利用礦化垃圾凈化NOx廢氣的實驗

利用礦化垃圾凈化NOx廢氣的實驗研究摘要礦化垃圾一種良好的生物介質(zhì)，可作為生物反應(yīng)床的填料處理NOx廢氣。實驗室研究表明，礦化垃圾反應(yīng)床可有效的處理NOx氣體，其硝化能力可達(dá)0.83gN/kg干穩(wěn)定化垃圾?d。NOx去除率受停留時間的影響顯著，NOx去除率隨著停留時間的縮短而降低。當(dāng)空床停留時間為1.5min時，NOx氣體的平均去除率為76.7%；空床停留時間為15min時，NOx氣體的平均去除率為91.0%。在NOx進(jìn)氣負(fù)荷低于110mmol/m3h時，NOx消除能力隨進(jìn)氣負(fù)荷的增加而線性增加。當(dāng)進(jìn)氣流量一定時，NOx去除能力隨著進(jìn)氣NOx濃度的增加而線性增加。關(guān)鍵詞穩(wěn)定化垃圾，礦化垃圾，氮氧化物，生物過濾前言生活垃圾在填埋場填埋多年后，除了石子、玻璃、塑料等不可生物降解的物質(zhì)以及極難生物降解的物質(zhì)之外，大部分垃圾都緩慢地被微生物降解了，最終形成了一種類似腐殖土的顆粒狀物質(zhì)，即穩(wěn)定化垃圾或礦化垃圾[1]。將其進(jìn)行開采利用，騰出的空間可再填入新垃圾，相當(dāng)于擴(kuò)大了填埋容量，延長了填埋場使用年限。我國已堆存的穩(wěn)定化生活垃圾上億噸，其利用已經(jīng)開始受到重視[2][3]。礦化垃圾具有多孔結(jié)構(gòu)和較為豐富的有機(jī)質(zhì)含量，而且在填埋場長期的自然馴化作用下，礦化垃圾中生存著種類繁多的具有很強(qiáng)的生存和降解能力的微生物。因此礦化垃圾是一種良好的生物介質(zhì)，可作為生物反應(yīng)床的主要填料。氮氧化物是污染大氣的主要污染物之一，其特點是量大面廣，難以治理。開發(fā)高效低成本的NOx廢氣的治理技術(shù)一直是人們研究的目標(biāo)。本研究將礦化垃圾的利用和NOx廢氣的治理結(jié)合起來，實現(xiàn)以廢治廢。礦化垃圾的性質(zhì)填埋10年的礦化垃圾的組成與性質(zhì)與土壤相似，表征其性狀特征的幾個指標(biāo)為：含水率（濕基）22.18%，容重1.16g/cm3；pH7.65；CEC67.9meq/100g垃圾；有機(jī)質(zhì)5.41%；細(xì)菌總數(shù)4.5×106個/g垃圾。礦化垃圾呈弱堿性，與一般土壤相比，質(zhì)地疏松，容重較小，故孔隙率高；礦化垃圾原始組分中含有相當(dāng)數(shù)量的煤灰和無機(jī)礦物質(zhì)，而有機(jī)質(zhì)絕大部分都屬腐殖質(zhì)，這些物質(zhì)使礦化垃圾具有巨大的吸附比表面積；陽離子交換容量CEC比一般土壤大，表明其交換能力強(qiáng)。這些性質(zhì)可為微生物的生長提供有利的支持。2.實驗裝置和方法2.1實驗裝置本研究采用連續(xù)運行的動態(tài)試驗。試驗裝置主要由NOx氣體發(fā)生裝置、生物反應(yīng)床和氣體檢測裝置三部分組成。實驗裝置的流程如圖1所示。NOx氣體采用動態(tài)法配制。通過用NaNO2與HAc－NaAc緩沖溶液在恒溫條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出濃度相對穩(wěn)定的NOx氣體。NOx氣體經(jīng)過緩沖均勻后進(jìn)入礦化垃圾反應(yīng)床，被微生物轉(zhuǎn)化利用。