生物滴滤塔处理烟气中氮氧化物的研究江继涛1，李多松1，王健2（1. 中国矿业大学环测学院，江苏 徐州 221008；3. 中煤科工集团重庆研究设计院）摘要：本实验研究了 2种不同营养液对活性污泥的驯化效果以及生物滴滤塔反应器的启动。

通过大量实验表明，NO x 去除率总体趋势是随着进气浓度的增大而逐渐减小。

在 N O x 浓度低于1000mg/m3 时，NO 去除负荷随着浓度增大而线性增加。

进气浓度继续增加时，去除负荷增加逐渐变慢直至稳定。

随着进气流量的增加，NO x 去除率逐渐降低，而 N O x 的去除负荷则呈先增 加后减小的趋势。

系统压降随进气流量的增加而迅速增加。

最佳进气流量为 0.2m3/h。

随着循环液喷淋量的增大，NO x 去除率总体上呈先升高后稳定最后下降的趋势。

反应器系统的压 降随着循环液喷淋量的增大而升高。

循环液最佳喷淋量确定为 3L/h。

循环液的 p H为 7.5 时，系统对 N Ox 去除最有利。

关键词：生物滴滤塔；氮氧化物；硝化；影响因素0 引言NO x 是主要的大气污染物之一，现在全球的 NO x 排放量已达 35～58Mt/a，由含 NO x 废 气的大量排放而造成的大气污染己成为全球性的重大环境问题，目前发展经济有效的 NO x 减排和治理技术已成为全世界范围内研究的热点[1]。

目前，我国燃煤电厂排放烟气中的 SO2 的治理已经取得一定成果，新建燃煤机组都安装了高效脱硫装置，很多现有的燃煤机组也被 要求安装有效的脱硫装置。

因此，为了巩固 SO2 的治理成果，严格控制 NO x 的排放成为接 下来的首要问题。

虽然选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)等[2]主流技术 能够有效去除 NO x，但处理大体积低浓度 NO x 废气时需要很高的费用，不适合我国国情， 难以在我国大规模推广。

生物滴滤法处理废气过程中，废气进入滴滤塔后与填料上的微生物接触而被净化。

废气的吸收和液相再生过程都在滴滤塔中进行。

塔内装有具有很大比表面积的填料，为微生物的 生长和有机物的降解提供了场所[3]。

生物滴滤塔的操作条件可灵活控制，所以成为目前生物 法废气(尤其是难溶物质) 净化技术研究的热点。

1 材料与方法1.1 实验材料（1）实验废气：是 99.9%高纯度 N O 气体。

NO 气体由小型空气泵从生物滴滤塔底部送 入，净化后的气体由顶部排出。

（2）滴滤塔填料：本实验采用陶瓷拉西环作为生物滴滤塔的填料。

一般情况下，拉西 环为高径比约为 1的中空环状陶瓷圆柱；实验所用拉西环比表面积大，表面粗糙度适中，适 合微生物附着，其规格差距不大，随机取了几个进行相关参数的测量，基本参数平均值为： 外径为 12mm，内径为 8mm，高 11mm，比表面积为 1200m2/m3，堆积密度为 750kg/m3。

（3）活性污泥：实验所用污泥取自中国矿业大学南湖校区污水处理厂曝气池的硝化段。

将污泥反复淘洗几次，去除漂浮物和沉淀物，只留下米黄色的细小污泥。

将淘洗后的污泥装 入塑料桶中，在不添加任何营养物质的条件下空曝 24 小时，使异养细菌通过内源呼吸自溶。

污泥沉淀后倒去上清液，然后将沉淀污泥分装在两个较小的塑料桶中，每桶装 10L。

1.2 实验装置本实验所采用的生物滴滤塔脱硝系统由供气系统、生物滴滤塔系统、NO x 检测系统三部 分组成，实验流程图如图 1所示。

图 1生物滴滤塔净化 NO x流程图Figure 1Schematic of the bio-tricking filter system for removal of NO x1. NO 气瓶2. 空气泵3. 转子流量计4. 气体混合瓶5. 填料塔6. 短管（共 6根，用于进气、出气、 出水和测量压降）7. 水龙头 8. 填料装填口 9. 蠕动泵 10.循环液槽生物滴滤塔由内径为 80mm 的有机玻璃管制成，总高度为 1300mm，共有三层，上、中、 下三层分别为 700mm、500mm、100mm。

其中上层和中层为填料层，下层为空，供进气、 布气和排放循环液所用。

上中两层的装填高度均为 390mm，填料床层总高度为 780mm。

上 层水龙头的上方、两个水龙头之间和下层水龙头的下方的填料均为 260mm。

营养液从顶部向塔内喷淋，为填料上的生物膜提供营养和缓冲物质，携带微生物的代谢产物后从塔底排出，进入循环液槽，混合后由蠕动泵再次抽往塔顶循环使用。

1.3 测定指标与方法本实验的检测指有 NO x、NH4+、NO2-、NO3-、pH、循环液流量、进气流量、和系统 压降，其测定方法如表 1所示。

表 1监测指标的测定方法Table 1 Determination method of monitoring indicators监测指标 测定方法 监测指标 测定方法+NH4- 水杨酸-次氯酸盐比色法 循环液流量 蠕动泵校准测定NO2-盐酸 a-萘胺分光光度法 进气流量转子流量计直接读数 精密 p H 试纸（指示范围NO3紫外分光光度法 pH为 5.5-9.0）测定NO x 盐酸萘乙二胺分光光度法 系统压降 U 型压力计直接读数33N O 3 -离子浓（m g /L )1.4 驯化与启动活性污泥分别装在两个小桶中，编号分别分 A 和 B ，分别以 NH4Cl 和 NaNO2 两种氮 源进行培养。

