CN101513590B

CN101513590B - 一种含氨臭气与喷淋液的处理装置及其操作方法

Info

Publication number: CN101513590B
Application number: CN2009100773935A
Authority: CN
Inventors: 汪群慧; 杨朔; 吴川福; 孙晓红; 谢维民
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: CN101513590A

Abstract

一种含氨臭气与喷淋液的处理装置及其操作方法，属于环境保护领域。处理装置主要包括生物滴滤塔(4)、洗涤塔(15)、混合调节池(24)和厌氧序批式反应器(29)。含氨臭气分流后分别进入生物滴滤塔(4)和洗涤塔(15)，经两塔净化后的气体可达到排放要求，而生物滴滤塔内循环使用的喷淋液中NO_x ^-浓度逐渐升高，洗涤塔内循环使用的喷淋液中NH₄ ⁺浓度逐渐升高。控制两塔喷淋液的排水频率和水量使之汇至混合调节池(24)，调节水质后进入厌氧序批式反应器(29)，经厌氧氨氧化脱氮处理后的出水作为生物滴滤塔和洗涤塔的喷淋用水和混合调节池的稀释用水。本发明臭气去除率高，在系统运行良好的前提下，喷淋水在内部闭路循环，不产生二次污染，且节约了水资源。

Description

一种含氨臭气与喷淋液的处理装置及其操作方法

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及一种利用生物滴滤塔和洗涤塔处理含氨臭气，并将两塔出水混合处理并回用的装置及其操作方法。

背景技术

氨气是一种致臭气体，在工农业生产和生活中非常常见，如化工、冶金、食品加工、养殖等行业中产生的含氨废气排放量大、成分复杂、污染重、难处理等。除了产生恶臭，高浓度氨气对于人和动物的健康也有极大危害：若人在氨气浓度为13mg/m³的环境中暴露7～8h，则尿中的NH₃量增加，氧的消耗量降低，呼吸频率下降；鸡生活在氨气浓度15mg/m³的环境中，可能引起角膜结膜炎，新城疫发病率大大提高，高浓度氨氮还会使鸡的食欲下降，养分摄取不足，血红蛋白与红血球减少，出现贫血，使产蛋率减小。目前，较常用的含氨臭气的处理方法有：

(1)吸附法：一般利用活性炭进行吸附，有较高的去除率，不消耗水。但是不适宜于处理高浓度臭气，同时活性炭的价格昂贵，处理成本高，需要吸附再生，使用寿命短；

(2)洗涤塔：将氨氮溶解于喷淋水(也称进水)脱臭，这种方法设备简单，去除率也较高。但是脱臭处理后的喷淋液(也称出水)中含氨氮浓度高，直接排放会造成严重的二次污染；

(3)生物滴滤塔：利用附着于填料上的微生物吸附并将臭气中的氨氮转化成硝态氮，较洗涤塔耗水量少得多。但是滴滤塔需要添加填料，当所处理气体量较大时，所需设备的体积大，使投资成本增加，调试管理难度较大，其脱臭处理后的喷淋液也需进一步处理。

另外、洗涤塔和生物滴滤塔的出水中C/N比值均较低，限制了后续生物处理过程中反硝化的脱氮效果，如果额外补充碳源会增加处理成本。

厌氧氨氧化是近几年发展起来的一种新的水处理脱氮技术，它是在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌直接以NH₄ ⁺为电子供体，以NO_x ^-(本说明书中x＝2、3)为电子受体，将氨氮转化为氮气。这一过程不需要外加有机碳源，同时产泥量少，相较于其它脱氮工艺具有明显的优势。

发明内容

在处理含氨臭气的过程中，洗涤塔出水中主要含NH₄ ⁺，生物滴滤塔出水主要含NO_x ^-，本发明目的是针对洗涤塔，生物滴滤塔和厌氧氨氧化的特点，将洗涤塔与生物滴滤塔联合应用并采用厌氧序批式反应器(ASBR)，实现厌氧氨氧化处理喷淋液并回用，既可达到脱臭目的又可避免二次污染。

