CN110180379B - 一种室内甲醛降解装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于空气净化设备技术领域，涉及一种室内甲醛降解装置，基于微生物降解室内空气中的有害气体甲醛，设有超声波发生器，采用低强度超声波震碎水分子，使甲醛溶解于水中，继而被降甲醛菌株高效降解，最大效率让空气中甲醛溶于液体培养基中，实现甲醛溶解的最大化，利用生物膜上面生长的以甲醛为唯一碳源和氮源的降甲醛菌株来降解甲醛，实现甲醛降解的最大化；其结构简单、使用方便、成本低，操作性和实用性强，能够高效吸附和降解室内甲醛，提高甲醛的溶解率和降解率，同时对空气中其他污染物也有净化作用，最高效率降解室内甲醛，提高室内空气质量，具有非常实用的现实意义和实用价值。

Description

一种室内甲醛降解装置

技术领域：

本发明属于空气净化设备技术领域，涉及一种室内甲醛降解装置，基于微生物降解室内空气中的有害气体甲醛。

背景技术：

近年来，我国室内空气污染状况惊人，室内空气污染对人体健康的威胁触目惊心，其中甲醛更成为健康的“隐形杀手”。中国消费者协会公布过一项调查结果：抽样检测新装修的住房中有七成含有有毒气体，新装修房子室内甲醛超标达75％以上，有些浓度甚至可达到3.0mg/L。北京对30户装修后的室内环境污染物进行检测，发现甲醛浓度超标达73％，杭州对53户装修后的室内环境污染物进行检测，发现甲醛浓度超标达79％，最高的超标达30倍以上。在这样的新居中，人们往往出现头痛、头晕、过敏性疲劳和眼、鼻、喉刺痛等不适感，世界卫生组织(WHO)将此现象称为“病态建筑物综合征”。基于此，对室内空气甲醛的降解净化尤为重要，“健康呼吸”已成为迫切需要。目前常用的甲醛去除方式主要有物理吸附法，化学法和微生物法：物理吸附法主要为活性炭吸附法，虽然可以吸收甲醛，但是也存在缺陷，活性炭对甲醛的被动吸附作用范围有限，效率低，若重复使用操作麻烦且仅仅是吸收甲醛并不能实现降解甲醛的目的；化学法降解甲醛的作用较快，但是药剂消耗量大，成本高，更换麻烦，存在产生其他更难降解的污染物的可能形；微生物法是新兴的甲醛处理方法，具有运行费用低，无二次污染的优点，但是存在直接曝气甲醛溶解量少，降解效率差，降解时间长等问题。例如：中国专利201710677599.6公开的一种家用除甲醛装置，涉及除甲醛技术领域。包括：壳体、进风口、出风口、紫外线灯、甲醛吸附网、活性炭吸附网和微生物净化柱、吸收液槽、固定板以及风机；甲醛吸附网上浸润有二氧化钛溶液；微生物净化柱内设有经过活化的固定化微生物小球；吸收液槽内装有三聚氰胺溶液；可通过紫外线灯照射甲醛吸附网上的二氧化钛溶液使其发生光催化反应，从而氧化分解空气中的甲醛；通过微生物净化柱内的固定化微生物小球降解甲醛；通过活性炭吸附网对室内空气进行净化；最后通过吸收液槽内的三聚氰胺溶液进一步吸收甲醛；中国专利201410607342.X公开的一种除甲醛空气净化器，属于环保技术领域，由甲醛吸收系统、甲醛去除系统和附属结构组成，甲醛吸收系统包括进气口、进气风机、吸收液喷头、喷淋吸收腔、过风口、隔水透气网、排气口、集液斗，甲醛去除系统包括微生物净化柱、吸收液槽、吸收液循环泵、流量计、吸收液排空管，附属结构包括外壳、底座和开关，利用雾化吸收液溶解甲醛、利用固定化微生物降解去除甲醛。因此研发一种基于微生物法的室内甲醛降解装置，实现高效溶解降解甲醛、对人体不产生任何伤害，具有很高的社会意义及实用价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种室内甲醛降解装置，实现最大化的降解和溶解室内空气中的甲醛。

