生物—化学法净化甲醛废气应用基础研究

生物—化学法净化甲醛废气应用基础研究

作者:师大云端图书馆 时间:2015-06-23 分类:开题报告 喜欢:3954
师大云端图书馆

【摘要】生物法废气净化新技术研究是现阶段低浓度废气治理技术研究领域中广受关注的前沿热点之一。由于甲醛兼有水溶性和挥发性的特殊性,使得采用生物法对低浓度甲醛废气的处理方式与其它有机废气的处理方式具有不同的特征,如何实现对废气中甲醛的高效生化降解去除是近年来研究获得生物法净化甲醛废气实用工程技术所面临的一个难题。本论文研究针对生物膜填料塔降解净化甲醛废气技术应用中,存在的气态甲醛溶解并累积于循环液而导致废气中甲醛不能被高效生化降解去除的技术难题,开展了采用添加化学促进剂强化生物膜填料塔降解净化甲醛废气性能的应用基础研究,重点对高效化学促进剂的选择及其强化生物膜填料塔降解净化甲醛废气性能的可行性、适用高效化学促进剂亚硫酸钠对微生物菌种及优势种群的影响、提高生物膜填料塔降解净化甲醛废气性能的最佳操作条件、甲醛降解过程机理与降解途径以及相关基础动力学等进行了系统的应用基础研究,以期通过探索研究“化学促进-生物降解”集成优化于生物膜填料塔对甲醛废气降解净化效果的突跃增强作用,为解决生物法净化甲醛废气技术应用中的技术难题提供一个有效途径。首先,本研究通过实验证实,当生物膜填料塔在气体流量为0.2m3/h、循环液流量为5L/h、进口气体甲醛浓度范围50~150mg/m3的条件下操作时,溶解在循环液中的甲醛累积浓度可达8.45~33.00mg/L。对应进行的去除累积甲醛的化学促进剂选择实验结果表明,当按与液相甲醛化学反应摩尔比为1:1添加化学试剂时,在实验选用的亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、氯化铵等三种试剂中,以亚硫酸钠对液相甲醛的去除率最高,达到了68.69%。进一步实验考察亚硫酸钠添加浓度变化对生物膜填料塔系统中液相甲醛去除效果的结果表明,当亚硫酸钠浓度由0.05M增加到0.15M时,液相甲醛去除率随之升高,最高可达到99.98%。综合考虑工业木材生产过程中甲醛废气的排放浓度、本研究的目标以及生物膜填料塔系统操作运行的经济性等方面的因素,本研究选择亚硫酸钠作为最适用化学促进剂并以0.05M为适宜添加浓度开展后续相关研究。采用亚硫酸钠强化生物膜填料塔净化甲醛废气性能的可行性研究结果表明,在相同的实验条件下,采用浓度为0.05M亚硫酸钠循环液的生物膜填料塔(2号塔)的循环液中甲醛溶解累积的最大浓度值,比不添加亚硫酸钠的生物膜填料塔(1号塔)的减小了99.2%。随着循环喷淋液流量及进口气体甲醛浓度的增加,虽然两个生物净化塔的甲醛降解效率均可维持在96.6~100%的水平上,但2号塔的甲醛生化降解量随之增加(分别增加约0.02及1.5倍),而对应的不添加亚硫酸钠的1号塔的甲醛生化降解量则大幅度持续减小(分别减小约1.8及2.2倍),也即甲醛溶解累积量快速增加。这一结果证实了亚硫酸钠对溶解累积在循环液中的甲醛具有很强的去除作用,同时也验证了采用亚硫酸钠作为促进剂强化生物膜填料塔对甲醛废气的降解净化性能是可行的。通过应用PCR-DGGE、PCR扩增16SrRNA、基因组总DNA提取及构建系统进化树等分子生物学研究方法,研究添加亚硫酸钠对降解甲醛微生物优势种群影响的结果表明,采用亚硫酸钠能够促进甲醛降解菌群体的快速生长,并通过延长甲醛降解菌的生长稳定期大幅度提高优势种群降解甲醛的能力,同时也使甲醛降解微生物系统中的优势种群出现了明显变化。其中由于添加亚硫酸钠而新检出的一类甲醛降解菌(甲基营养菌)-副球菌,能够在亚硫酸钠的刺激下强势生长,使其转变成为优势种群,并在甲醛的生化降解过程中发挥重要作用。