礦化垃圾反應(yīng)床由內(nèi)徑150mm的有機(jī)玻璃柱加工制成。填料是由開采自上海老港填埋場的填埋時間約10年的礦化垃圾，經(jīng)篩分，挑除其中顆粒大于2cm的石子、碎玻璃、橡膠、塑料、未完全降解的織物等雜物后，裝入反應(yīng)床，高度為300mm，體積為5.3L。之下是厚度為60mm的石子承托層，起均勻配氣和防止礦化垃圾細(xì)小顆粒隨水流失的作用。反應(yīng)器側(cè)壁有三個的取樣口，間距為100mm。微生物所需的水分通過反應(yīng)器頂部的淋水管均勻地噴灑在礦化垃圾填料的表面。水分是由蠕動泵以很低的流速送入。反應(yīng)器的出水收集在瓶中，以備檢測。處理后的氣體經(jīng)過尾氣吸收瓶內(nèi)NaOH吸收液吸收后，排至室外。進(jìn)入反應(yīng)器前的氣體背壓以及反應(yīng)器內(nèi)的壓力損失可用U型壓力計測出。圖1的右上側(cè)是NOx氣體檢測裝置。通過這兩個多孔玻板吸收管，一次采氣可同時測出氣體中NO2和NO的濃度。采氣流量用氣體轉(zhuǎn)子流量計控制和讀數(shù)，氣路的真空值可通過真空表讀出，用于計算NOx的濃度時進(jìn)行壓力校正。用亞硝酸鈉溶液發(fā)生NOx的化學(xué)反應(yīng)如下[4]：NaNO2→Na++NO2-NO2-+H+→HNO23HNO2→HNO3+2NO↑+H2O2HNO3+NO→H2O+3NO2↑當(dāng)亞硝酸鈉溶液的pH降低，即H+濃度增加時，反應(yīng)生成亞硝酸。亞硝酸在水質(zhì)不穩(wěn)定，分解生成NO和硝酸，NO和硝酸進(jìn)一步反應(yīng)生成NO2。因此調(diào)節(jié)溶液至一定pH值時，就同時有NO和NO2產(chǎn)生。影響NOx氣體產(chǎn)生的主要因素有溶液的pH值、亞硝酸鈉濃度、溶液溫度及稀釋氣體的流量。只要嚴(yán)格控制這些因素，就可得到穩(wěn)定濃度的NOx氣體。2.2測試方法NOx、NO、NO2均采用鹽酸萘乙二胺分光光度法測定[5]，pH值采用pHS-3型精密酸度計測。寨圖粉1仿爪礦化垃圾生物景反應(yīng)床處扒理幫NO育x內(nèi)氣體的實驗流勾程斗1.艷空氣壓縮加機(jī)托2逼.量轉(zhuǎn)子流量株計增3.NO米x落氣體發(fā)生血瓶刪4遮.草恒溫水浴壞鍋搏5餃.只氣體緩沖交瓶碌6哀.舊采樣逆口摟7俯.紋礦化垃圾生物蔥反應(yīng)親床密8堅.回出水止瓶恭9歷.精尾氣吸收奇瓶餃10.啟U影型壓力梢計燕11蟻.嬌轉(zhuǎn)子流量吩計便12貼.散蠕動坦泵攔13狂.陜儲水絕槽鞠14.NO冰2序吸收燥瓶靜15愛.定氧化剪管缸16姥.陜真空粘表尤17.N宴O嬸吸收蛇瓶喜18濃.掃吸氣泵3.實驗結(jié)果雹礦化垃圾反應(yīng)妖床匆從炭200在1窄年辜2睡月開始連續(xù)運將行，一直蘭到僵1貴2船月試驗結(jié)束，盒歷時十個月，碑在不同的運行耐條件下覺對銷NO瘋x燈氣體的去除效澤果見櫻表黨1別。元表艘1寬促礦化垃圾反應(yīng)送床藏對漂NO鋤x計氣體的去除效侍果融停留衣時間楚min壁氣體流量非NO稍x鳥去除擋率掏(惕%)加NO根2封去除奔率么(賓%)原N繼O覆去除塊率蘿(樹%)摟m問3冰/h妹波動范圍歌平均值追波動范圍傘平均值篩波動范圍值平均值陷1.5現(xiàn)0.212吸61.太5疤～井97.3信76.7敏97.田3折～繩99.97抓98.4押13.俗3細(xì)～虜57.4硬30皂1臭0.318絨57.敘1芒～晃73.7軍66.8違94.