好氧反硝化菌用于高温生物滴滤系统脱除NOx的性能分析
发布时间：2021-10-29 21:51
酸雨是大气污染物（如硫化物和氮化物）与空气中水和氧之间的化学反应。目前我国酸雨正呈急剧蔓延之势，是继欧洲、北美之后世界第三大重酸雨区。而大气中的氮氧化物（NOx）是酸雨的主要成因之一，我国NOx最大的来源是火力发电厂。生物滴滤法脱除NOx是近年来备受广泛关注的高效低耗气体处理技术。很多燃烧废气首先通过湿洗来减少二氧化硫和灰尘的排放。这种湿洗过程的操作温度一般为5060℃，所以处理燃烧废气过程中的微生物体系最好能耐受50℃左右的温度。另外，处理燃烧烟气中一般含有3%-8%的氧气，明显降低了生物反硝化脱除NOx效率，制约其工业化应用。因此，驯化筛选能在高温好氧条件下进行高效反硝化的菌株，应用于生物滴滤塔脱除火电厂排放的烟气具有很大的工程应用价值。本论文采用稀释涂平板分离纯化，通过逐步升温方式，从火电厂生物滴滤系统填料的生物膜上筛选分离出在50℃条件能进行高效好氧反硝化的菌种TAD1。该菌株革兰氏染色呈阴性，短杆状，大小为0.78μm×1.27μm。经16S rDNA序列同源性分析，结合生理生化分析，菌种TAD1与螯台球菌属（Chelatococcus）最为相似，命名为...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景
1.1.1 NOx 的危害
1.1.2 大气中 NOx 的来源
1.1.3 燃煤电厂 NOx 的污染控制现状
1.2 生物法去除 NOx 的原理
1.2.1 硝化机理
1.2.2 反硝化机理
1.3 好氧反硝化机理
1.4 生物过滤脱除 NOx 的研究现状
1.4.1 生物滤塔概况
1.4.2 生物滴滤塔的降解机理
1.4.3 有氧条件下生物滴滤塔的 NO 转化途径
1.4.4 国内外生物过滤处理 NO 的研究进展
1.4.4.1 基于反硝化脱氮机理的实验研究
1.4.4.2 基于硝化脱氮机理的实验研究
1.4.4.3 工程应用
1.5 好氧反硝化菌的研究进展
1.5.1 好氧反硝化菌种类
1.5.2 好氧反硝化菌反硝化作用机制
1.5.3 好氧反硝化菌的反硝化作用酶类
1.5.3.1 硝酸盐还原酶（nitrate deductase, Nar）
1.5.3.2 亚硝酸盐还原酶（nitrite reductase, Nir）
1.5.3.3 一氧化氮还原酶（nitric oxide reductase, Nor）和一氧化二氮还原酶（nitrous oxide reductase, Nos）
1.6 高温下脱除 NO 的研究进展
1.7 细菌分类学研究进展
1.7.1 细菌分类鉴定方法
1.7.1.1 数值分类鉴定法
1.7.1.2 化学分类鉴定法
1.7.1.3 分子遗传学分类鉴定法
1.7.2 16S rDNA 测序技术的相关研究
1.7.2.1 16S rDNA 序列分析鉴定细菌的基本原理和方法
1.7.2.2 16S rDNA 基因技术在环境微生物鉴别中的应用
1.8 论文研究意义、研究目标和研究内容
1.8.1 论文研究的意义及目标
1.8.2 论文研究内容
第二章 实验材料及研究方法
2.1 高温下好氧反硝化菌的分离筛选及鉴定
2.1.1 实验材料
2.1.1.1 培养基
2.1.1.2 实验仪器
2.1.2 驯化耐氧脱氮污泥
2.1.3 好氧反硝化菌的分离
2.1.4 好氧反硝化菌生理生化特性实验
2.1.5 好氧反硝化菌的透射电镜观察
2.1.6 好氧反硝化菌的鉴定及系统发育树
2.1.6.1 菌种 TAD1 的 DNA 提取
2.1.6.2 PCR 扩增
2.1.6.3 PCR 反应程序
2.1.6.4 PCR 扩增产物检测及测序
2.1.6.5 同源性分析及系统发育树的构建
2.2 好氧反硝化菌的反硝化性能测定
2.2.1 实验仪器
2.2.2 实验方法
2.2.2.1 菌种生长过程中各项指标的变化
2.2.2.2 生长曲线测定
2.2.3.3 反硝化菌生物量测定和增长率的计算
