CN114653190A - 一种烟气脱硫/脱硝/脱镉的膜生物反应器处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气脱硫/脱硝/脱镉的膜生物反应器处理方法,所述方法包括,将含有硫/硝/镉的烟气通入膜生物反应器内,在膜生物反应器内经过气体膜传质后发生在生物膜上的反硝化、反硫化、生物吸附以及生物稳定作用,实现反硝化反硫化同时转化烟气镉作用;其中,所述膜生物反应器内生长形成有生物膜,所述生物膜的组成为柠檬酸杆菌属、脱硫弧菌属、假单胞菌属的一种或多种。本发明所达到的有益效果在于,与物理处理相比,本发明具有低成本的优势,此外能将烟气镉转化为更稳定的形态,降低了烟气镉的迁移性,同时不会因为烟气镉的粒径变化导致处理效率大幅度下降。
Description
技术领域
本发明涉及污染净化的技术领域,具体为一种烟气脱硫/脱硝/脱镉的膜生物反应器处理方法。
背景技术
氮氧化物在工业生产过程中大量排放,2010年我国氮氧化物排放量达到了1852.4万吨,其中由工业源排放达1465.6万吨,占比高达79.1%,是光化学烟雾和酸雨等一系列环境问题的重要诱因。2011年我国的硫氧化物排放量超过2000万吨,硫氧化物在工业生产过程中的大量排放引发酸雨等环境问题,损伤肺部对人体造成危害。大气中的镉具有易迁移和易被生物富集的特点。
镉的生物学半衰期可达到10-30年,这意味着含镉烟气的排放会导致镉在环境介质中会不断迁移转化富集,并且随着生物摄入而沿着食物链发生生物放大作用;镉对动植物和人体而言都不是必需元素,表现出明显的生物毒性,对人类健康和自然环境都造成极大危害。作为第一类污染物,在2019年镉及其化合物被中华人民共和国生态环境部列入《有毒有害水污染物名录(第一批)》;欧盟在《电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》中对各项产品中镉及其化合物的含量作出了严格限制。2016年我国在工业生产活动过程中排放烟气的镉含量达到了1.12×102吨,来源于城市生活垃圾焚烧烟气、燃煤电厂燃烧烟气、金属冶炼烟气等。2020年我国的生活垃圾无害化处理场所有1287处,其中生活垃圾焚烧厂463处,通过垃圾焚烧处理的生活垃圾量为日处理量为567804.44吨,占总处理量的58.93%。
镉作为重要的化工生产原料,存在于纸张、金属制品、玻璃制品、塑料、厨余垃圾、橡胶等工业产品,随着生活垃圾焚烧产生含镉烟气。镉作为典型的半挥发性重金属,在焚烧过程中挥发,烟气冷却时有部分发生冷凝;镉及其化合物在高温条件下会挥发同时形成金属蒸汽以及粒径小于1μm的亚微米级颗粒物甚至纳米级颗粒。
根据生态环境部颁布的《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014),镉及其化合物的排放浓度应限制在0.1mg/m3以下,但在我国的城镇地区中,镉在大气中的浓度为12.9ng/m3,高于中国环境空气质量标准限值和世界健康组织的限值。目前工业生产中常用吸附法和除尘器过滤截留技术处理烟气中镉,但吸附剂使用寿命低、成本高、废弃吸附剂的二次污染等问题无法回避;除尘器则具有对小粒径的烟气镉处理效率低下的缺陷。与之相比生物法具有无二次污染、低成本、对环境友好以及容易管理等优势,在工业废气处理领域具有广阔的研究以及应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气脱硫/脱硝/脱镉的膜生物反应器处理方法法。
为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种烟气脱硫/脱硝/脱镉的膜生物反应器处理方法,所述方法包括,将含有硫/硝/镉的烟气通入膜生物反应器内,在膜生物反应器内经过气体膜传质后发生在生物膜上的反硝化、反硫化、生物吸附以及生物稳定作用,实现反硝化反硫化同时转化烟气镉作用;其中,所述膜生物反应器内生长形成有生物膜,所述生物膜的组成为柠檬酸杆菌属、脱硫弧菌属、假单胞菌属的一种或多种。
需要说明的是,所述膜生物反应器连接有循环营养液***,所述循环营养液***用于喷淋营养液辅助生物膜上的柠檬酸杆菌属、脱硫弧菌属、假单胞菌属的一种或多种生长。
需要说明的是,镉在微生物作用下被转化为CdCO3和CdS,可进行回收产物。
需要说明的是,所述烟气的停留于所述膜生物反应器的时长为8-10s。
本发明所达到的有益效果在于,与物理处理相比,本发明具有低成本的优势,此外能将烟气镉转化为更稳定的形态,降低了烟气镉的迁移性,同时不会因为烟气镉的粒径变化导致处理效率大幅度下降。产物可以通过一定手段回收,实现镉的资源化利用。本发明具有环境友好性,无二次污染的风险。与传统生物净化装置对比该技术占地面积小,装置体积小,投资费用较低。膜生物反应器技术在较短停留时间的运行下烟气脱硝效率最高可达约90%,脱硫效率最高可达约85%,脱镉效率最高可达约95%,总体高于85%,且具有长期运行的良好稳定性,表明本发明适用于重金属废气治理领域,为烟气镉和氮氧化物、硫氧化物的处理提供了高效且低能耗的创新可行思路。
附图说明
图1为实现本发明方法的设备结构示意图;
图2为本发明的膜生物反应器中转化产物的XRD分析数据图;
图3为本发明的膜生物反应器中的胞外聚合物进行的三维荧光图谱分析图;