捧5寸～所97.1抵95.9躁-4.膀5賽～提35.5痕12贏2救0.159膛39.絨1酸～擁43.0黎40.1篇94.碧9口～鮮97.3側(cè)95.8訓(xùn)-36.刪7慣～然-17.4權(quán)-31否3退0.106隨74.殺8看～批82.1曾77.1宏91.覽6云～劃98.5封96.7抗26.確0尖～薦37.8倡32拴12賭0.0265涌78.啦9輸～嚼88.4涼85.3蘆97.濤6促～收100小98.3壩49.熔9膜～劉82.3疼59堂15所0.0212察85.循8縣～棍94.6適91.0諒98.段1洽～蔥99.98選99.3先50.各0越～柔88.3巡73墓結(jié)果表明，礦饑化垃圾反應(yīng)床扮可有效地處池理躍NO嗚x匪氣體。當(dāng)空床邪停留時間勤為配1.5mi于n花時勤，技NO擇x肆氣體的平均去澤除率醬為棋76.領(lǐng)7?。?，空床停留享時間類為嚷15mi啦n擴(kuò)時腿，第NO警x烤氣體的平均去溝除率我為譯91.迫0仁％。其炮中國NO惱2倦的去除率在任好何條件下都很逢高，表吊明衡NO訊2榮易于處理。而洞按實測值和公形式偉η乘NO懸＝柄1舒-斬出青氣姐N源O胳濃損度腳/擇進(jìn)草氣奸N汽O渴濃度算得戚的故N頸O末去除率較低，牧而實際慢上架NO零2甜易溶于水生權(quán)成什N電O窮，遷NO鹽2細(xì)與水發(fā)生的化荒學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雨雜，包含了多模個反應(yīng)過程，應(yīng)而且這些反應(yīng)罵之間還存在著霞相互作用，因蛇此對認(rèn)于政NO油2背溶于水并與水截反應(yīng)的整個過淚程的動力學(xué)原莖理和所涉及的取反應(yīng)尚沒有徹陵底弄清。但總嚴(yán)的化學(xué)反應(yīng)可岔由下式來代表皂：嫁3NO秋2桂（氣株）枯+H痛2只O近意←銅→鵝2HNO洗3乎+N也O勻（氣）白從總反應(yīng)式看它，每三個分子拆的著NO棄2桃生成了兩個分姜子的硝酸和一緩個分子綿的厲N食O送，扒而柿N型O鵝在氣相中必定卸還要再被氧化戒成獎NO營2患。實際過程中劇存在多種中間梁產(chǎn)物，究竟有鋸多趨少釣NO美2稈轉(zhuǎn)化成湊了陰N腹O今，取決于總反休應(yīng)的時間預(yù)[6]純。課N艙O液真實負(fù)荷還應(yīng)藍(lán)包括被反應(yīng)床刃除去渡的富NO播2洪轉(zhuǎn)化成的那部匹分溪N甜O辦。辯N湖O宴真實的去料除率迎是萬η襖真閘NO攪=1-NO播出紹/邪（喚NO忠入職+蛇α啊NO洲2陜?nèi)ス迹┋?，房α涼為嶼NO攜2輩到聾N告O術(shù)的轉(zhuǎn)化系數(shù)。姿因羨此她N須O亞真實去除率比猜測得進(jìn)出氣值誕計算的高。芳4登.雹影響因素討論有4.1轟污染物負(fù)荷洋對犧NO饑x磚去除性能的影屠響茫污染物負(fù)荷指蓬的是單位時間研、單位堆積體血積填料所承受槽的污染物的量煉，計算式充為步QC愈0僚/單V讓。對于填料體蘇積陽（貢V識）一定的生物憂濾床，污染物梯負(fù)荷由氣流量塵（速Q(mào)斗）和進(jìn)氣濃度?。ㄖ翪搭0抓）兩個參數(shù)決五定。由于消除漏能力可直觀地著反映污染物去壩除的絕對量，作是評價生物過時濾器性能的一路個重要參數(shù)。盆消除能力織（留Elimin叮ation受Capaci償t鈔y懷）是單位時間忠、單位堆積體飽積填料介質(zhì)所停去除的污染物賺量，也稱消除闊負(fù)荷。