[发明专利]一种利用沉积物微生物燃料电池脱除氮氧化物的装置及方法

说明书

一种利用沉积物微生物燃料电池脱除氮氧化物的装置及方法，该装置包括生物滴滤塔和沉积物微生物燃料电池，沉积物微生物燃料电池包括密闭容器、阳极、阴极、导线和外电阻，阳极包括平铺于容器底部的石墨毡和若干间隔竖立固定在石墨毡上的复合电极板，复合电极板由石墨毡和导电硬质材料紧贴构成；阴极为悬浮在上覆水中的一层石墨毡，阳极设于沉积物内部，阳极、阴极和外电阻用导线串联；密闭容器进、出水口分别与生物滴滤塔底部的出水口、顶部的进水口管路连通；密闭容器顶部设有单向出气口。本发明利用微生物燃料电池结合生物滴滤塔进行烟气脱硝，烟气脱硝效率可以达到80％以上；同时完成底泥的修复，实现以废治废。

技术领域

本发明属于工程技术领域，具体涉及一种利用沉积物微生物燃料电池联合滴滤塔中温脱除氮氧化物的装置及方法。

背景技术

随着城市建设的快速发展，烟气污染造成的大气环境问题逐渐增多，其中氮氧化物是烟气的主要成分，现有脱除氮氧化物的技术有很多，燃烧后处理包括选择性催化还原(SCR)，选择性非催化还原(SNCR)、生物法和化学吸收法。燃烧前处理既是改进燃烧物的含氮组分，最后还有燃烧方式的改进，包括设置升温温度程序，以及控制燃烧物和氧气的比例。SCR与SNCR已大量商业普及和应用，适用于高温高压的大型燃煤锅炉或者核电厂锅炉，但是也存在很多的实际问题，包括氨泄漏、尿素成本高、设备仪器安装和维护复杂，还有催化剂毒性和生物可降解性低。所有的脱硝技术中，生物以环境友好、反应条件温和、使用成本低、易于扩大化等优势逐渐应用于氮氧化物气体脱除的技术领域，受到了越来越多的关注和重视。为此生物法在小型锅炉氮氧化物治理中可以发挥重要作用。

微生物燃料电池(MFC)是生物法衍生的一种新型技术，经过一百多年的理论发展和应用研究，在多个领域发挥技术支撑。Sun等(Journal of Chemical Technology andBiotechnology,2014,doi:10.1002/jctb.4479.)利用MFC实现Fe(II)EDTA-NO、Fe(III)EDTA和Fe(II)EDTA-NO同步还原，MFC驯化后电流输出密度大约为15.3Am^-3NCC。沉积物燃料电池(SMFC)是MFC的一种，在水域底泥沉积物中，具有大量种类繁多的微生物，能够将碳源分解产生的电子传递到阳极上，阳极的电子通过外导线，转移到上覆水的阴极，产生电流。SMFC在多种复杂环境中得到广泛而深入的研究。杨永刚等人通过驯化SMFC产电，已实现对(Nokia 1000，3.7V，800mAh)诺基亚手机的充电(Bioresource Technology,2015,179:615–618)。另一方面，SMFC作为LED灯泡的电源，在很多研究中不断被报导。Jeetendra Prasad使用SMFC对电容器充电，并且能够点亮LED灯泡(7W,230V,50Hz)(Journal of PowerSources,2020,450:227721)。沉积物燃料电池(SMFC)稳定产电，非常有利于水体和固废污染物的降解，大量的研究表明，SMFC具有广泛的污染物降解能力，特别是含氮污染物。除此之外，SMFC结构简单，易于安装，无质子交换膜，易于扩大化，易于工程化应用。生物滴滤塔(BTF)联合SMFC脱除氮氧化物，是一种全新的氮氧化物去除系统，同时能够强化络合吸收剂的活化和还原。另外BTF-SMFC技术能应用于多种场景，工艺设备安装经济而且简单，SMFC阳极室泥采集来源丰富，泥中固有丰富多样的微生物，有利于系统的稳定运行，同时运行费用低，能耗低，无二次污染，具有广阔的工业应用前景。

因此，建立一种利用沉积物微生物燃料电池联合滴滤塔中温脱除氮氧化物的装置及方法极为重要。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种低成本、能耗小、运行费用低、设备安装和维护简单的利用沉积物微生物燃料电池联合生物滴滤塔氮氧化物脱除的装置及方法，以实现中温烟气的高效、绿色烟气脱硝，烟气脱硝效果可以达到80％以上。该方法通过化学吸收剂将烟气中的NOx转移至液相，通过SMFC生物电化学强化三价铁络合剂的还原和氮氧化物的还原。

本发明目的通过以下技术方案实现：