微生物降解室内甲醛污染物的理论与实验研究

论文摘要

随着我国经济的快速发展,城镇居民的住房条件得到了很大改善,室内建筑装修材料的在建筑中被大量使用,由此产生的病态建筑综合症（SBS）成为长期毒害众多居住者的主要室内环境问题。甲醛作为室内装修污染中的头号污染物,已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。随着人们对室内空气品质要求的不断提高,室内甲醛的去除问题已经引起了人们的普遍关注。本课题通过理论计算和实验分析,对固定化微生物降解室内空气中的甲醛污染物进行了研究。甲醛的生化降解机理分析表明,甲醛在细菌体内通过氧化和同化两种过程进行代谢,其中,甲醛脱氢酶和甲醛歧化酶在细菌的氧化过程中起到重要的催化作用,而3-磷酸6-己酮糖合成酶以及丝氨酸转羟甲基酶则分别在同化甲醛的过程中,通过磷酸核酮糖代谢途径和丝氨酸代谢途径起到催化的作用。实验研究表明,采用固定化微生物技术制成的海藻酸钙凝胶小球对甲醛有去除作用,海藻酸钙凝胶小球包埋恶臭假单胞菌与填料结合可制成生物过滤器。生物过滤器阻力控制在120Pa或更低范围内包埋细菌可以长期保持活力。固定化细菌包埋效果好,不会产生微生物泄漏。实验通过控制液体喷淋量、入口空气甲醛浓度和空气流量等不同工况,对生物过滤器的甲醛去除效率和微生物的生化去除量进行了研究。在空气流量1.5L/min,入口甲醛浓度0.8mg/m3,液体喷淋量34ml/h的实验条件下,微生物对甲醛的去除效率可达86%-91%,生化去除量约为每天1.62-1.75mg。通过对微生物降解甲醛进行动力学分析,结合传热传质和物理化学中的相关原理,建立了海藻酸钙凝胶小球包埋恶臭假单胞菌降解甲醛的模型,在此基础上推出在理想密布条件下生物过滤器的理论去除模型。理论模型的计算结果能够在较广泛实验条件内与实验值相符合。对生物过滤器进行实验舱衰减实验确定了微生物在降解过程中起到的作用。在循环流量约25L/min的条件下,实验用生物过滤器可在9小时内将实验舱内甲醛浓度超出国家标准10倍的空气净化到室内要求限以内。采用固定化微生物技术可以实现快速有效地治理室内空气中的甲醛污染物,不产生二次污染,但室内环境中的相对湿度与生物过滤器之间的相互影响等问题仍有待进一步研究。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 室内空气中甲醛的污染特性
• 1.1.1 甲醛的性质
• 1.1.2 甲醛的危害及来源
• 1.1.3 室内甲醛浓度相关标准
• 1.2 净化室内空气环境中甲醛污染物的现状
• 1.2.1 通风换气净化法
• 1.2.2 物理吸附技术
• 1.2.3 空气负离子技术
• 1.2.4 光触媒技术
• 1.2.5 植物净化技术
• 1.3 生物法降解化学污染物的研究背景
• 1.4 生物净化方法降解甲醛国内外研究现状
• 1.4.1 生物法处理甲醛废水研究现状
• 1.4.2 生物法处理甲醛工业废气研究现状
• 1.4.3 生物法处理室内甲醛污染物
• 1.5 微生物固定化的基础理论和应用现状
• 1.6 本课题研究的内容和意义
• 第二章 微生物降解甲醛的生化机理
• 2.1 甲醛在细菌体内的新陈代谢
• 2.1.1 甲醛的氧化过程
• 2.1.2 甲醛在甲基营养菌中的碳同化途径
• 2.2 菌种的筛选与驯化
• 2.3 本章小结
• 第三章 固定化生物颗粒降解甲醛生物过滤器的研制及性能实验
• 3.1 固定化生物颗粒的制取及生物过滤器制作
• 3.1.1 海藻酸钙包埋法基本原理
• 3.1.2 固定化方法的优化
• 3.1.3 生物过滤器的制作
• 3.2 生物过滤器降解甲醛实验系统的搭建和分析
• 3.2.1 甲醛发生系统
• 3.2.2 生物过滤器
• 3.2.3 甲醛和下游微生物检测
• 3.3 甲醛去除效果影响因素的实验分析
• 3.3.1 固定化微生物活性考察
• 3.3.2 空气流量对过滤阻力的影响
• 3.3.3 液体喷淋量的影响
• 3.3.4 入口气体甲醛浓度的影响
• 3.3.5 气体流量的影响
• 3.4 实验误差分析
• 3.4.1 系统误差
• 3.4.2 随机误差
• 3.5 本章小结
• 第四章 固定化生物颗粒及生物过滤器过滤效果的理论计算
• 4.1 单个海藻酸钙胶珠传质模型的建立
• 4.1.1 建立数学模型假设
• 4.1.2 外层水膜传热传湿计算
• 4.1.3 胶珠甲醛传质计算模型
• 4.1.4 计算中的一些参数的确定
• 4.1.5 单胶珠效率
• 4.2 生物过滤器过滤模型的建立
• 4.2.1 理想密布状态下的过滤效率
• 4.2.2 计算结果与实验结果对比及分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 生物过滤器在室内净化中的应用
• 5.1 生物净化器及实验系统的设计和搭建
• 5.1.1 生物净化器
• 5.1.2 环境舱实验系统
• 5.1.3 环境舱附属实验设备
• 5.2 实验方法和步骤
• 5.3 实验结果和分析
• 5.3.1 环境舱实验结果
• 5.3.2 净化效果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望和讨论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