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微生物降解室内气态化学污染物的理论与实验研究

赵以轩  
【摘要】:清洁的空气是人类维系健康与幸福生活的最基本需求。然而,目前的室内空气污染却在全球范围内对公共健康造成了非常严重的威胁。尽管近年来关于室内空气净化的改良技术和新兴技术层出不穷,但由于室内气态化学污染的特殊性与现有净化技术自身存在不足与局限性,至今仍不能满足改善室内空气品质的多方面要求。 本课题针对室内环境中广泛存在的低浓度气态有机化学污染物,提出将经济环保的微生物降解技术引入室内气态有机化学污染物控制应用领域加以充分利用,并对该技术引入的可行性进行深入探讨。本课题的研究重点在于探讨室内环境中涉及的空气温度条件对微生物降解空气净化系统长期运行可能产生的影响。 本课题选择了室内环境最广泛存在的甲醛作为研究的目标气体,根据固定化微生物填料自身特点,对过滤系统中微生物降解化学污染物的过程进行动力学分析,建立了可预测微生物过滤系统的在进气温度影响下运行性能的数学模型。不同的进气温度会通过影响气液相之间的物质传递过程和填料内微生物转化传入污染物的速率而最终影响过滤系统运行。理论模型计算结果显示,微生物过滤系统运行性能与进气温度呈负相关关系,当温度超过30℃后,过滤性能下降趋势加剧。分析认为温度升高导致气体在循环液中的溶解度降低是造成过滤系统性能下降的主要原因。 同时,通过监测同一台过滤系统在不同进气工况下连续运行的过滤性能变化,系统地实验研究了进气温度对微生物过滤系统运行性能的影响。实验表明,气温在30℃左右时系统的净化性能最好,平均效率高于90%。当温度升高或降低后,净化效率略有下降,但基本可保持在75%-80%的可接受范围内。而且,从长期运行的性能来看,过滤系统在相对较高的进气温度条件下运行更加稳定。此外,当进口甲醛浓度低于0.6ppmv稳定运行时,系统在各进气温度条件下都可保证出口气体的甲醛浓度低于国家卫生标准规定的健康限值(0.1mg/m~3)。 为了验证过滤系统中微生物降解的作用,实验将同一台过滤系统的填料替换为不含微生物的空白颗粒,在与温度影响研究相同的实验条件下对该系统的过滤性能进行了连续5天的监测。结果显示,由于缺少微生物降解的实质性去除作用,过滤系统在运行48h后开始出现过滤失效,位于反应器底部的填料层将率先出现向下游散发甲醛污染的情况。


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