酶(Nitrousoxidereductase,N2OR)将N2O还原为N2，实现了无害化处理。
技术实现思路
通过反硝化污泥以生物方法脱除NO，是利用反硝化工艺最后两个中间反应，如果能抑制氧化亚氮还原酶的活性，使反应停留在最后一个中间反应之前，便可得到大量的中间产物N2O，本专利技术建立了一种新的微生物脱除NO方法，不仅能够消除NOx对于环境的危害，还能进一步以N2O形态实现了NOx的资源化回收利用，避免了潜在的资源浪费。本专利技术提供了一种以氧化亚氮为主要产物的微生物脱硝方法，所述微生物脱硝方法为：利用浓度为30-50mM的Fe(Ⅱ)EDTA-NO来抑制氧化亚氮还原酶的活性，使反应产物停留在氧化亚氮阶段。本专利技术优选为所述微生物脱硝方法包括如下步骤：①通过Fe(Ⅱ)EDTA络合烟气中的NO，制备Fe(Ⅱ)EDTA-NO溶液；②向步骤①所得Fe(Ⅱ)EDTA-NO溶液中加入葡萄糖和其他营养物质，并调节Fe(Ⅱ)EDTA-NO溶液的pH值，使其能够被反硝化污泥所利用；③通过蠕动泵将步骤②所得Fe(Ⅱ)EDTA-NO溶液加入到含有反硝化污泥的反应器中，收集反应产生的气体。本专利技术优选为所述葡萄糖的添加量为C/N比0.8g-1.2gCOD/1gN。本专利技术优选为所述其他营养物质为25mg/LKH2PO4、1250mg/LKHCO3、300mg/LCaCl2·H2O、200mg/LMgSO4·7H2O、62.5mg/LFeSO4、62.5mg/L乙二胺四乙酸和1mL/L的微量元素。本专利技术优选为调节所述Fe(Ⅱ)EDTA-NO溶液的pH值为6.5-7.5。本专利技术优选为所述反硝化污泥可以脱除Fe(Ⅱ)EDTA-NO溶液中的NO，并以氧化亚氮为主要产物。本专利技术优选为所述反应温度为28-38℃，水力停留时间为10-12h。本专利技术有益效果为：本专利技术利用Fe(Ⅱ)EDTA络合烟气中的NO，可以快速有效地将烟气中的NO转化为液相中较高浓度的Fe(Ⅱ)EDTA-NO，便于微生物的利用；本专利技术利用反硝化细菌将Fe(Ⅱ)EDTA-NO中的NO进行脱除，与相应的物理化学方法相比，本专利技术所述方法的NO脱除效率较高、操作简单、节约能源、无二次污染，且理论上Fe(Ⅱ)EDTA可以重复使用；本专利技术的主要产物除N2还有N2O，且产生N2O的产量要高于N2的产量，可将此含有大量N2O的混合气体，以资源的形式回收利用，实现了废物的资源化。附图说明本专利技术附图3幅，图1为实施例4中不同浓度Fe(Ⅱ)EDTA-NO实验检测N2(A)、N2O(B)和总气体(C)的情况；图2为实施例5中检测Fe(Ⅱ)EDTA-NO浓度(A)、N2和N2O组分(B)的情况；图3为实施例6中检测一氧化氮还原酶(A)、氧化亚氮还原酶(B)的情况。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1反硝化污泥的制备：将取自大连凌水河污水处理厂的厌氧污泥在容积为4L的圆柱反应器中进行培养，以增加厌氧污泥中反硝化细菌的数量和所占比例，反应器的水力停留时间为8-12h，培养时间＞6个月，反应器进水的营养液中NO3--N浓度为150-200mg/L，添加葡萄糖作为唯一的电子供体，使C/N比为6gCOD/1gN，营养液中其他成分为：25mg/LKH2PO4、1250mg/LKHCO3、300mg/LCaCl2·H2O、200mg/LMgSO4·7H2O、62.5mg/LFeSO4、62.5mg/L乙二胺四乙酸和1mL/L的微量元素。实施例2Fe(Ⅱ)EDTA-NO的制备：取1L实施例1所述不含NO3--N和葡萄糖的营养液，向其通入纯度为99.9999％的氮气10min，以除去营养液中的氧气，在厌氧培养箱中，将除氧后营养液与13.901g的FeSO4·7H2O和16.81g的乙二胺四乙酸二钠混合均匀，向上述溶液中通入2％NO本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种以氧化亚氮为主要产物的微生物脱硝方法，其特征在于：所述微生物脱硝方法为：利用浓度为30‑50mM的Fe(Ⅱ)EDTA‑NO来抑制氧化亚氮还原酶的活性，使反应产物停留在氧化亚氮阶段。
【技术特征摘要】
1.一种以氧化亚氮为主要产物的微生物脱硝方法，其特征在于：所述微生物脱硝方法为：利用浓度为30-50mM的Fe(Ⅱ)EDTA-NO来抑制氧化亚氮还原酶的活性，使反应产物停留在氧化亚氮阶段。2.根据权利要求1所述以氧化亚氮为主要产物的微生物脱硝方法，其特征在于：所述微生物脱硝方法包括如下步骤：①通过Fe(Ⅱ)EDTA络合烟气中的NO，制备Fe(Ⅱ)EDTA-NO溶液；②向步骤①所得Fe(Ⅱ)EDTA-NO溶液中加入葡萄糖和其他营养物质，并调节Fe(Ⅱ)EDTA-NO溶液的pH值，使其能够被反硝化污泥所利用；③通过蠕动泵将步骤②所得Fe(Ⅱ)EDTA-NO溶液加入到含有反硝化污泥的反应器中，收集反应产生的气体。3.根据权利要求2所述以氧化亚氮为主要产物的微生物脱硝方法，其特征在于：所述葡萄糖的添加量为C/N比0.8g-1.2...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔森，于聪，周集体，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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