[發明專利]一種利用沉積物微生物燃料電池脫除氮氧化物的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010465218.X
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111686573B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 黃行柱;黃少斌;張佳琳
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01D53/84
• 分類號: B01D53/84;B01D53/56;B01D53/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

一種利用沉積物微生物燃料電池脫除氮氧化物的裝置及方法，該裝置包括生物滴濾塔和沉積物微生物燃料電池，沉積物微生物燃料電池包括密閉容器、陽極、陰極、導線和外電阻，陽極包括平鋪于容器底部的石墨氈和若干間隔豎立固定在石墨氈上的復合電極板，復合電極板由石墨氈和導電硬質材料緊貼構成；陰極為懸浮在上覆水中的一層石墨氈，陽極設于沉積物內部，陽極、陰極和外電阻用導線串聯；密閉容器進、出水口分別與生物滴濾塔底部的出水口、頂部的進水口管路連通；密閉容器頂部設有單向出氣口。本發明利用微生物燃料電池結合生物滴濾塔進行煙氣脫硝，煙氣脫硝效率可以達到80％以上；同時完成底泥的修復，實現以廢治廢。

技術領域

本發明屬于工程技術領域，具體涉及一種利用沉積物微生物燃料電池聯合滴濾塔中溫脫除氮氧化物的裝置及方法。

背景技術

隨著城市建設的快速發展，煙氣污染造成的大氣環境問題逐漸增多，其中氮氧化物是煙氣的主要成分，現有脫除氮氧化物的技術有很多，燃燒后處理包括選擇性催化還原(SCR)，選擇性非催化還原(SNCR)、生物法和化學吸收法。燃燒前處理既是改進燃燒物的含氮組分，最后還有燃燒方式的改進，包括設置升溫溫度程序，以及控制燃燒物和氧氣的比例。SCR與SNCR已大量商業普及和應用，適用于高溫高壓的大型燃煤鍋爐或者核電廠鍋爐，但是也存在很多的實際問題，包括氨泄漏、尿素成本高、設備儀器安裝和維護復雜，還有催化劑毒性和生物可降解性低。所有的脫硝技術中，生物以環境友好、反應條件溫和、使用成本低、易于擴大化等優勢逐漸應用于氮氧化物氣體脫除的技術領域，受到了越來越多的關注和重視。為此生物法在小型鍋爐氮氧化物治理中可以發揮重要作用。

微生物燃料電池(MFC)是生物法衍生的一種新型技術，經過一百多年的理論發展和應用研究，在多個領域發揮技術支撐。Sun等(Journal of Chemical Technology andBiotechnology,2014,doi:10.1002/jctb.4479.)利用MFC實現Fe(II)EDTA-NO、Fe(III)EDTA和Fe(II)EDTA-NO同步還原，MFC馴化后電流輸出密度大約為15.3Am^-3NCC。沉積物燃料電池(SMFC)是MFC的一種，在水域底泥沉積物中，具有大量種類繁多的微生物，能夠將碳源分解產生的電子傳遞到陽極上，陽極的電子通過外導線，轉移到上覆水的陰極，產生電流。SMFC在多種復雜環境中得到廣泛而深入的研究。楊永剛等人通過馴化SMFC產電，已實現對(Nokia 1000，3.7V，800mAh)諾基亞手機的充電(Bioresource Technology,2015,179:615–618)。另一方面，SMFC作為LED燈泡的電源，在很多研究中不斷被報導。Jeetendra Prasad使用SMFC對電容器充電，并且能夠點亮LED燈泡(7W,230V,50Hz)(Journal of PowerSources,2020,450:227721)。沉積物燃料電池(SMFC)穩定產電，非常有利于水體和固廢污染物的降解，大量的研究表明，SMFC具有廣泛的污染物降解能力，特別是含氮污染物。除此之外，SMFC結構簡單，易于安裝，無質子交換膜，易于擴大化，易于工程化應用。生物滴濾塔(BTF)聯合SMFC脫除氮氧化物，是一種全新的氮氧化物去除系統，同時能夠強化絡合吸收劑的活化和還原。另外BTF-SMFC技術能應用于多種場景，工藝設備安裝經濟而且簡單，SMFC陽極室泥采集來源豐富，泥中固有豐富多樣的微生物，有利于系統的穩定運行，同時運行費用低，能耗低，無二次污染，具有廣闊的工業應用前景。

因此，建立一種利用沉積物微生物燃料電池聯合滴濾塔中溫脫除氮氧化物的裝置及方法極為重要。

發明內容

為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種低成本、能耗小、運行費用低、設備安裝和維護簡單的利用沉積物微生物燃料電池聯合生物滴濾塔氮氧化物脫除的裝置及方法，以實現中溫煙氣的高效、綠色煙氣脫硝，煙氣脫硝效果可以達到80％以上。該方法通過化學吸收劑將煙氣中的NOx轉移至液相，通過SMFC生物電化學強化三價鐵絡合劑的還原和氮氧化物的還原。

本發明目的通過以下技術方案實現：