2.2.3 分析方法
2.3 螯台球菌生物滴滤系统脱除 NOx 的效能研究
2.3.1 实验装置
2.3.2 填料
2.3.3 实验材料
2.3.4 分析方法
2.3.5 生物滴滤塔操作运行条件
第三章 高温条件下高效好氧反硝化菌的分离鉴定
3.1 技术背景
3.2 好氧反硝化菌 TAD1 的鉴定及生理生化特性
3.2.1 菌株 TAD1 的形态学鉴定
3.2.1.1 菌落形态观察
3.2.1.2 革兰氏染色及摄影
3.2.1.3 扫描电镜观察
3.2.2 菌株 TAD1 的生理生化特性
3.2.3 16S rDNA 序列同源性分析
3.3 Chelatococcus daeguensis TAD1 的反硝化性能研究
3.3.1 pH 值对 C. daeguensis TAD1 反硝化性能的影响
3.3.2 DO 对 C. daeguensis TAD1 反硝化性能的影响
3.3.3 碳源对 C. daeguensis TAD1 反硝化性能的影响
3.3.4 C/N 对 C. daeguensis TAD1 反硝化性能的影响
3.3.5 氮源对 C. daeguensis TAD1 反硝化性能的影响
3.3.6 好氧反硝化过程中 pH 值与 ORP 值的变化规律
3.3.7 好氧反硝化过程中 COD 值的变化规律
3.3.8 C. daeguensis TAD1 的生长动力学常数
3.3.9 高温下 C. daeguensis TAD1 的好氧反硝化性能
3.4 本章小结
第四章 鳌台球菌应用于生物滴滤系统脱除 NOx 的效能研究
4.1 技术背景
4.2 公式定义
4.3 结果与讨论
4.3.1 生物滴滤塔的启动
4.3.2 生物滴滤塔长期运行状况
4.3.3 不同氧气浓度对去除 NOx 的影响
4.3.4 不同温度对去除 NOx 的影响
4.3.5 碳源量对去除 NOx 的影响
4.3.6 EBRT 对去除 NOx 的影响
4.3.7 不同填料高度对去除 NOx 的影响
4.3.8 气体流量对去除 NOx 的影响
4.3.9 循环液 pH 值对去除 NOx 的影响
4.3.10 循环液流量对去除 NOx 的影响
4.3.11 循环液中 NO3-对去除 NOx 的影响
4.3.12 生物滴滤塔系统再启动对去除 NOx 的影响
4.4 本章小结
第五章 生物滴滤系统脱除 NOx 的机理模型
5.1 技术背景
5.2 模型建立
5.2.1 模型基础
5.2.2 机理模型
5.3 结果与讨论
5.3.1 不同 EBRT 下对 NOx 去除率的模型分析
5.3.2 不同 NO 进气浓度条件下对 NOx 去除率的模型分析
5.4 本章小结
结论与展望
1 主要研究结论
2 创新点
3 展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内火电厂氮氧化物排放现状及控制技术探讨[J]. 马风哪,程伟琴. 广州化工. 2011(15)
[2]两株高效好氧反硝化细菌的分离鉴定及其脱氮效率[J]. 朱晓宇,王世梅,梁剑茹,周立祥. 环境科学学报. 2009(01)
[3]我国燃煤火电厂烟气脱硫脱硝技术发展现状[J]. 岳涛,庄德安,杨明珍,邓九兰,张迎春. 能源研究与信息. 2008(03)
[4]我国火电行业氮氧化物排放现状及减排建议[J]. 刘孜,易斌,高晓晶,井鹏,岳涛,庄德安. 环境保护. 2008(16)
[5]生物滴滤塔处理低浓度氮氧化物[J]. 叶蔚君,魏在山,郑期展. 化工进展. 2008(08)
[6]大气中氮化物的污染现状及危害[J]. 毛艳丽,任伟松,鲁志鹏,罗世田. 煤炭技术. 2007(05)
[7]铜绿微囊藻、斜生栅藻生长的磷营养动力学特征[J]. 许海,杨林章,茅华,刘兆普. 生态环境. 2006(05)
[8]燃煤过程中NOx的生成机理及控制技术[J]. 李芳,毕明树. 工业锅炉. 2005(06)
[9]一种新的好氧反硝化菌筛选方法的建立及新菌株的发现[J]. 孔庆鑫,李君文,王新为,金敏,古长庆. 应用与环境生物学报. 2005(02)