一种含氨臭气与喷淋液的处理装置，主要由生物滴滤塔、洗涤塔、混合调节池、厌氧序批式反应器(ASBR)和连接管及水泵组成。

生物滴滤塔由气体分布器、生物载体、液体分布器、出气口、NO_x ^-浓度检测器、循环泵、循环水管组成。

洗涤塔由气体分布器、液体分布器、出气口、氨氮浓度检测器、循环泵、循环水管组成。

混合调节池内设有NO_x ^-浓度检测器和氨氮浓度检测器。

厌氧序批式反应器(ASBR)是一种对传统SBR反应器的改进，适用于厌氧/缺氧水处理条件。

如上所述含氨臭气与喷淋液的处理装置的操作方法是通过如下的技术方案得以实现：

含氨臭气分流后分别进入生物滴滤塔和洗涤塔，两塔进行气体脱臭，主要是去除了气体中的NH₃，而生物滴滤塔内循环使用的喷淋液中NO_x ^-浓度(C_NOx-，mg/L)逐渐升高，洗涤塔内循环使用的喷淋液中氨氮浓度(C氨氮，mg/L)逐渐升高。控制含氨臭气处理段的出水水质和进入ASBR水处理段的进水水质，使生物滴滤塔出水的C_NOx-为2500～3500mg/L，洗涤塔出水的C_氨氮为2500～3500mg/L。两塔出水汇入混合调节池，混合水中C_NOx-∶C_氨氮为0.7～1.1，经稀释使C_NOx-和C_氨氮各降至500～700mg/L后进入ASBR。经厌氧氨氧化脱氮处理后的出水作为生物滴滤塔和洗涤塔的喷淋用水和混合调节池的稀释用水。

含氨臭气分别进入生物滴滤塔和洗涤塔：生物滴滤塔中的填料表面预先挂上生物膜。喷淋水与臭气逆流接触后溶解于填料上的液膜里，并在微生物的作用下氨氮(本说明书中指液体中游离氨NH₃与离子氨NH₄ ⁺的总和)转化成NO_x ^-。当生物滴滤塔运行良好时，85％～95％的氨氮可以转化成NO_x ^-，即生物滴滤塔出水是以NO_x ^-为主要成分，C_NOx-可以达到2500～3500mg/L。经生物滴滤塔处理后，进气中90％以上的NH₃可以被去除；洗涤塔采用普通的喷淋洗涤塔结构。由于NH₃在水中的溶解度高，且可发生化学反应形成NH₄ ⁺，在运行条件良好的情况下，经喷淋处理后进气中85％左右的NH₃都可以被去除。洗涤塔出水中C_氨氮可以达到2500～3500mg/L(由于还包括NH₃与水的化学反应，这个数据高于NH₃溶解的饱和浓度)。

生物滴滤塔出水和洗涤塔出水在混合调节池内混合，测定混合水样的C_NOx-和C_氨氮。由于厌氧氨氧化需要C_NOx-∶C_氨氮≈1，当不满足这个比例时，需要调节气体处理段的运行条件或两塔进入混合调节池的水量。

当混合调节池内的水经稀释达到厌氧氨氧化处理所要求的水质后，进入ASBR(厌氧序批式反应器)。经处理后的水氨氮去除率在95％以上，总氮去除可以达到90％。处理后的水部分回流入气体处理段作为两塔的喷淋水(进水)。

本发明具有如下优点：

(1)臭气去除率高，在系统运行良好的前提下，喷淋水在内部闭路循环，不产生二次污染，且节约了水资源。

(2)将生物滴滤塔与洗涤塔联用，一方面减小了生物滴滤塔的体积，减少了填料用量，降低成本；另一方面用水量远少于单独使用洗涤塔。

(3)本发明利用生物滴滤塔和洗涤塔联合处理臭气，针对两塔运行特点和出水水质，利用厌氧氨氧化处理，脱氮效果显著，且不需补充大量碳源。

附图说明

图1为本发明所述生物滴滤塔和洗涤塔并联(与下文中“串联”均是从水利用方式上而言)的装置示意图。

图中：三通1、一号流量可控阀门2、一号气体流量计3、生物滴滤塔4、气体分布器5、生物载体6、液体分布器7、出气口8、一号NOx-浓度检测器9、一号循环泵10、一号循环水管11、一号阀门12、二号流量可控阀门13、二号气体流量计14、洗涤塔15、气体分布器16、液体分布器17、出气口18、一号氨氮浓度检测器19、二号循环泵20、二号循环水管21、二号阀门22、一号水泵23、混合调节池24、二号NOx-浓度检测器25、二号氨氮浓度检测器26、三号阀门27、二号水泵28、ASBR29、搅拌装置30、四号阀门31、三号水泵32、五号阀门33、四号水泵34。

图2为本发明所述生物滴滤塔和洗涤塔串联的装置示意图。

图中：三通1、一号流量可控阀门2、一号气体流量计3、生物滴滤塔4、气体分布器5、生物载体6、液体分布器7、出气口8、一号NOx-浓度检测器9、一号循环泵10、一号循环水管11、一号阀门12、二号流量可控阀门13、二号气体流量计14、洗涤塔15、气体分布器16、液体分布器17、出气口18、一号氨氮浓度检测器19、二号循环泵20、二号循环水管21、二号阀门22、二号水泵23、混合调节池24、二号NO_x ^-浓度检测器25、二号氨氮浓度检测器26、三号阀门27、三号水泵28、ASBR29、搅拌装置30、四号阀门31、四号水泵32。