为了实现上述目的，本发明涉及的室内甲醛降解装置由主反应单元、液体循环单元和抽气单元组成，主反应单元的主体结构包括反应容器、第一通风口、活性炭载体、隔板、盖板、上腔室、下腔室、第二通风口、挡板、超声波发生器、微生物载体和生物膜；液体循环单元的主体结构包括液体培养基、上连通管道、下连通管道、筛网、水泵和止回阀；抽气单元的主体结构包括气泵和通气管道；内空式结构的反应容器的顶端侧壁开设有成对布置的第一通风口，反应容器内第一通风口的下方设置有活性炭载体，反应容器内活性炭载体的下方由隔板和盖板分隔成上腔室和下腔室，盖板开设有第二通风口，第二通风口的下方设置有挡板，反应容器的底部设置有气泵，气泵与通气管道的一端连接，通气管道的另一端与上腔室连通，上腔室的底部设置有超声波发生器，下腔室的下部设置有微生物载体，微生物载体的上表面设置有生物膜，上腔室和下腔室中均灌装有液体培养基，上腔室的上部与下腔室的上部之间设置有上连通管道，上腔室的下部与下腔室的下部之间设置有下连通管道，上连通管道和下连通管道与上腔室之间均设置有筛网，下连通管道靠近下腔室的一端设置有水泵，下连通管道设置有止回阀，止回阀在水泵的上方；反应容器与盖板固定连接。

本发明涉及的反应容器为长方体结构，侧壁设置有便于进入反应容器内部进行检修和维护的开关门，以增加使用年限和美观程度，移动方便，结构简单易操作；第一通风口和第二通风口为降解净化后的空气提供出口；活性炭载体吸收未降解的甲醛和空气中其他有毒害的气体，能够提高甲醛和空气中其他有毒害气体的吸收能力；上腔室或下腔室设置有便于液体培养基灌装、更新和排出的阀门；挡板用于阻挡被超声波发生器震碎而震荡起来的水波通过第二通风口；气泵和通气管道配合向上腔室曝气；超声波发生器发出低强度超声波，采用间歇模式工作，能够震碎水分子，实现甲醛溶解最大化；微生物载体设置于下腔室下端的5/2处，为微生物挂膜提供空间，由果壳活性炭、火山石、麦饭石、柱状活性炭、石英球、细菌球、尼特利微生物纤维环、陶粒滤料、培养生物球和珊瑚骨中的一种或几种组成；生物膜为以甲醛为唯一碳源和氮源的降甲菌株组成；液体培养基为培养微生物所需的营养液和微量元素液组成的混合液，能够为降甲醛菌的生长提供最好的营养环境和生长条件；筛网用以阻挡空气和液体培养基中的大颗粒污染物进入上腔室和下腔室；水泵为液体培养基的循环提供动力，将下腔室中流经微生物载体的液体培养基输送到上腔室，以完成液体培养基的循环；止回阀设置于下连通管道下端的10/1处，用于防止下连通管道中的液体培养基回流。

本发明涉及的室内甲醛降解装置使用时，气泵通过通气管道将含有甲醛的室内空气抽入上腔室，超声波发生器间歇工作，将上腔室中的水分子震碎，甲醛与水分子大面积接触融合，使上腔室中的液体培养基中含有足量甲醛，同时，上腔室中的液体培养基通过上连通管道流入下腔室，使甲醛进入下腔室，甲醛在微生物载体和生物膜上停留并被降解，被降解的气体通过水泵和连通管道被输送至上腔室，依次经过第二通风口、活性炭载体和第一通风口进入室内，其中，未被降解的气体通过由活性炭载体吸附降解后进入室内，提高了甲醛或空气中其他有害气体的降解率，水泵提供的动力通过下连通管道将下腔室下端的液体培养基输送到上腔室，实现液体培养基的循环和重复利用。