研究累中支NO茫x泛為疏N窩O荷和站NO繪2帥的混合物，由兄于二者的分子察量（摩爾質(zhì)量強(qiáng)）不同，采辭用玻mmol/m傍3覺h皺作為統(tǒng)一氧的緣NO勞x傅消除能力單位私。遞NO盾x貞負(fù)荷與消除能臣力的關(guān)系如飲圖棍2吃所示。餃圖眠2NO膠x晉消除負(fù)荷與進(jìn)構(gòu)氣堪NO方x益負(fù)荷的關(guān)系附由蓮圖迷2及可知，在試驗信范圍內(nèi)板，嘆NO鑼x德消除能力掌隨渠NO膊x抹進(jìn)氣負(fù)荷的增歌加而線性增加歷。在生物反應(yīng)外床中，生物膜石填料對氣態(tài)污蜜染物的消除能做力取決于填料匠中活性微生物棉的數(shù)量、微生融物對污染物基宿質(zhì)的降解動力吵學(xué)、基質(zhì)在填肅料中和生物膜您中的傳質(zhì)情況駐等多種因素。插活性微生物的勵數(shù)量與基質(zhì)的疑濃度關(guān)系密切煩，在不發(fā)生基礎(chǔ)質(zhì)抑制作用、績其它營養(yǎng)成分封充足以及微生算物有足夠生長頭空間的情況下儀，微生物的數(shù)潤量與基質(zhì)濃度違成正比，在傳開質(zhì)條件允許的宋情況下，消除浴能力隨基質(zhì)濃墊度的增加而增也加。在進(jìn)氣負(fù)警荷進(jìn)一步增大僑時，消除能力竟的增加越來越伐緩慢，并趨于命某一數(shù)值，此泳數(shù)值稱為最大灘消除能力。由組于本試驗眠的或NO債x勞負(fù)荷較低，沒推有出現(xiàn)其他種倚類的氣體在生袍物降解過程中患表現(xiàn)出的最大典消除能力。一質(zhì)些研究人員在派研究生物過濾沿法去稍除族N阿O六的實驗中也都東得出泥了勝N贊O供消除負(fù)荷與進(jìn)現(xiàn)氣映N閘O戲負(fù)荷成線性關(guān)春系，而本試驗碑是四N駕O悲和同NO援2杰的混合氣體，柳也同樣符合單撥一氣體消除負(fù)幻荷與進(jìn)氣負(fù)荷選成線性關(guān)系的于去除規(guī)律。細(xì)在本試驗范圍追內(nèi)，每立方米給填料體積中的卸微生物尼對令NO克x退去除量最大可鋤達(dá)眉1767.3佳9mmol/剝h宅（相當(dāng)糕于繁24.74g打N/m窯3妻?胃d撥，如按干重計騙則塘為釋0.83gN儲/k悅g扒干穩(wěn)定化垃罵圾民?柴d暈，按穩(wěn)定化垃位圾的原始濕重鋤計仔為無0.64g冠N/k跌g臟穩(wěn)定化垃膀圾傲?小d膜），其對應(yīng)的任試驗條件為氣悼體流計量訴0.19m待3洗/線h材，停留時牙間敲1.67mi凡n矩，去除率逆為魔99.1鏡%尾。此時仍未達(dá)安到最大消除能誠力。據(jù)文獻(xiàn)報管道，以泥碳為主載體的生物膜休的硝化能力唱在怒0.鉗2課～負(fù)0.5gN盤/k泳g均干泥匆碳掀?明d毅；利用包埋法搞固定化的微生嫂物處理系統(tǒng)的焰硝化速率考在乞0.6軋3警～真2.93g含N/k妙g偉固定化濕顆督粒顯?徹d液?？梢?，穩(wěn)定題化垃圾填料的衛(wèi)硝化能力高于脖泥碳，接近固租定化的微生物危處理系統(tǒng)的硝餐化能力。由此棵可見，穩(wěn)定化千垃圾是一種良荷好的生物介質(zhì)慶。教4.2幫進(jìn)氣濃度對去鏡除效果的影響壯消除能力可直點觀地反映污染潔物去除的絕對晃量紋。廉NO求x蟻消除能力與進(jìn)粥氣殘NO橫x吉濃度的關(guān)系如春圖苦3情所示。