一种再生氮氧化物络合吸收剂的三维电极生物膜反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种再生氮氧化物络合吸收剂的三维电极生物膜反应器，包括反应容器，所述的反应容器内由带孔圆形套筒分隔成阳极区域和阴极区域；所述的阳极区域内设有一正电极，所述的阴极区域内设有围绕正电极均匀分布的４－８根负电极，所述的阴极区域内填充导电粒子在阴极周围，正电极、负电极以及填充在阴极区域的导电粒子构成三维电极。本实用新型专利技术三维电极生物膜反应器可用于络合吸收烟气脱硝，利用阴极导电颗粒表面的混合菌膜，通过电促微生物作用，同时还原氮氧化物络合吸收产物中的Ｆｅ（ＩＩ）ＥＤＴＡ－ＮＯ和Ｆｅ（ＩＩＩ）ＥＤＴＡ得到Ｆｅ（ＩＩ）ＥＤＴＡ，实现络合吸收剂的再生，而且能耗小，结构简单，制造成本低廉。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及环境污染治理领域，具体地指一种用于烟气脱硝中再生氮氧化物络合吸收剂的三维电极生物膜反应器。
技术介绍
NOx是导致酸雨、光化学烟雾等一系列严重空气污染问题的主要原因之一。目前， 我国火电行业氮氧化物排放量巨大，迫切需要控制。中国环保产业协会组织的《中国火电厂 氮氧化物排放控制技术方案研究报告》显示，2007年我国火电厂排放的氮氧化物总量已增 至840万吨，比2003年的597. 3万吨增加了近40. 6%，约占全国氮氧化物排放量的35% 40%。由于烟气排放量大，且烟气中NOx的主要成分一氧化氮(约占95%)在水中的溶解 度很低，处理难度较大。至今，在国际上仅NH3的选择性催化还原(SCR)及选择性非催化还 原(SNCR)得到了一定规模的工业化应用。但现有的这两种技术依然存在着经济成本高、产 生二次污染或处理效率低等缺陷(RadojevicM，((Environ. Pollut.》，1998，102，685-689)。 因而，发展新的烟气脱硝技术已成为环境保护领域的研究热点之一。日本和美国从20世纪70年代开始就在烟气脱硫系统的洗涤液中添加亚铁螯合剂 进行同时脱硫脱氮。添加Fe (I I) EDTA络合吸收NO生成Fe (I I) EDTA-N0,能显著提高NO从气 相到液相的传质速率。而问题在于Fe (II)EDTA很容易被氧化为没有络合NO能力的Fe (III) EDTA，以及Fe(II)EDTA络合吸收剂难以再生和循环利用。利用微生物还原氮氧化物络合吸 收产物(一个主要由Fe (II) EDTA-NO和Fe (III) EDTA构成的混合体系)，可以很好地解决吸 收剂的再生问题，因此络合吸收-生物还原烟气脱硝应运而生。但是相关研究发现(Li W， 《Chem. Techno. Biotechnol.》，2006，81，306 311 ；Li W，《Environ. Sci. Techno.》，2007， 41,639-644), Fe (II) EDTA-NO和Fe(III)EDTA的还原效率是系统连续稳定运转的关键，而 如何提高微生物活性，增强还原速率，成为该技术发展的当务之急。电极生物膜反应器于废水反硝化脱氮已经有相当的应用，相关研究者通过改进电 极构造，尤其采用活性炭或碳纤维作阴极材料，更使得电流效率和反硝化效率有了显著地 提升(Prosnansky M，《Wat. Res.》，2002，36 (1)，4801-481)。经改进的电极生物膜反应器的 对N03_的还原效果相当高，实现了短时间高效脱氮。电极生物膜反应器在废水反硝化脱氮 的应用为NOx络合吸收产物的处理提供了新思路。糜徐红等人的研究采用了电极生物膜反 应器将Fe(III)EDTA还原为Fe (II) EDTA，在这样的低能耗反应器中Fe (III) EDTA的还原效 率可达 90% (Mi X H，《Bioresour. Techno.》，100(2009)，2940 2944)。不过该反应器只 实现了对Fe(III)EDTA的还原，而要用于络合吸收-生物还原烟气脱硝法就需要同时实现 对 Fe (II) EDTA-NO 和 Fe(III)EDTA 的还原。
技术实现思路