为了进一步确认亚硫酸钠的强化作用效果,采用在添加亚硫酸钠的作用环境中驯化得到的微生物优势种群液挂膜的生物膜填料塔(3号塔),与仅采用以浓度为0.05M亚硫酸钠循环液的生物膜填料塔(2号塔)进行的对比实验结果表明,在相同条件下随着进口气体甲醛浓度及气体流量增加,3号塔的甲醛生化降解量的最大值分别达到61.1及112.4mg/L.h,其值远大于对应的2号塔对甲醛最大生化降解量分别仅为5.3及3.08mg/L.h的结果。这充分体现出了“化学促进-生物降解”集成优化于3号塔对甲醛降解效果的突跃增强作用。通过正交试验研究确定了3号塔的最佳操作条件是:循环液流量为5L/h,进口气体甲醛浓度为80mg/m3,气体流量为0.4m3/h。对3号塔中优势种群降解废气中甲醛的气、液相主要产物的分析结果表明,气相甲醛的最终生化降解产物主要为CO2,液相中的亚硫酸钠可与溶解的甲醛反应生成羟甲基磺酸钠,其可作为微生物生长的碳源被微生物降解及利用。通过对添加亚硫酸钠的生物膜填料塔降解甲醛废气的生化反应机理和降解途径的研究得知,添加亚硫酸钠的生物膜填料塔的生物膜中甲醛的生化反应速率小于它在液膜中的扩散速率,为一级慢速生化降解反应,亚硫酸钠显著强化了生物膜降解甲醛的生化反应过程,其降解净化甲醛废气的表观生化反应速率Ra值比不添加亚硫酸钠的生物膜填料塔的Ra值提高了363.3%,甲醛生化反应一级反应速率常k1*提高了216.8%。对应的微生物学分析表明,添加亚硫酸钠强化了生物膜填料塔对废气中甲醛的生化去除效果,其实质是亚硫酸钠刺激了降解甲醛优势种群中的甲基营养菌假单胞菌和副球菌的快速生长,从而使构成生物膜优势种群主体的甲基营养菌假单胞菌和副球菌能够共同通过异化和同化途径将其捕获的甲醛代谢为CO2和细胞能量,使甲醛得以生化降解完全。对添加亚硫酸钠的液相微生物降解甲醛动力学和生物膜填料塔系统净化甲醛废气的相关动力学研究结果表明,对于添加亚硫酸钠的生物膜填料塔系统,其液相甲醛生化降解动力学过程符合Monod模式,其模型计算值与实验值之间有很好的相关性,相关系数R=0.9852。由于添加亚硫酸钠的作用,使得微生物降解液相甲醛一级生化反应的甲醛浓度提高了11%,反应速率常数提高了7%,最大比降解速率提高了15.9%。这一结果证实了添加的亚硫酸钠对微生物在液相对甲醛的降解过程发挥了明显的促进作用。对采用亚硫酸钠强化的生化降解净化甲醛废气过程的适用动力学模型的对比验证结果表明,采用“吸收-生物膜”理论动力学模型的计算值与实验值的相关性(相关系数0.9297~0.9441)明显优于采用“吸附-生物膜”理论动力学模型的计算值与实验值的相关性(相关系数0.5982~0.7650)。这表明“吸收-生物膜”理论动力学模型适合于描述本研究采用亚硫酸钠强化的生物膜填料塔降解净化甲醛废气的动力学过程。本论文研究通过采用亚硫酸钠促进剂将“化学促进-生物降解”集成优化于生物膜填料塔净化系统中,使生物膜填料塔对甲醛废气的降解净化性能实现了突跃增强,初步形成了一项具有“化学促进-生物降解”特性的高效降解净化甲醛废气新技术。该项新技术在有效解决气态甲醛溶解并累积于循环液而导致废气中甲醛不能被高效生化降解的技术难题,以及有效提升生物膜填料塔对甲醛废气的降解净化性能方面具有重要的突破意义。本研究成果将在工业低浓度甲醛废气净化污染控制方面具有广阔的应用前景。
【作者】李晓梅;
【导师】潘学军;段希祥;
【作者基本信息】昆明理工大学,环境科学,2014,博士
【关键词】甲醛废气;亚硫酸钠促进剂;生物膜填料塔;甲醛生化降解;“化学促进-生物降解”作用;