具体实施方式

实施例1：(见图1)臭气进入，三通1将气流分成两部分，一部分经一号流量可控阀门2和一号气体流量计3进入生物滴滤塔4，生物滴滤塔包括气体分布器5，生物载体6，液体分布器7，出气口8，塔底部设有一号NO_x ^-浓度检测器9，外部设一号循环泵10和与液体分布器连接的一号循环水管11，塔底设出水管，配有一号阀门12；另一部分臭气经二号流量可控阀门13和二号气体流量计14进入洗涤塔15，洗涤塔包括气体分布器16，液体分布器17，出气口18，塔底部设有一号氨氮浓度检测器19，外部设二号循环泵20和与液体分布器连接的二号循环水管21，塔底设出水管，二号阀门22；经一号水泵23出水汇入混合调节池24，混合调节池内设有二号NO_x ^-浓度检测器25和二号氨氮浓度检测器26，出水管设三号阀门27和二号水泵28；混合调节池出水进入ASBR29，ASBR配有搅拌装置30，ASBR出水分成三部分，经四号阀门31和三号水泵32，分别回流至生物滴滤塔和洗涤塔作为喷淋水，另一部分经五号阀门33和四号水泵34回流至混合调节池。

实施例1的控制方法：生物滴滤塔的运行周期为T₁，T₁定义为生物滴滤塔两次排水之间的间隔时间。一个周期开始时，生物滴滤塔排水完毕，一部分ASBR出水进入生物滴滤塔，由循环泵抽至滴滤塔上部的液体分布器喷淋，臭气由下部进入，氨气溶解在生物填料表面的液相中，并被填料上附着的微生物硝化转化成NO_x ^-，喷淋水在重力作用下进入生物滴滤塔塔底部。依靠NO_x ^-浓度检测器即时监控水中NO_x ^-的浓度，当C_NOx-＜3000mg/L时，水继续喷淋使用。随着循环运行次数的增加，水中的NO_x ^-不断积累，当水中C_NOx-到达3000mg/L时，生物滴滤塔排水，ASBR反应器出水进入，一个运行周期完毕。

洗涤塔的运行周期为T₂，T₂定义为洗涤塔两次排水之间的间隔时间。一个周期开始时，洗涤塔排水完毕，一部分ASBR出水进入洗涤塔，由循环泵抽至液体分布器喷淋，臭气由下部进入，气水逆流接触形成氨氮溶液，在重力作用下进入塔底部。依靠氨氮浓度检测器即时监控水中氨氮的浓度，当C_氨氮＜3000mg/L时，水被循环泵打入液体分布器继续喷淋。随着循环运行次数的增加，水中的氨氮不断积累，当水中C_氨氮到达3000mg/L时，洗涤塔排水，ASBR出水进入，一个运行周期完毕。

生物滴滤塔和洗涤塔进、排水量保持基本相当。两塔出水在混合调节池混合后C_NOx-∶C_氨氮应为0.7～1.1，浓度均为900～1300mg/L，一部分ASBR出水进入混合调节池作为稀释水，使C_NOx-和C_氨氮均降至500～700mg/L。这一过程中混合调节池内的浓度检测器对整个过程中的C_NOx-和C_氨氮进行即时监控。当出现异常，尤其是C_NOx-∶C_氨氮不符合要求，需要对两塔的运行工况进行和两塔进出水水量进行调整。

混合调节池出水进入厌氧氨氧化反应器，本发明利用ASBR反应器启动并实现了厌氧氨氧化。ASBR一个完整的运行周期T₃包括进水、搅拌、静置沉淀、排水四个阶段。ASBR的出水分别进入生物滴滤塔、洗涤塔和混合调节池。出水氨氮和NO_x ^-可以达到90％左右，浓度在都在100mg/L以下。ASBR回流至生物滴滤塔、洗涤塔、混合调节池的水量的比值为1∶1∶1.5～2.5。

实施例1的控制关键是控制T₁∶T₂∶T₃＝1∶1∶0.5～0.8，主要是保证ASBR出水满足两塔喷淋的需要。

实施例2：(见图2)本实施例与实施例1的不同点在于生物滴滤塔4的出水通入了洗涤塔15(串联)，经循环泵20和循环水管21进入液体分布器17作为洗涤塔喷淋水。而ASBR29出水不再进入洗涤塔。ASBR回流至生物滴滤塔和混合调节池的水量比值为1∶1.5～2.5。

