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16Sr RNA、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。