论文摘要
矿物燃料燃烧产生大量烟气中所含氮氧化物（NOx）的排放是导致酸雨、光化学烟雾等一系列严重空气污染问题的主要原因之一。相关资料显示，近年来我国NOx污染的范围和程度已相当严重。因而烟气脱氮技术的发展是继烟气脱硫之后所面临的又一亟待解决的重大课题。针对现有烟气脱氮技术的缺点和局限性，本研究小组提出化学吸收耦合电极生物膜法来脱除烟气中的氮氧化物。本文作为该课题中的一部分，研究了Fe（Ⅲ）EDTA和NO2-在反应器内的电化学、微生物以及电化学促进微生物还原特性，考察了挂膜期问不同初始Fe（Ⅲ）EDTA和NO2-浓度以及不同菌体接种量下，Fe（Ⅲ）EDTA和NO2-的还原情况；挂膜后，考察了生物膜电极对Fe（Ⅲ）EDTA和NO2-的还原，并通过电流密度实验验证电流控制反应速率理论。研究FR-2菌种发现，电化学和微生物对Fe（Ⅲ）EDTA的还原有明显的协同作用。相对于这两者的单独作用而言，协同作用能够在还原效率上提高30％，并且还原速率是单独微生物作用的4倍。在挂膜过程中，Fe（Ⅲ）EDTA还原效率随着Fe（Ⅲ）EDTA初始浓度增大而减小；对菌体接种量的考察中发现，菌体接种量在40～60mg·L-1时其还原效率比较接近，在320 mg·L-1菌种量时，还原效率减小。两者对反应速率的影响都不大。挂膜完成后，生物膜电极在有无外源菌种的条件下还原特性都很相似，由此可以证实已有微生物挂膜。循环伏安曲线说明了电极在挂膜前后电化学特性的改变。而SEM电镜扫描图更直观的显示了电极上的微生物膜。在挂膜的基础上，通过考察不同电流密度下的反应速率，很好的验证了电流控制速率理论。对DN-2菌种的研究发现，电促微生物能够提高NO2-还原速率，但是最终效率不及微生物作用。在挂膜过程中，菌种活性并没有因为底物浓度过高而受到抑制，还原效果较好；而菌体接种量增大，对NO2-还原的抑制作用也增大。系统挂膜后，不加微生物的反应体系最终还原效率95％左右，而外加菌种的还原效率为85％。两种菌共存时，两种底物微生物还原有竞争性，NO2-还原比较容易进行。两者在通电情况下，Fe（Ⅲ）EDTA还原受剑一定的抑制。由此可见，电极生物膜法在单独还原Fe（Ⅲ）EDTA和NO2-时，效果比较明显。而两者共存时，可能会有抑制作用。这在前人研究中也有报道。而改换电极或者改变反应器结构能够改善这种抑制作用，也成为今后研究的当务之急。