固定化微生物反应器降解室内空气中甲醛的研究

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室内空气污染已成为威胁人类健康的主要环境问题之一,甲醛是室内空气中的一种重要的污染物。世界卫生组织已经将甲醛确定为对人有致癌效应的污染物,国内外研究人员一直致力于开发可以有效去除室内空气中甲醛的工艺,如吸附、光催化氧化、植物过滤等工艺。然而上述工艺存在去除效率低、产生有害副产物等诸多问题,加之室内空气中甲醛含量比较低,去除效果不佳。如何开发高效的室内空气中甲醛净化工艺是近年来空气净化领域的前沿课题。本研究主要研究内容包括:   ⑴运用固定化微生物反应器降解室内空气中甲醛的研究,生物法具有效率高、能耗低的优点,是近年来室内空气净化的新发展方向。本研究采用喷淋法富集空气中的甲醛;利用从印度洋海底沉积物中分离得到的Pseudomonassp.IOFA1菌株对甲醛的高效降解能力,将其固定化后作为净化装置的生物处理单元,实现了对室内甲醛的有效降解,同时降低了微生物泄露机率。主要研究内容包括:Pseudomonas sp.IOFA1甲醛降解特性的研究,固定化微生物细胞制备方法的选择,以及生物洗涤塔动态净化空气中甲醛的研究。   ⑵对比了不同培养基中Pseudomonas sp.IOFA1生长曲线,筛选出以乙酸钠作为单一碳源的无机液体培养基,微生物容易生长且成本低廉,可作为理想的循环液用于生物喷淋装置中;发现Pseudomonas sp.IOFA1可以利用甲醛作为单一碳源生长,通过对其代谢产物分析,得出该细菌的主要依赖甲醛脱氢酶实现甲醛降解,而且该细菌对甲醛的降解不受其它外加碳源的影响;分析了不同的环境因素对Pseudomonas sp.IOFA1的影响,发现该细菌在通常室温范围(10℃~40℃)内有比较高的甲醛降解效率,最适的pH范围为6~9,甲醛刺激对细菌后续降解甲醛影响比较小,说明甲醛脱氢酶是微生物固有酶。   ⑶对比了不同的固定化方法和固定化载体,发现采用聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA) PVA+海藻酸钠组成的复配载体用包埋法制备的固定化微生物小球机械性能和传质性能良好、甲醛降解活性较高,最重要的是微生物泄露的机率最低,是理想的固定化微生物制备方法和载体。动态降解实验表明,PVA+海藻酸钠固定化微生物小球甲醛降解负荷达到205.8 mgL-1h-1,可长时间稳定运行,且将微生物泄露机率降到最低。   ⑷研究了进气甲醛浓度、空床停留时间、循环液流速对生物洗涤塔甲醛去除效率的影响,发现当进气甲醛浓度为1.5 mg/m3,循环液流量为80 mL/min,空床停留时间为5s时,可获得最高的甲醛去除负荷561 mg m-3h-1。同时建立了数学模型,模拟密闭空间内甲醛浓度随固定化微生物净化装置运行时间的变化过程,可用于密闭空间内净化装置净化时间的估计。
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