本发明涉及的超声波发生器的频率为35KHz，上腔室的回流比为100％时，降甲醛菌灭活率最低，存活率最高。

本发明与现有技术相比，设有超声波发生器，采用低强度超声波震碎水分子，使甲醛溶解于水中，继而被降甲醛菌株高效降解，最大效率让空气中甲醛溶于液体培养基中，实现甲醛溶解的最大化，利用生物膜上面生长的以甲醛为唯一碳源和氮源的降甲醛菌株来降解甲醛，实现甲醛降解的最大化；其结构简单、使用方便、成本低，操作性和实用性强，能够高效吸附和降解室内甲醛，提高甲醛的溶解率和降解率，同时对空气中其他污染物也有净化作用，最高效率降解室内甲醛，提高室内空气质量，具有非常实用的现实意义和实用价值。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明的主体结构剖视原理示意图。

图3为本发明涉及的超声波发生器曝气与直接曝气的甲醛溶解率线性图。

图4为本发明涉及的超声波发生器频率与微生物灭活率的线性关系示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的室内甲醛降解装置的主体结构包括反应容器1、第一通风口2、活性炭载体3、隔板4、盖板5、上腔室6、下腔室7、第二通风口8、挡板9、气泵10、通气管道11、超声波发生器12、微生物载体13、生物膜14、液体培养基15、上连通管道16、下连通管道17、筛网18、水泵19和止回阀20；内空式结构的反应容器1的顶端侧壁开设有成对布置的第一通风口2，反应容器1内第一通风口2的下方设置有活性炭载体3，反应容器1内活性炭载体3的下方由隔板4和盖板5分隔成上腔室6和下腔室7，盖板5与反应容器1固定连接，盖板5开设有第二通风口8，第二通风口8的下方设置有挡板9，反应容器1的底部设置有气泵10，气泵10与通气管道11的一端连接，通气管道11的另一端与上腔室6连通，上腔室6的底部设置有超声波发生器12，下腔室7的下部设置有微生物载体13，微生物载体13的上表面设置有生物膜14，上腔室6和下腔室7中均灌装有液体培养基15，上腔室6的上部与下腔室7的上部之间设置有上连通管道16，上腔室6的下部与下腔室7的下部之间设置有下连通管道17，上连通管道16和下连通管道17与上腔室6之间均设置有筛网18，下连通管道17靠近下腔室7的一端设置有水泵19，下连通管道17设置有止回阀20，止回阀20在水泵19的上方。

本实施例涉及的反应容器1为长方体结构，侧壁设置有便于进入反应容器1内部进行检修和维护的开关门，以增加使用年限和美观程度，移动方便，结构简单易操作；第一通风口2和第二通风口8为降解净化后的空气提供出口；活性炭载体3吸收未降解的甲醛和空气中其他有毒害的气体，能够提高甲醛和空气中其他有毒害气体的吸收能力；上腔室6或下腔室7设置有便于液体培养基15灌装、更新和排出的阀门；挡板9用于阻挡被超声波发生器12震碎而震荡起来的水波通过第二通风口8；气泵10和通气管道11配合向上腔室6曝气；超声波发生器12发出低强度超声波，采用间歇模式工作，能够震碎水分子，实现甲醛溶解最大化；微生物载体13设置于下腔室7下端的5/2处，为微生物挂膜提供空间，由果壳活性炭、火山石、麦饭石、柱状活性炭、石英球、细菌球、尼特利微生物纤维环、陶粒滤料、培养生物球和珊瑚骨中的一种或几种组成；生物膜14为以甲醛为唯一碳源和氮源的降甲菌株组成；液体培养基15为培养微生物所需的营养液和微量元素液组成的混合液，能够为降甲醛菌的生长提供最好的营养环境和生长条件；筛网18用以阻挡空气和液体培养基15中的大颗粒污染物进入上腔室6和下腔室7；水泵19为液体培养基15的循环提供动力，将下腔室7中流经微生物载体13的液体培养基15输送到上腔室6，以完成液体培养基15的循环；止回阀20设置于下连通管道17下端的10/1处，用于防止下连通管道17中的液体培养基15回流。