噴圖鏟3NO春x隸消除能力與進(jìn)滑氣艷NO程x艷濃度的關(guān)系碑從圖中可見，雞在較低的濃度導(dǎo)范圍道（野15mmol截/m泛3黎以下）內(nèi)，當(dāng)傍進(jìn)氣流量一定迅時剪，糟NO恐x浩消除負(fù)荷與進(jìn)資氣啄NO房x屯濃度成線性關(guān)林系情，幻NO結(jié)x裁去除能力隨著裝進(jìn)蜻氣蛛NO挑x單濃度的增加而弱線性增加。帆即抄NO皆x愛去除的反應(yīng)速助率隨著進(jìn)氣濃躲度的增加而線統(tǒng)性增加，根據(jù)竊生物膜理論，嗓微生物凈麻化柔NO翁x伶的反應(yīng)為一級藍(lán)反應(yīng)。在不同武的停留時間下臘，吼NO稀x鋸消除負(fù)荷與進(jìn)廟氣穿NO監(jiān)x司濃度關(guān)系線的洗斜率不同，即慧斜率竭值謀K鑒與停留時間或著氣流量有關(guān)累。掛Davido點va(199蔑7抗年能)勉[9]耕、連Ming-s股heanc染hou(20內(nèi)0員0義年貞)雷[10]菊在研究生物過躁濾法去驢除部N艷O臟的實驗中都得醫(yī)出摔了抹N痰O然消除負(fù)荷與進(jìn)鴿氣巨N碰O腦濃度成線性關(guān)屆系，而本試驗曬是敞N解O暗和孟NO抽2兵的混合氣體，爺也同樣符合單蝶一氣體消除負(fù)腫荷與進(jìn)氣濃度錦成線性關(guān)系的公去除規(guī)律。封4.3攀停留時間、氣鑒流量挪對數(shù)NO打x攏去除效果的影菜響特圖記2固中直線是通過路原點的直線，垮其斜癢率囑k歉等慕于都(征C該0煩-C駁e提)/C球0鼓，實際上就傭是鮮NO寄x頃去除率。每條刊直線的斜率實旦際是該直線對免應(yīng)的停留時間船內(nèi)的不同進(jìn)氣仙負(fù)荷的各測疏點略NO橡x筒去除率的平均刮值?？梢姳?，糕NO主x王去除率受停留系時間的影響顯三著。除了停留香時珠間踢t=2mi薦n蠻對應(yīng)的直線外圓，其余各停留帥時間對應(yīng)的直制線的斜率隨著還停留時間的縮遭短而減小，反殿映罪出伍NO圣x跨去除率隨著停喪留時間的縮短理而減小。刨扎除膠t=2mi膚n忠的直線斜率，刮對下t職和油(1-k維)瘋進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合涉，得到二者的混關(guān)系式悅為班y=0.32走8e兼-0.086憤9x慰，灰而含C練e使/C夢o耐=1-腦k儀，所以得令到洗NO發(fā)x銀進(jìn)出氣濃度比范與停留時間的豐關(guān)系臉式疼C被e束/C蠅o憤=0.328研e虛-0.086扭9t錫，相關(guān)系陰數(shù)即R竊2躁=0.936苦1夕。崇生物過濾器的胞空床停留時拆間離(t=V/Q阿)五與氣流戚量螞Q憲成反比關(guān)系。蠢對于進(jìn)氣濃度用在一定范圍內(nèi)哀變動的污染氣痛體而言，氣流孔量的增加則加肌大了系統(tǒng)的污麥染物負(fù)荷，同忌時減少了與反食應(yīng)時間相關(guān)的暢停留時間而不襲利于凈化效率鍛。5.結(jié)論生礦化垃圾是一尤種良好的生物閉介質(zhì)，礦化垃誼圾反應(yīng)床可有色效地處播理肅NO論x單氣體，其硝化圈能力大宿于邪0.83gN嘗/k源g蚊干穩(wěn)定化垃見圾醫(yī)?奪d距。當(dāng)空床停留作時間棟為使1.5mi逝n悶時福，番NO嗚x桌氣體的平均去嘗除率孩為逮76.捐7文％；空床停留屈時間南為燕15mi聚n絮時酒，加NO驚x己氣體的平均去溪除率晶為峰91.繪0榮％。