UV-生物净化二氯甲烷废气的耦合机理研究

二氯甲烷是使用量和排放量最大的含氯VOCs之一，由于其低水溶性和难生物降解性，采用单一生物法净化二氯甲烷废气的效果不佳。.本申请以UV光解作为强化生物降解的预处理方法脱除废气中的二氯甲烷，开展二氯甲烷 UV光解产物、途径及动力学研究，探明主要影响因素及作用机理，测定和调控HO?、Cl?、O3等氧化活性物质的浓度，阐明其产生、抑制及作用机制，明晰光解产物与直接光解和光激发氧化两种机制的内在关系；通过UV-生物耦合过程的研究及其与单一生物法净化过程的比较，阐明UV光解对生物滴滤塔内生物量、群落结构、细胞活性的影响以及光解产物在生物滴滤塔内的转化规律，揭示UV-生物降解二氯甲烷的耦合作用机理，进一步调控UV-生物耦合反应系统以实现二氯甲烷的高效去除，为该耦合净化技术脱除废气中二氯甲烷及类似污染物的应用奠定基础。

三年来，本项目严格按照计划执行。围绕UV—生物净化二氯甲烷（DCM）废气的脱除过程，以UV光解技术和生物滴滤技术为基础，通过调控UV光解过程，实现了DCM的定向转化，提高了后续生物净化的去除负荷。. 系统研究了停留时间EBRT、进气浓度、反应介质等对DCM光解效率的影响，并在分析主要光解产物基础上推断出光降解机理；建立光解数学模型，定量描述进口浓度、出口浓度与停留时间之间的关系。UV光解DCM的主要通过直接光解、羟基自由基氧化和臭氧氧化，主要产物是甲醛、甲酸、乙酸、乙醛酸等小分子醛酮类、羧酸类物质，水溶性大幅提高；BOD/COD测试结果表明光解产物可生化性有明显改善，为提高生物法净化效率提供了基础和可能。筛选到1株DCM降解菌Pandoraea sp. LX-1（Genebank NO: JN021530，保藏号为CCTCC M2011242），其最佳培养条件为：培养温度32.℃，培养基pH和盐度分别为7.28和0.66%。LX-1降解DCM的平均矿化率和脱氯率分别为74.15%和96.77%。分别建立BTF和UV-BTF装置，两系统完成挂膜时间分别为21d和18d。稳定运行阶段实验结果表明，当DCM进气浓度为400~600mg•m-3，相对湿度为75~80%，相同停留时间下，协同工艺对DCM废气去除率较BTF系统高出14~22%，协同工艺和单一BTF工艺的最大矿化率分别为81.56%、73.16%；在协同工艺中，UV段主要承担DCM污染负荷的转化，BTF段则主要承担污染物的矿化，光解强化了中间产物在BTF内的传质过程和可生化性，使得协同工艺可协同净化更高浓度的DCM废气，其去除能力高于UV与BTF单元去除能力的加和；EPS、DGGE等分析表明UV-BTF协同工艺比BTF系统生物膜活性更好、利用微量元素更多、生物膜厚度更适宜、微生物菌群结构更多样化。. 三年来本项目共发表研究论文5 篇，其中SCI 收录论文4 篇，累积影响因子>10；申请发明专利2项，其中授权1项。培养研究生3名，其中博士1名，硕士2名。项目取得的研究成果不仅解决了传统生废气物净化方法存在的技术瓶颈（难水溶难生物降解去除效率低等），而且进一步拓宽了生物净化的应用范围。同时，项目建立的研究方法为后续开展类似的研究奠定了一定的基础。