[10]火电厂烟气脱硝技术介绍[J]. 陈杭君,赵华,丁经纬. 热力发电. 2005(02)
博士论文
[1]生物滤塔处理恶臭气体及微生物学机理[D]. 殷峻.浙江大学 2004
硕士论文
[1]螯台球菌Chelatococcus daeguensis的筛选及其在中温条件下的好氧反砂硝化性能研究[D]. 张苗.华南理工大学 2011
[2]好氧反硝化菌的分离筛选和鉴别研究[D]. 项慕飞.北京工商大学 2007
本文编号：3465447
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景
1.1.1 NOx 的危害
1.1.2 大气中 NOx 的来源
1.1.3 燃煤电厂 NOx 的污染控制现状
1.2 生物法去除 NOx 的原理
1.2.1 硝化机理
1.2.2 反硝化机理
1.3 好氧反硝化机理
1.4 生物过滤脱除 NOx 的研究现状
1.4.1 生物滤塔概况
1.4.2 生物滴滤塔的降解机理
1.4.3 有氧条件下生物滴滤塔的 NO 转化途径
1.4.4 国内外生物过滤处理 NO 的研究进展
1.4.4.1 基于反硝化脱氮机理的实验研究
1.4.4.2 基于硝化脱氮机理的实验研究
1.4.4.3 工程应用
1.5 好氧反硝化菌的研究进展
1.5.1 好氧反硝化菌种类
1.5.2 好氧反硝化菌反硝化作用机制
1.5.3 好氧反硝化菌的反硝化作用酶类
1.5.3.1 硝酸盐还原酶（nitrate deductase, Nar）
1.5.3.2 亚硝酸盐还原酶（nitrite reductase, Nir）
1.5.3.3 一氧化氮还原酶（nitric oxide reductase, Nor）和一氧化二氮还原酶（nitrous oxide reductase, Nos）
1.6 高温下脱除 NO 的研究进展
1.7 细菌分类学研究进展
1.7.1 细菌分类鉴定方法
1.7.1.1 数值分类鉴定法
1.7.1.2 化学分类鉴定法
1.7.1.3 分子遗传学分类鉴定法
1.7.2 16S rDNA 测序技术的相关研究
1.7.2.1 16S rDNA 序列分析鉴定细菌的基本原理和方法
1.7.2.2 16S rDNA 基因技术在环境微生物鉴别中的应用
1.8 论文研究意义、研究目标和研究内容
1.8.1 论文研究的意义及目标
1.8.2 论文研究内容
第二章 实验材料及研究方法
2.1 高温下好氧反硝化菌的分离筛选及鉴定
2.1.1 实验材料
2.1.1.1 培养基
2.1.1.2 实验仪器
2.1.2 驯化耐氧脱氮污泥
2.1.3 好氧反硝化菌的分离
2.1.4 好氧反硝化菌生理生化特性实验
2.1.5 好氧反硝化菌的透射电镜观察
2.1.6 好氧反硝化菌的鉴定及系统发育树
2.1.6.1 菌种 TAD1 的 DNA 提取
2.1.6.2 PCR 扩增
2.1.6.3 PCR 反应程序
2.1.6.4 PCR 扩增产物检测及测序
2.1.6.5 同源性分析及系统发育树的构建
2.2 好氧反硝化菌的反硝化性能测定
2.2.1 实验仪器
2.2.2 实验方法
2.2.2.1 菌种生长过程中各项指标的变化
2.2.2.2 生长曲线测定
2.2.3.3 反硝化菌生物量测定和增长率的计算
2.2.3 分析方法
2.3 螯台球菌生物滴滤系统脱除 NOx 的效能研究
2.3.1 实验装置
2.3.2 填料
2.3.3 实验材料
2.3.4 分析方法
2.3.5 生物滴滤塔操作运行条件
第三章 高温条件下高效好氧反硝化菌的分离鉴定
3.1 技术背景
3.2 好氧反硝化菌 TAD1 的鉴定及生理生化特性
3.2.1 菌株 TAD1 的形态学鉴定
3.2.1.1 菌落形态观察
3.2.1.2 革兰氏染色及摄影
3.2.1.3 扫描电镜观察
3.2.2 菌株 TAD1 的生理生化特性
3.2.3 16S rDNA 序列同源性分析
3.3 Chelatococcus daeguensis TAD1 的反硝化性能研究