河在矩NO繞x總進(jìn)氣負(fù)荷低抗于拍110mmo漲l/m逢3要h誓時肆，失NO退x蕩消除能力隨進(jìn)拳氣負(fù)荷的增加計而線性增加。色當(dāng)進(jìn)氣流量一應(yīng)定時嶼，斤NO舒x慕去除能力隨著霉進(jìn)賀氣刮NO路x犧濃度的增加而獎線性增加。濁NO宴x妨去除率受停留隊時間的影響顯宵著宣。豪NO皺x暗去除率隨著停牲留時間的縮短細(xì)而降低咬。寒NO封x萌進(jìn)出氣濃度比汗與停留時間的嗎關(guān)系式哥為告C筆e鬧/C燦o祖=0.328立e求-0.086料9t附。參考文獻(xiàn)理[1菌]歪張華，王海瑾膊，趙由肉才跳.優(yōu)利用礦化垃圾縣處理廢氣的設(shè)能想拋.隸上海環(huán)蹈衛(wèi)喬·竟華東地區(qū)第三埋屆廢棄物處理慢研討會論文須集留,2000,湊(6):22汁~24秘[2扶]田趙由才，黃仁射華，趙愛愁華詞.密大型垃圾填埋簡場穩(wěn)定化過程喇與再利爭用蹈.款中國城市環(huán)境呆衛(wèi)生兼，飯200娃0昏，細(xì)(召1):20~母24吳[3尿]臂李華，趙由怪才懶.笑填埋場穩(wěn)定化曬垃圾的開采、減利用及填埋場服土地利用分計析啞.貍環(huán)境衛(wèi)生工程傅，壞200予0鼓，閑8(2):5題6~57吼[4隔]潔中國預(yù)防醫(yī)學(xué)蹦中心衛(wèi)生研究楚所怎編輩.屈大氣污染監(jiān)測足方三法狗.適北京：化學(xué)工算業(yè)出版社諸，醉1984決[5壺]告國家環(huán)環(huán)境保依護(hù)局宇編旨.羞空氣和廢氣監(jiān)望測分析方亦法委.伯中國環(huán)境科學(xué)游出版彩社北.1990租[6畢]木經(jīng)濟(jì)合作與開殖發(fā)組織筋著塌.腿固定源排放氮研氧化物的控制勒技誤術(shù)協(xié).彼中國環(huán)境科學(xué)橋出版雞社枕.1988.塞7泊[7姻]則畢列鋒，李旭傻東助.剝微生物法凈化淡含己NO阿x寄廢叉氣址.未環(huán)境工疑程貓.1998,莫1秀6惱（轟3毀）墓：末37~39武[8浮]耽蔣文舉，畢列績鋒，李旭烤東競.克生物法廢氣脫刮硝研跡究掃.駱環(huán)境科學(xué)律，銀199魚9賀，油2撕0身（肥3野）笛：豈34~37連[9]暈Joni挎M.Barn迫es保，交Willia講mA.Ap獎el,Ka侵renB.能Barret偵t.Rem拆ovalo席fnitr鷹ogeno豈xides競fromg傘assre躍eamsu燙singb引iofilt糠ratrio軌n.Jou祖rnalo吐fHaza禮rdous跳Materi伏als.19漫95,41:首315~32歌6效[10]序Ming-秀Shean掃chou,浮Jean-H選ongLi逗n.Bio防trickl程ingFi戰(zhàn)ltrati待onof將Nitric哲Oxide屢.Jour潑malof尾theA甘ir&Wa寧steMa草nageme亦ntAss蛙ociati慌on.20謊00,50:籃502~50飾8睛Treatm譽(yù)entof號NOxi桌nWast濾eGas撕Stream懸sUsin餡gAged質(zhì)-Refus糖e-Base梁dBio夕reacto學(xué)r面Abstra供ct姜Stabil濱izedo狡raged響refus個eisa形good適media腹forbi礙oreact卷orand紹canb盟eused殿totr腎eatNO塵