【参考文献】
[1]梁愿,付国明.大庆油库防火安全级别的确定及防火对策[J].油田地面工程.1991(04)
[2]王亚群.箱形内置钢管混凝土组合柱压弯强度分析[D].浙江工业大学,结构工程,2012,硕士.
[3]刘云飞.基于Monte Carlo优化神经网络的工作面瓦斯涌出量预测研究[D].西安科技大学,安全技术及工程,2014,硕士.
[4]张明,董章龙,全必胜,乐孜纯.新型可重构光分插复用器及其联网性能分析[J].光电工程,2013,12:73-79.
[5]邓琬珂.内地西藏班(校)学校文化建设问题研究[D].西南大学,教育学原理,2014,硕士.
[6]李姣琦.基于区位论的辽宁沿海经济带旅游产品差异化开发研究[D].渤海大学,旅游管理,2014,硕士.
[7]杨秀华.3-5岁儿童社会技能训练的实验研究[D].湖南师范大学,发展与教育心理学,2004,硕士.
[8]张沿江.锂离子电池正极材料磷酸铁锂的水热合成及改性研究[D].湖南大学,2012.
[9]曹文亮.基于符号有向图的热力系统故障诊断方法研究[D].华北电力大学(河北),2006.
[10]冯东亮.基金会现场总线在工业过程控制中的应用研究[D].华北电力大学(北京),控制理论与控制工程,2004,硕士.
[11]金海娟.基于铁磁性纳米材料的电化学夹心免疫传感器研究[D].宁波大学,2012.
[12]黄维纲.中小型企业管理信息系统结构模式[J].冶金自动化,1990,06:7-11.
[13]臧胡鹏.云南民族文化视觉元素在食品包装设计中的运用研究[D].西南交通大学,设计艺术学,2014,硕士.
[14]陈小君.引入参照点的旅行时间价值分析[D].北京交通大学,产业经济学,2014,博士.
[15]文斌.隐源性多灶性溃疡性狭窄性小肠炎临床特征荟萃分析及TNF-α在其肠组织中的表达[D].河北医科大学,内科学(专业学位),2014,硕士.
[16]赵天虎,赵培然.克拉玛依油田区域性阴极保护试验[J].油田地面工程.1991(01)
[17]夏卫华.《红楼梦》中指示语的翻译[D].安徽大学,英语语言文学,2004,硕士.
[18]赵飞.大学生运动员完美主义问卷的编制[D].首都体育学院,应用(运动)心理学,2013,硕士.
[19]林茂.全球化背景下提升我国文化软实力研究[D].西南大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[20]崔慧娴.宇宙线传播及宇宙线能谱异常起源的研究[D].河北师范大学,理论物理,2012,硕士.
[21]刘健.沾益县植烟土壤有效态微量元素空间变异特征研究[D].湖南农业大学,作物学,2012,硕士.
[22]周叶帅.面向城市道路交通信息挖掘的Apriori算法研究[D].重庆大学,控制科学与工程,2014,硕士.
[23]李国占.发动机喷管推力矢量控制研究[D].哈尔滨工业大学,动力机械及工程,2014,硕士.
[24]王飞.家电品牌感知质量及对顾客满意影响研究[D].南京财经大学,企业管理,2013,硕士.
[25]姚兴.三棵树车辆段信息化检修方案设计及组织实施研究[D].吉林大学,工业工程,2014,硕士.
[26]周冰心.FDI对环境影响的实证分析[D].浙江工商大学,国际商务(专业学位),2014,硕士.
[27]明立松.商业银行企业服务总线(ESB)系统的设计与实现[D].北京工业大学,软件工程(专业学位),2013,硕士.
[28]刘明亮.土地利用规划的环境影响评价研究[D].湖南师范大学,自然地理学,2004,硕士.
[29]刘希言.北京地区艺术博物馆长期陈列研究[D].中央美术学院,美术学,2013,硕士.
[30]张玉林,仲伟俊,梅姝娥,刘靖.客户档案知识的挖掘方法研究[J].管理工程学报,2002,03:116-118.
[31]柴旺里.调脾胃治疗老年病[D].北京中医药大学,中医学,2014,硕士.
[32]卓高松.夏热冬冷地区绿色办公建筑的被动式设计策略研究[D].清华大学,建筑学,2013,硕士.
[33]徐秋红.对先锋思潮的透彻观照[D].河北师范大学,文艺学,2004,硕士.
[34]陈贵龙.安全计算和秘密共享中的安全性[D].首都师范大学,基础数学,2004,硕士.
[35]麦共兴.青年教师继续社会化的问题及其对策研究[D].华东师范大学,教育学原理,2002,硕士.
[36]杨晓蔚.四列圆锥滚子轴承的计算机辅助优化设计[J].轴承.1993(10)
[37]谢小飞.社会转型期中国共产党执政风险问题研究[D].山东大学,中共党史,2013,硕士.
[38]聂浩虹.基于分级安全性的住宅小区业务移动支付终端的研究[D].西南交通大学,计算机技术,2014,硕士.
[39]王璐.一种新型胸主动脉覆膜支架的设计与工艺研究[D].大连理工大学,生物医学工程,2013,硕士.
[40]李雨膏.国外氧气转炉计算机控制的新发展(下)[J].冶金自动化,1987,04:24-28+41.
[41]李艳红.基于图像纹理特征LBP的计算机生成图像与真实图像的取证技术研究[D].北京交通大学,2014.
[42]怀记超.高职院校公共素质课程在线考试系统的分析与设计[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.
[43]冯博.太阳能电池片表面裂纹检测算法的研究与实现[D].吉林大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[44]王凤翥.在修锯技术中心修锯可大幅度提高产品质量[J].林业科技.1984(06)
[45]施英吉.装饰工程施工中的项目管理研究[D].吉林大学,项目管理,2014,硕士.
[46]周小圆.黄藤素树脂缓释微囊的制备、表征及释药特性研究[D].广东药学院,药剂学,2013,硕士.
[47]张茜.电针夹脊穴辅助治疗Ⅰ期血栓闭塞性脉管炎的临床研究[D].黑龙江中医药大学,中西医结合临床(专业学位),2014,硕士.
[48]黎旭.城际轨道交通隧道疏散与防灾研究[D].西南交通大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[49]郑宇.支架蛋白palladin在细胞分化和侵袭中的作用[D].吉林大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[50]须伟泉.依靠科技等手段进行减员增效的探讨[J].上海电力.2001(01)

相关推荐
更多