以 N H4Cl 为氮源的培养液添加的营养物质为：葡萄糖（0.05g/L ），淀粉（0.01g/L ）， NaHCO3（0.1g/L ），NH4Cl （0.127g/L ），K2HPO4（0.02g/L ）和微量元素少量。

以 N aNO2 为氮源的培养液添加的营养物质为：NaNO2（0.134g/L ），K2HPO4（0.02g/L ），NaHCO3 （0.1g/L ）和微量元素少量，不添加有机碳源。

每天换水一次，换水时先将营养液停止曝气， 沉淀完全后倒去上清液，补充清水至 10L ，并添加相应浓度的营养。

每天检测 A 桶中培养 液的 NH4+、NO2-和 N O3-含量，检测 B 桶中培养液的 N O2-和 N O3-含量。

A 、B 两桶分别 培养 30 天后，NO3-浓度如图 2 所示。

前 3 天微生物处在适应期，两桶中的 N O3-量都很低， 而且增长缓慢。

从第 4 天开始，两桶中的 N O3-浓度均开始迅速增长。

16 天以后，以 N H4Cl 为氮源的培养液中的 NO3-超过以 N aNO2 为氮源的培养液。

到第 20 天时，以 N H4Cl 和 N aNO2 为氮源的培养液中的 N O3-浓度分别为 41 和 38mg/L ，第 30 天，两桶中的 N O3-的浓度达到 最大，分别为 44.5mg/L 和 42mg/L 。

驯化 30 天后，NO3-浓度已经稳定，硝化菌已经达到较 大的数量，污泥可以进行挂膜实验。

由以上可知，A 桶中硝化菌的含量略高于 B 桶中的， 原因可能是因为 B 桶中没有添加有机碳源，异氧微生物的含量略少，硝化细菌这种自养微 生物可能与异氧微生物存在某种共生的关系。

少量有机碳源可以促进硝化菌的生长，提高硝 化菌的活性。

因此选择以 N H4Cl 为氮源的污泥驯化液进行挂膜[4]。

50403020NH4Cl为氮源 NaNO2为氮源100 5 10 15 20 25 30 35时间（d）图 2 不同氮源条件下驯化液中 NO -浓度随时间的变化图Figure2 Changes of NO - concentration under different nitrogen SourceN O x 去除率（%）考虑到将氮源突然从 N H 4Cl 换成 N O x 的培养方法会使微生物不适应，可能会降低挂膜效率。

本实验初期只添加 NH 4Cl 为氮源，然后逐渐减少 NH 4Cl 的添加量和逐渐增加 NO x 的浓 度，进行挂膜培养。

通气时采用塔底进气塔顶喷淋循环液的气液逆流操作[5]，循环驯化液中 添加的营养物质为：NaCO 3（1g ），FeSO 4•7H 2O(0.4g)，KH 2PO 4(0.4g)，MgSO 4(0.25g)，葡 萄糖（0.5g ），NH 4Cl （0.672g ）。

经过为期 106 天的挂膜实验，填料上的由好氧硝化菌和 藻类以及少量异养菌组成的生物膜已经生长成熟，挂膜阶段结束，生物膜滴滤塔成功启动。

2 结果与讨论2.1 进气浓度对净化效率的影响NO x 去除率变化的实验结果如图 3 所示。

NO x 浓度为 19-50 mg/m3 时，去除率较高，接近 80%。

虽然此时微生物可能会由于氮源不足而活性不高，但也足以去除这种低浓度的 NO x ， NO 的化学氧化以及填料和生物膜的吸附作用也会贡献一部分的去除率。

NO x 浓度在73-122mg/m3 范围时，净化效率降到 64%左右。

这时，NO x 的浓度增加，此时氮源仍然不足， 微生物的活性很低，虽然能够去除一部分 NO x ，但去除率并不高。

由于停留时间较短，所以 吸附和化学氧化作用对此浓度范围内的去除贡献率也不大，所以 N O x去除率有所下降。

当 N O x 浓度达到 130-160mg/m3 这一狭窄的浓度范围内时，微生物活性微生物活性开始恢复。

此时， NO x去除率升高，达到了 71%-75%。

此时，化学氧化、吸附和吸收等非生物过程对 NO x去除 的贡献已经很小，生物膜的生物转化过程已经在 NO x 去除过程中占主导地位。

NO x 浓度达到 200mg/m3 以上时，去除率开始呈下降趋势。

NO x 浓度增大时，填料上的生物量不够，不足以 去除高浓度的 N O x 。

虽然 N O x 去除率跟浓度呈反比，但 N O x 去除率的最小值也能达到 50%左右。

说明，生物膜的活性在实验范围内较稳定，对 N O x 浓度的变化有一定的适应能力[6]。

8580 75 70 65 60 55 50 450 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600xN O x 去除负荷（g /m .h )NO 浓度（mg/m 3）图 3 NO x 浓度对净化效率的影响Figure5-1 Effect of inlet NO x concentration on removal efficiency2.2 NO x 进气浓度对去除负荷的影响NO x 去除负荷变化如图 4 所示。

由图 4 可知，NO x 的最大去除负荷可达 32.6g/m3.h 。

NO x 浓度在 1000mg/m3 以下时，NO x 的去除负荷几乎跟 N O x 进气浓度呈线性关系，也就是 N O x 的去 除负荷随着 N O x进气浓度的增加而线性增加。