本技术提供了一种能耗低、效率高、结构简单的用于再生氮氧化物络合吸收 剂的三维电极生物膜反应器。一种再生氮氧化物络合吸收剂的三维电极生物膜反应器，包括反应容器，所述的 反应容器内由带孔圆形套筒分隔成阳极区域和阴极区域；所述的阳极区域内设有一正电 极，所述的阴极区域内设有围绕正电极均勻分布的4-8根负电极，所述的阴极区域内填充 导电粒子，正电极、负电极以及填充在阴极区域的导电粒子构成三维电极。所述的反应容器主体为圆柱形，底部为圆锥形，顶部设有顶盖，所述的顶盖上设有 采样口和出气口，反应容器的底部和侧壁设有管口。所述的正电极为碳质材料，负电极为碳质材料或金属材质。所述的碎屑状导电粒子可选用活性炭、无烟煤等无定型碳或者碳纤维、金属、玻璃 碳等碎屑状导电颗粒制成。三维电极是在二维电极基础上填充碎屑状导电颗粒制成的。正电极为碳质材料， 位 于反应器中心；负电极为碳质材料或金属材质，围绕正电极均勻分布于反应器边缘；阴 极区域的填充粒子为碎屑状导电材料，填充于阴极碳棒周围。反应器设有分隔阴阳极的圆 形套筒，将导电粒子固定在阴极区域；套筒上均布小孔，可使溶液充满整个反应器。正负电 极均固定在反应器顶盖上，套筒和填充粒子则位于反应器内部。填充粒子不仅是三维电极 的粒子电极，还可以作为生物膜附着的载体。接种铁还原菌和反硝化菌的混合培养物对三 维电极反应器进行挂膜后，铁还原菌和反硝化菌的混合菌就会生长在阴极区域的填充颗粒 表面。以Fe(II)EDTA为吸收剂络合吸收烟气中的氮氧化物，生成Fe (II)EDTA-NO ；同时 因为烟气中含有部分氧气，在吸收过程中部分Fe (II)EDTA会氧化成Fe (III)EDTA,因而氮 氧化物络合吸收产物中同时存在Fe (II) EDTA-NO和Fe (III) EDTA0待挂膜完成后，将络合吸 收产物加入反应器内，然后加入培养基并通电，可利用电极生物膜通过电促微生物的作用 同时还原氮氧化物络合吸收产物中的Fe(II)EDTA-NO和Fe(III)EDTA得到Fe(II)EDTA,实 现Fe (II)EDTA的再生。反应原理如下电极反应式为阳极 C+2H20 — C02+4H++4e (e0 = 0. 207v)；阴极 2H20+2e — H2+20!T(e° = 0. 000v)以葡萄糖作为碳源和电子供体为例，其生物化学反应式为 以氢气为电子供体、无机碳为碳源，其生物化学反应式为 本技术三维电极生物膜反应器在阴极周围填充碎屑状导电粒子，一方面增大了反应界面的比表面积，传质效果改善，提高了电流效率；另一方面填充粒子可作为生物附 着载体，提高了生物成膜速度和性能。因而该技术反应器能够很好地还原络合吸收产 物，而且能耗小，结构简单，制造成本低廉。附图说明 图1为本技术三维电极生物膜反应器的结构示意图。具体实施方式如图1所示，一种用于烟气脱硝中再生氮氧化物络合吸收剂的三维电极生物膜反 应器，包括反应容器1，反应容器主体为圆柱形，底部为锥形，内置活性炭颗粒约1L(空隙率 约为33%，即活性炭实际体积约0.6L，填充的总体积为IL左右)，有效体积为1L。反应容 器顶盖和主体采用法兰连接。反应容器1的顶盖设有采样口 6和排气口 7，可以及时掌握内部反应情况。反应容器1底部设有进水口 8，侧壁设有出水口 9。当反应器序批运行时，通过顶 盖上的采样口 6加样，蠕动泵10连接侧壁和底部的管口，加以循环搅动混合溶液；当反应 器连续运行时，通过蠕动泵10进样同时控制流速，底部管口 8为进水口，侧壁上管口 9为出 水口，可持续添加反应所需的物质，如培养基等。序批运行和连续运行在该反应器上均可实 现。反应容器1中心设有1根石墨正电极2，四周边缘设有4 8根均勻分并围绕着正 电极2的石墨负电极3，负电极周围填充活性炭颗粒4，反应容器1内设有带小孔的圆形塑 料套筒5，将活性炭颗粒固定在阴极区域。正电极也可由碳纤维毡等其它碳质材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种再生氮氧化物络合吸收剂的三维电极生物膜反应器，包括反应容器，其特征在于：所述的反应容器内由带孔圆形套筒分隔成阳极区域和阴极区域；所述的阳极区域内设有一正电极，所述的阴极区域内设有围绕正电极均匀分布的４－８根负电极，所述的阴极区域内填充导电粒子；正电极、负电极以及填充在阴极区域的导电粒子构成三维电极。

【技术特征摘要】
一种再生氮氧化物络合吸收剂的三维电极生物膜反应器，包括反应容器，其特征在于所述的反应容器内由带孔圆形套筒分隔成阳极区域和阴极区域；所述的阳极区域内设有一正电极，所述的阴极区域内设有围绕正电极均匀分布的4-8根负电极，所述的阴极区域内填充导电粒子；正电极、负电极以及填充在阴极区域的导电粒子构成三维电极。2.如权利要求1所述的三维电极生物膜反应器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，高琳，糜徐红，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]