[发明专利]一种微生物燃料电池喷淋法脱除超高浓度NOx的方法

摘要

本发明涉及NO_X脱除领域，旨在提供一种微生物燃料电池喷淋法脱除超高浓度NO_X的方法。是将经过定向驯化脱除NO_X的微生物制成菌液后，在微生物燃料电池进行脱NO_X微生物的接种，在单独运行达到稳定后，从其底部引出溶液作为吸收液；吸收液自塔顶的雾化喷嘴喷出，与由喷淋塔中部引入的烟气逆流接触；经吸收处理的气体从塔顶排出，吸收液则落下重新返回第二微生物燃料电池运行体系。本发明增加了电化学降解作用，促进微生物的活性，同时加速NO_X的脱除；不用添加络合物吸收剂，即使溶液泄露也不会对环境造成危害，而且反应器构型为单室节省了离子交换膜，降低成本；工艺简单，不需要复杂设备，适应多种环境，利于推广。

主权项

1.一种微生物燃料电池喷淋法脱除超高浓度NO_X的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：定向驯化脱除NO_X的微生物步骤（一）：微生物的接种；（1）首先取生猪屠宰污水处理厂中厌氧反硝化池处理后的排水，经过滤和离心处理后取上清液；将位于上清液下层1/20体积的液体与普通反硝化微生物燃料电池的出水按体积比例1∶1混合，并在其中按10mL/L的用量加入接种微量元素溶液，混匀后得到接种液；所述普通反硝化微生物燃料电池的出水是指：在室温、中性pH下具有反硝化能力的微生物燃料电池的排水；该微生物燃料电池运行溶液包含下述质量浓度的各成分：1g/L NaAc、1.5g/L KNO₃、1g/L NaNO₂、5.7g/L Na₂HPO₄·12H₂O、1.5g/L NaH₂PO₄·12H₂O、0.1g/L NH₄Cl、0.1g/L KCl；所述接种微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：1.5g/L KNO₃、1g/L NaNO₂、5.7g/L Na₂HPO₄·12H₂O、1.5g/L NaH₂PO₄·12H₂O、0.1g/L NH₄Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl₂ 、0.002g/L MgSO₄、0.003g/L MnSO₄、0.001g/L FeSO₄、0.001g/L CoSO₄、0.001g/LZnSO₄、0.001g/L CuSO₄；（2）将接种液加入单室微生物燃料电池中，其阳极为碳刷阳极，阴极为负载活性炭的石墨毡，在阴阳极之间连接外电阻作为负载，运行时不需要添加缓冲液；启动燃料电池并实时监测负载两端的电压，当电压低于50mV时全部更换新鲜的接种液继续接种；如电压能在连续3个运行周期内达到最大峰值5%的范围内并持续相同的时间，表明在燃料电池中完成接种；（3）将去离子水与第一微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第一运行液；将燃料电池中的接种液全部更换为新鲜的第一运行液，然后连续运行3个周期；运行过程中，如电压低于50mV就全部更换新鲜的第一运行液；所述第一微量元素溶液与接种微量元素溶液相比，除额外增加2g/L NaAc外，其余成分保持不变；步骤（二）：耐酸/碱性驯化：（1）将去离子水与第二微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第二运行液；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第二运行液，然后连续运行5个周期；所述第二微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：2g/L NaAc、1.5g/L KNO₃、1g/L NaNO₂、0.1g/L NH₄Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl₂、0.002g/L MgSO₄、0.003g/L MnSO₄、0.001g/L FeSO₄、0.001g/L CoSO₄、0.001g/LZnSO₄、0.001g/L