实施例2：

本实施例涉及的室内甲醛降解装置使用时，气泵10通过通气管道11将含有甲醛的室内空气抽入上腔室6，超声波发生器12间歇工作，将上腔室6中的水分子震碎，甲醛与水分子大面积接触融合，使上腔室6中的液体培养基15中含有足量甲醛，同时，上腔室6中的液体培养基15通过上连通管道16流入下腔室7，使甲醛进入下腔室7，甲醛在微生物载体13和生物膜14上停留并被降解，被降解的气体通过水泵19和连通管道17被输送至上腔室6，依次经过第二通风口8、活性炭载体3和第一通风口2进入室内，其中，未被降解的气体通过由活性炭载体3吸附降解后进入室内，提高了甲醛或空气中其他有害气体的降解率，水泵19提供的动力通过下连通管道17将下腔室7下端的液体培养基15输送到上腔室6，实现液体培养基15的循环和重复利用。

实施例3：

本实施例涉及的室内甲醛降解装置采用超声波发生器12曝气与现有技术中的甲醛降解装置采用直接曝气分别溶解浓度为3.0mg/L的甲醛，利用高效液相色谱法测定的甲醛溶解率如图3所示，超声波发生器12曝气的甲醛溶解率高于直接曝气的甲醛溶解率；超声波发生器12的频率为40KHz时，甲醛溶解率最大；超声波发生器12对降甲醛菌有灭活作用，不同超声条件下样品微生物灭活率(i)的计算公式为：i＝(1-Nt/N0)×100％，其中，Nt为超声处理后水样中微生物菌落数，cfu/mL；N0为超声处理前水样中微生物菌落数，cfu/mL；随着超声时间的增加，微生物灭菌率先呈上升趋势，后呈下降趋势，超声时间在20min时，微生物灭菌率达到最大，超声波发生器12在间歇工作20min后(间歇：工作＝8:2)，在不同超声波发生器12的频率下的微生物灭活率，如图4所示，超声波发生器12的功率为38W，频率为30KHz时，微生物存活率最高。

实施例4：

本实施例涉及的室内甲醛降解装置的上腔室6的不同回流比对液体培养基15的停留时间、降甲醛菌灭活率和甲醛降解率的影响结果如下表：

其中：甲醛降解率＝甲醛最初溶解率-甲醛最终溶解率，回流比为100％时，甲醛降解率最高，微生物灭活率最低。

实施例5：

本实施例涉及的室内甲醛降解装置的超声波发生器12的频率和上腔室6的回流比对甲醛溶解率和微生物存活率影响最大。基于实施例3中超声波发生器12的功率为38W时，微生物存活率最高，以及实施例4中回流比为100％时，甲醛降解率最高，微生物灭活率最低的影响。设置的最优频率和回流比如下表：

频率/KHz	30KHz	35KHz	40KHz	45KHz
					回流比/％	95％	100％	105％	110％

通过控制变量法对频率和回流比的进一步优化，频率和回流比对微生物灭活率和甲醛降解率的影响如下表：

表明：超声波发生器12的频率为35KHz，上腔室6的回流比为100％时，降甲醛菌灭活率最低，存活率最高，循环液体内微生物灭活率为42.6％，载体上微生物灭活率为9.2％，且甲醛溶解率和降解率都较高，甲醛溶解率为81.0％，甲醛降解率为77.5％，此时，完全能够满足降解室内甲醛的需求。

Claims (4)