图4为本发明为的生物膜上的镉转化产物进行的形态分析图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
作为本发明的具体应用,如图1所示,为膜生物反应器处理方法的装置,含有硫/硝/镉的烟气将从反硝化反硫化的膜生物反应器1进入,其中,膜生物反应器1内用以微生物挂膜,选用膜材料需要具有耐高温烟气特性,当含有硫/硝/镉的烟气通过膜生物反应器1进行反应后被净化排出;另外,为了保证膜生物反应器的生物膜生长,还设有循环营养液***5,其中,营养液槽4、水泵3为向膜生物反应器1喷淋营养液,液体流量计2监控并控制循环营养液喷淋量。
进一步的,本发明为一种烟气脱硫/脱硝/脱镉的膜生物反应器处理方法,所述方法包括,将含有硫/硝/镉的烟气通入膜生物反应器内,在膜生物反应器内经过气体膜传质后发生在生物膜上的反硝化、反硫化、生物吸附以及生物稳定作用,实现反硝化反硫化同时转化烟气镉作用;其中,所述膜生物反应器内生长形成有生物膜,所述生物膜的组成为柠檬酸杆菌属、脱硫弧菌属、假单胞菌属的一种或多种。
需要说明的是,所述膜生物反应器连接有循环营养液***,所述循环营养液***用于喷淋营养液辅助生物膜上的柠檬酸杆菌属、脱硫弧菌属、假单胞菌属的一种或多种生长。
需要说明的是,镉在微生物作用下被转化为CdCO3和CdS,可进行回收产物。
需要说明的是,所述烟气的停留于所述膜生物反应器的时长为8-10s。
为了进一步陈述本发明的有效性,如图2所示,为对膜生物反应器中转化产物的XRD分析,表明烟气镉在膜生物反应器中反硝化反硫化微生物作用下被转化为CdCO3和CdS的稳定转化混合产物,其中CdS的生成来源于反硫化过程,CdCO3的生成来源于反硝化菌发生的碳代谢过程释放的CO2,该转化过程不存在镉的电子转移。
如图2所示,为膜生物反应器中的胞外聚合物进行的三维荧光图谱分析,表明生物膜上微生物可通过分泌胞外聚合物对烟气镉产生络合作用,形成镉络合物,降低了烟气镉的生物利用度,同时有助于烟气镉的进一步转化。
如图3所示,为对生物膜上的镉转化产物进行的形态分析,表明烟气镉主要被转化为性质稳定的CdS,生物毒性最强的SE-Cd只占0.47%,说明该技术在去除烟气镉的基础上能有效稳定烟气镉,且有利于对镉的资源回收。
实施例1
膜生物反应器处理含镉、SOx和NOx城市生活垃圾焚烧烟气。
生活垃圾焚烧过程中会排放含SO2、SO3、NO和镉的焚烧烟气,来源于橡胶、塑料、纸类等物质中的硫、氮、镉元素。采用膜生物反应器处理垃圾焚烧烟气,在8-10s的停留时间下能实现80%以上的SOx和NOx净化效率,对镉净化效率高于80%,实现烟气的达标排放,具有可靠运行性能。
实施例2
膜生物反应器处理含镉、SOx和NOx燃煤烟气。
燃煤电厂锅炉在燃烧过程会释放大量含SOx、NOx和Cd的燃煤烟气,来源于煤粉中的硫、氮、镉元素,与生活垃圾相比镉含量相对较低。采用反硝化反硫化菌挂膜的膜生物反应器对其进行处理,对氮硫氧化物的去除效率可达70%以上,对镉净化效率可达90%以上。与传统的生物滴滤塔装置相比,膜生物反应器占地面积更少,节约了厂区空间。
实施例3
膜生物反应器处理含镉、SOx和NOx金属冶炼烟气。
在金属矿石特别是硫镉矿冶炼过程中会产生含SOx、NOx和镉的金属冶炼烟气,其中SOx和镉来源于硫镉矿中的硫、镉元素,NOx来源于冶炼过程的热力型氮、燃料型氮等。采用反硝化反硫化膜生物反应器处理金属冶炼烟气,对SOx、NOx和镉分别达到了80%以上,有效实现目标污染物的有效去除,且与常用的物化脱硫脱硝工艺相比有更低的运行成本。
对于本领域的技术人员来说,可以根据以上的技术方案和构思,给出各种相应的改变,而所有的这些改变,都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种烟气脱硫/脱硝/脱镉的膜生物反应器处理方法,其特征在于,所述方法包括,将含有硫/硝/镉的烟气通入膜生物反应器内,在膜生物反应器内经过气体膜传质后发生在生物膜上的反硝化、反硫化、生物吸附以及生物稳定作用,实现反硝化反硫化同时转化烟气镉作用;其中,所述膜生物反应器内生长形成有生物膜,所述生物膜的组成为柠檬酸杆菌属、脱硫弧菌属、假单胞菌属的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硫/脱硝/脱镉的膜生物反应器处理方法,其特征在于,所述膜生物反应器连接有循环营养液***,所述循环营养液***用于喷淋营养液辅助生物膜上的柠檬酸杆菌属、脱硫弧菌属、假单胞菌属的一种或多种生长。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硫/脱硝/脱镉的膜生物反应器处理方法,其特征在于,镉在微生物作用下被转化为CdCO3和CdS,可进行回收产物。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硫/脱硝/脱镉的膜生物反应器处理方法,其特征在于,所述烟气的停留于所述膜生物反应器的时长为8-10s。
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2022
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