3.3.1 pH 值对 C. daeguensis TAD1 反硝化性能的影响
3.3.2 DO 对 C. daeguensis TAD1 反硝化性能的影响
3.3.3 碳源对 C. daeguensis TAD1 反硝化性能的影响
3.3.4 C/N 对 C. daeguensis TAD1 反硝化性能的影响
3.3.5 氮源对 C. daeguensis TAD1 反硝化性能的影响
3.3.6 好氧反硝化过程中 pH 值与 ORP 值的变化规律
3.3.7 好氧反硝化过程中 COD 值的变化规律
3.3.8 C. daeguensis TAD1 的生长动力学常数
3.3.9 高温下 C. daeguensis TAD1 的好氧反硝化性能
3.4 本章小结
第四章 鳌台球菌应用于生物滴滤系统脱除 NOx 的效能研究
4.1 技术背景
4.2 公式定义
4.3 结果与讨论
4.3.1 生物滴滤塔的启动
4.3.2 生物滴滤塔长期运行状况
4.3.3 不同氧气浓度对去除 NOx 的影响
4.3.4 不同温度对去除 NOx 的影响
4.3.5 碳源量对去除 NOx 的影响
4.3.6 EBRT 对去除 NOx 的影响
4.3.7 不同填料高度对去除 NOx 的影响
4.3.8 气体流量对去除 NOx 的影响
4.3.9 循环液 pH 值对去除 NOx 的影响
4.3.10 循环液流量对去除 NOx 的影响
4.3.11 循环液中 NO3-对去除 NOx 的影响
4.3.12 生物滴滤塔系统再启动对去除 NOx 的影响
4.4 本章小结
第五章 生物滴滤系统脱除 NOx 的机理模型
5.1 技术背景
5.2 模型建立
5.2.1 模型基础
5.2.2 机理模型
5.3 结果与讨论
5.3.1 不同 EBRT 下对 NOx 去除率的模型分析
5.3.2 不同 NO 进气浓度条件下对 NOx 去除率的模型分析
5.4 本章小结
结论与展望
1 主要研究结论
2 创新点
3 展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内火电厂氮氧化物排放现状及控制技术探讨[J]. 马风哪,程伟琴. 广州化工. 2011(15)
[2]两株高效好氧反硝化细菌的分离鉴定及其脱氮效率[J]. 朱晓宇,王世梅,梁剑茹,周立祥. 环境科学学报. 2009(01)
[3]我国燃煤火电厂烟气脱硫脱硝技术发展现状[J]. 岳涛,庄德安,杨明珍,邓九兰,张迎春. 能源研究与信息. 2008(03)
[4]我国火电行业氮氧化物排放现状及减排建议[J]. 刘孜,易斌,高晓晶,井鹏,岳涛,庄德安. 环境保护. 2008(16)
[5]生物滴滤塔处理低浓度氮氧化物[J]. 叶蔚君,魏在山,郑期展. 化工进展. 2008(08)
[6]大气中氮化物的污染现状及危害[J]. 毛艳丽,任伟松,鲁志鹏,罗世田. 煤炭技术. 2007(05)
[7]铜绿微囊藻、斜生栅藻生长的磷营养动力学特征[J]. 许海,杨林章,茅华,刘兆普. 生态环境. 2006(05)
[8]燃煤过程中NOx的生成机理及控制技术[J]. 李芳,毕明树. 工业锅炉. 2005(06)
[9]一种新的好氧反硝化菌筛选方法的建立及新菌株的发现[J]. 孔庆鑫,李君文,王新为,金敏,古长庆. 应用与环境生物学报. 2005(02)
[10]火电厂烟气脱硝技术介绍[J]. 陈杭君,赵华,丁经纬. 热力发电. 2005(02)
博士论文
[1]生物滤塔处理恶臭气体及微生物学机理[D]. 殷峻.浙江大学 2004
硕士论文
[1]螯台球菌Chelatococcus daeguensis的筛选及其在中温条件下的好氧反砂硝化性能研究[D]. 张苗.华南理工大学 2011
[2]好氧反硝化菌的分离筛选和鉴别研究[D]. 项慕飞.北京工商大学 2007
本文编号：3465447
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