1.一种室内甲醛降解装置，其特征在于由主反应单元、液体循环单元和抽气单元组成，主反应单元的主体结构包括反应容器、第一通风口、活性炭载体、隔板、盖板、上腔室、下腔室、第二通风口、挡板、超声波发生器、微生物载体和生物膜；液体循环单元的主体结构包括液体培养基、上连通管道、下连通管道、筛网、水泵和止回阀；抽气单元的主体结构包括气泵和通气管道；内空式结构的反应容器的顶端侧壁开设有成对布置的第一通风口，反应容器内第一通风口的下方设置有活性炭载体，反应容器内活性炭载体的下方由隔板和盖板分隔成上腔室和下腔室，盖板开设有第二通风口，第二通风口的下方设置有挡板，反应容器的底部设置有气泵，气泵与通气管道的一端连接，通气管道的另一端与上腔室连通，上腔室的底部设置有超声波发生器，下腔室的下部设置有微生物载体，微生物载体的上表面设置有生物膜，上腔室和下腔室中均灌装有液体培养基，上腔室的上部与下腔室的上部之间设置有上连通管道，上腔室的下部与下腔室的下部之间设置有下连通管道，上连通管道和下连通管道与上腔室之间均设置有筛网，下连通管道靠近下腔室的一端设置有水泵，下连通管道设置有止回阀，止回阀在水泵的上方；反应容器与盖板固定连接。

2.根据权利要求1所述的室内甲醛降解装置，其特征在于反应容器为长方体结构，侧壁设置有便于进入反应容器内部进行检修和维护的开关门，以增加使用年限和美观程度，移动方便，结构简单易操作；第一通风口和第二通风口为降解净化后的空气提供出口；活性炭载体吸收未降解的甲醛和空气中其他有毒害的气体，能够提高甲醛和空气中其他有毒害气体的吸收能力；上腔室或下腔室设置有便于液体培养基灌装、更新和排出的阀门；挡板用于阻挡被超声波发生器震碎而震荡起来的水波通过第二通风口；气泵和通气管道配合向上腔室曝气；超声波发生器发出低强度超声波，采用间歇模式工作，能够震碎水分子，实现甲醛溶解最大化；微生物载体设置于下腔室下端的5/2处，为微生物挂膜提供空间，由果壳活性炭、火山石、麦饭石、柱状活性炭、石英球、细菌球、尼特利微生物纤维环、陶粒滤料、培养生物球和珊瑚骨中的一种或几种组成；生物膜为以甲醛为唯一碳源和氮源的降甲菌株组成；液体培养基为培养微生物所需的营养液和微量元素液组成的混合液，能够为降甲醛菌的生长提供最好的营养环境和生长条件；筛网用以阻挡空气和液体培养基中的大颗粒污染物进入上腔室和下腔室；水泵为液体培养基的循环提供动力，将下腔室中流经微生物载体的液体培养基输送到上腔室，以完成液体培养基的循环；止回阀设置于下连通管道下端的10/1处，用于防止下连通管道中的液体培养基回流。

3.根据权利要求1或2所述的室内甲醛降解装置，其特征在于使用时，气泵通过通气管道将含有甲醛的室内空气抽入上腔室，超声波发生器间歇工作，将上腔室中的水分子震碎，甲醛与水分子大面积接触融合，使上腔室中的液体培养基中含有足量甲醛，同时，上腔室中的液体培养基通过上连通管道流入下腔室，使甲醛进入下腔室，甲醛在微生物载体和生物膜上停留并被降解，被降解的气体通过水泵和连通管道被输送至上腔室，依次经过第二通风口、活性炭载体和第一通风口进入室内，其中，未被降解的气体通过由活性炭载体吸附降解后进入室内，提高了甲醛或空气中其他有害气体的降解率，水泵提供的动力通过下连通管道将下腔室下端的液体培养基输送到上腔室，实现液体培养基的循环和重复利用。

4.根据权利要求3所述的室内甲醛降解装置，其特征在于超声波发生器的频率为35KHz，上腔室的回流比为100％。

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