CuSO₄；（2）在第二运行液的基础上，用NaOH或盐酸调节其pH值分别为11、10、9、8、7、6、5；然后，按此顺序依次更换使用不同pH值的运行液，每次均连续运行5个周期；步骤（三）：耐盐驯化：（1）将去离子水与第三微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，调整pH值为8，得到第三运行液；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第三运行液，然后连续运行5个周期；所述第三微量元素溶液与第二微量元素溶液相比，除了NaCl的浓度改为1g/L之外，其余成分均保持不变；（2）在第三运行液的基础上，将NaCl的浓度依次改为5g/L、10g/L、20g/L、40g/L、70g/L；然后，按此顺序依次更换使用不同NaCl浓度的运行液，每次均连续运行5个周期；步骤（四）：耐氧驯化：再次更新第三运行液，其NaCl浓度为70g/L；以10mL/min的流量向燃料电池中通入空气，并持续运行5个周期；步骤（五）：抗NO_X毒性驯化：（1）将去离子水与第四微量元素溶液按体积比例100∶1混匀，得到第四运行液；所述第四微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：2g/L NaAc、0.1g/L NH₄Cl、0.1g/L KCl、0.1g/L NaCl、0.005g/L CaCl₂、0.002g/L MgSO₄、0.003g/L MnSO₄、0.001g/L FeSO₄、0.001g/L CoSO₄、0.001g/L ZnSO₄、0.001g/L CuSO₄；将燃料电池中的运行液全部更换为新鲜的第四运行液，并向其中通入含NO₂的N₂，N₂中NO₂的体积分数为0.5%；在此条件下运行5个周期；然后将新鲜的第四运行液中NO₂质量占比依次改为0.1%、1%、5%、10%、20%依次升高，且在每一浓度下分别运行5个周期；（2）按上述步骤（1）操作步骤，将气体依次替换成分别包含按体积分数计量的（0.1%NO+20%O₂）、（0.5%NO+20%O₂）、（1%NO+20%O₂）、（2%NO+20%O₂）的N₂，同样在每种气体浓度下分别运行5个周期；最终在燃料电池中聚集了经定向驯化的能够高效脱除超高浓度NO_X的微生物；步骤二：脱NO_X微生物的接种（1）将步骤一中微生物燃料电池的碳刷阳极取出，从碳刷阳极上刮下聚集成膜的微生物；按每升水中掺入10mg成膜微生物的比例，混匀后制得菌液；（2）取前述菌液3L，向其中加入乙酸钠、硝酸钾、亚硝酸钠、碳酸钠和碳酸氢钠，混匀后得到接种液；在接种液中，各添加组分的终浓度为：乙酸钠2g/L、硝酸钾1g/L、亚硝酸钠1g/L、碳酸钠1.06g/L、碳酸氢钠3.36g/L；将接种液引入第二微生物燃料电池内，第二微生物燃料电池采用单室结构，其阳极为碳刷阳极，阴极为负载活性炭的泡沫镍空气阴极；在第二微生物微生物燃料电池的阴极和阳极之间接入1000Ω的电阻作为负载，启动第二微生物燃料电池并实时监测负载两端的电压，当电压低于50mV时全部更换新鲜的接种液继续接种；如电压能在连续3个运行周期内达到最大峰值5%的范围内并持续相同的时间，表明在第二微生物燃料电池中完成接种；步骤三：单独运行第二微生物燃料电池取洁净自来水，向其中加入乙酸钠、硝酸钾、亚硝酸钠、碳酸钠和碳酸氢钠，混匀后作为第二微生物燃料电池的运行液；在该运行液中，各添加组分的终浓度与接种液中保持一致；将第二微生物燃料电池的接种液更换为运行液，每连续运行24h后再次更换成配方相同的新鲜运行液；运行过程中每隔24小时对第二微生物燃料电池内溶液中的硝酸根离子、亚硝酸根离子含量进行检测，如硝酸根离子和亚硝酸根离子的去除率均大于90%，且连续三个周期去除率相差小于5%，则第二微生物燃料电池运行达到稳定；步骤四：与喷淋塔共同中运行所述第二微生物燃料电池设置在喷淋塔下部，从第二微生物燃料电池底部引出内部溶液作为吸收液；吸收液自塔顶的雾化喷嘴喷出，与由喷淋塔中部引入的烟气逆流接触；经吸收处理的气体从塔顶排出，吸收液则落下重新返回第二微生物燃料电池运行体系；在开始引入烟气前，更换第二微生物燃料电池的运行液为下述任意一种：（1）与步骤三中的运行液相比，除乙酸钠的终浓度调整为1~10g/L 之外，其余保持不变；或者，（2）取洁净自来水，向其中加入乙酸钠，使其终浓度为1~10g/L。