生物过滤塔净化甲醛废气的动力学研究李阳.doc

生物过滤塔净化甲醛废气的动力学研究 研究背景 1.1 甲醛污染的来源 随着经济的发展，环境污染却日益严重，这使得人们对环境的要求越来越高。这些年来，由于大量使用甲醛生产化工材料而造成的污染越发严重，人们也开始着力研究甲醛对空气污染的影响以及如何防治甲醛污染[1]。 空气中的甲醛污染主要来自以下几个部分，首先是工业上的甲醛制造厂，在制取甲醛的过程中，由于甲醛性质活跃而不可避免地出现甲醛的散发，从而导致空气的污染；其次是树脂厂、粘合剂制造厂、化纤工业、塑料、皮革、造纸等行业大量使用甲醛作为生产原料，在生产过程中产生的甲醛废气；再次是一些汽车尾气、吸烟等燃烧过程产生的甲醛气体，未经处理直接排入大气，以致污染；最后是实验室或者医院用作消毒、防腐剂时，直接喷洒甲醛而出现污染。 1.2 甲醛的危害 甲醛是沸点为19℃，具有强烈刺激性气味和较高毒性的液体，在我国有毒化学品优先控制名单上高居第二位。研究表明：当室内空气中甲醛浓度达到0.1 mg/m3，人就会感觉到不适的异昧；0.5 mg/m3可引起流泪；0.6 mg/m3会引起咽喉不适或疼痛；12-14 mg/m3引起呼吸困难、咳嗽、胸闷等症状；大于60mg/m3时引发肺炎、肺气肿，甚至死亡，同时甲醛具有强烈的致癌和促癌作用。 随着家装的日益发展，复合板的大量使用使甲醛污染也进入了家庭。室内装修的5大污染中以甲醛的污染最大且挥发时间最长。据中国室内装饰协会环境监测中心证实：中国每年由室内空气污染引起的死亡人数已达11．1万人，室内空气污染远大于大气污染，因此，甲醛废气严重危害人体健康。 国家卫生标准规定车间内空气中甲醛最高容许浓度为，GB/T16127-1995《室内空气中甲醛的卫生标准》规定甲醛最高容许浓度为0.08mg/m3。但我国企业生产人造板过程释放甲醛浓度高达1.0-2.5 mg/m3，新装修室内甲醛峰值可达6mg/m3以上。因此，控制和治理甲醛污染刻不容缓[2]。 1.3 低浓度甲醛净化技术国内外研究现状 低浓度甲醛废气(浓度100mg/m3)已无回收利用价值但又严重危害人体健康及大气环境[3]，目前国内对低浓度甲醛废气净化方法有： 催化氧化法 催化净化是使气态污染物通过催化剂床层，经历各种催化反应而转化为其他物质的一种方法。催化与其他净化法不同，首先，催化净化不需要将污染物从混合气体中分离出来，这使得净化过程得到简化，同时又有效避免了可能产生的二次污染。其次，催化氧化的另一特点是转化率很高，且对同一污染物的不同浓度都具有很高的转化率。催化氧化技术降解甲醛主要包括等离子体。催化氧化技术、光催化氧化技术和多相催化氧化技术。 近几年，许多研究者利用低温等离子体和催化氧化相结合的方法来降解有机污染物，这种技术的对降解反应的催化和加速是利用等离子体中的高活性物质，以及放利用经紫外光激发后的半导体催化剂，来实现氧化还原反应，这是一种理想的环境治理技术，也大大提高了甲醛的去除率。 用纳米TiO2催化氧化法进行实验，在紫外光条件下，浓度小于10mg/m3的甲醛能被完全净化，但用太阳光照射时，净化效率仅为35 %。 臭氧氧化法： 汪耀珠等人在密闭的超净工作台人工产生甲醛后，用一支30W的紫外灯产生低浓度臭氧，分别测甲醛和臭氧浓度，同时测低浓度臭氧对甲醛的净化率。实验结果表明，在温度25-27 C，湿度73-89%，气压1 000.08-1 000.42 hPa的实验条件下，当臭氧浓度小于0.075 mg/ m3时，低浓度臭氧对甲醛的净化效率为41.74 %[4]。 物理与化学吸附法： 在空气污染控制中，吸附净化法日益受到重视，特别是用于其他方法难以分离的低浓度有害物质和排放标准要求严格的废气处理上其效果更好。吸附净化的优点是效率高，能收回有用组分，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。但是吸附容量一般不高(约40％)，吸附剂在增大吸附容量、提高机械强度、增强稳定性等方面还有待改进。 但是这些方法仅适用于室内装修释放的甲醛气体的防治和治理，同时纳米TiO2催化氧化法必须用纳米TiO2和紫外光，这将使此方法推广带来经济和技术的局限性；臭氧法净化效率低，同时臭氧易分解，不稳定；物理吸附为可逆过程，对甲醛吸附不稳定；化学吸附则活性炭对甲醛亲和系数较低，而且形成一种新的化学物质，甚至带来二次污染。 生物法净化有机废气是微生物以有机物为其生长的碳源和能源而将其氧化、降解为无毒、无害的无机物的方法。此方法操作简单、运行成本低，无二次污染而被欧洲广泛使用并已工业化。本研究以甲醛为目标污染物，采用生物过滤塔对生物膜的净化性能进行研究，以实验数据为基础，结合国内外学者得出的生物降解传递模型的诸多理论，建立了生物过滤塔处理甲醛废气的实验模型，并予以验证[5]。 2 实验装置及实验方法 2.1实验装置 生