本实施方案将生物滴滤塔出水作为洗涤塔喷淋水使用，这主要是生物滴滤塔出水含NO_x ^-浓度高，氨氮浓度低，水呈弱酸性，很合适作为洗涤塔喷淋水。当洗涤塔排水完毕后，生物滴滤塔出水注入洗涤塔，由洗涤塔的循环泵抽至液体分布器喷淋。通过这种改变系统内循环所需水量减少，混合调节池和ASBR反应器的体积可以相应减为并联运行时的2/3，管网布置也相对简单。

实施例2的控制方法：控制洗涤塔出水的氨氮浓度(C_氨氮)和硝态氮浓度(C_NOx-)均为2500～3500mg/L；洗涤塔出水进入混合调节池，经稀释使C_NOx-和C_氨氮各降至500～700mg/L，C_NOx-∶C_氨氮为0.7～1.2，然后进入ASBR。控制T₁∶T₂∶T₃＝1∶1.1～1.2∶0.5～0.8。这种方案在控制洗涤塔出水水质上的难度较大，混合调节池内水的C_NOx-∶C_氨氮的稳定性较差，需要更高效的水质监控调节技术。

以上两种实施方案可以根据工程实际情况利用重力引流代替一部分水泵。

Claims

1.一种含氨臭气与喷淋液的处理装置，其特征在于所述装置由生物滴滤塔(4)、洗涤塔(15)、混合调节池(24)、厌氧序批式反应器(ASBR)(29)和连接管及水泵组成；

生物滴滤塔(4)由气体分布器(5)、生物载体(6)、液体分布器(7)、出气口(8)、一号NO_x ^-浓度检测器(9)、一号循环泵(10)和一号循环水管(11)组成；

洗涤塔(15)由气体分布器(16)、液体分布器(17)、出气口(18)、一号氨氮浓度检测器(19)、二号循环泵(20)和二号循环水管(21)组成；

混合调节池(24)内设有二号NO_x ^-浓度检测器(25)和二号氨氮浓度检测器(26)；厌氧序批式反应器(ASBR)(29)内设有搅拌系统(30)。

2.根据权利要求1所述的一种含氨臭气与喷淋液处理装置，其特征在于生物滴滤塔(4)与洗涤塔(15)并联使用；含氨臭气分别进入生物滴滤塔和洗涤塔进行处理，两塔出水汇至调节混合池(24)，混合调节池(24)出水进入厌氧序批式反应器(ASBR)(29)，经厌氧序批式反应器ASBR(29)处理后的出水分为三部分分别回流至生物滴滤塔、洗涤塔和混合调节池。

3.根据权利要求2所述的一种含氨臭气与喷淋液处理装置的操作方法，其特征在于控制生物滴滤塔和洗涤塔喷淋液的出水水质和进入厌氧序批式反应器(ASBR)水处理段的进水水质，使生物滴滤塔出水的硝态氮浓度(C_NOx-)为2500～3500mg/L，洗涤塔出水的氨氮浓度(C_氨氮)为2500～3500mg/L；两塔出水汇入混合调节池，混合水中硝态氮和氨氮的浓度比值(C_NOx-∶C_氨氮)为0.7～1.1，经稀释使C_NOx-和C_氨氮各降至500～700mg/L后进入厌氧序批式反应器(ASBR)。

4.根据权利要求2所述的一种含氨臭气与喷淋液处理装置的操作方法，其特征在于滴滤塔排水间隔时间T₁∶洗涤塔排水间隔时间T₂∶厌氧序批式反应器(ASBR)排水间隔时间T₃＝1∶1∶0.5～0.8。

5.根据权利要求1所述的一种含氨臭气与喷淋液处理装置，其特征在于生物滴滤塔(4)与洗涤塔(15)串联使用；含氨臭气分别进入生物滴滤塔和洗涤塔进行处理，但生物滴滤塔(4)的出水进入洗涤塔(15)作为喷淋用水，洗涤塔出水进入混合调节池(24)，混合调节池(24)出水进入厌氧序批式反应器(ASBR)(29)，经厌氧序批式反应器(ASBR)(29)处理后的出水分为两部分分别回流至生物滴滤塔和混合调节池。

6.根据权利要求5所述的一种含氨臭气与喷淋液处理装置的操作方法，其特征在于控制洗涤塔喷淋液的出水水质和进入厌氧序批式反应器(ASBR)水处理段的进水水质，使洗涤塔出水的C_氨氮和C_NOx-均为2500～3500mg/L；洗涤塔出水进入混合调节池，经稀释使C_NOx-和C_氨氮各降至500～700mg/L，硝态氮和氨氮的浓度比值(C_NOx-；C_氨氮)为0.7～1.2后进入厌氧序批式反应器(ASBR)。

7.根据权利要求5所述的一种含氨臭气与喷淋液处理装置的操作方法，其特征在于滴滤塔排水间隔时间T₁∶洗涤塔排水间隔时间T₂∶厌氧序批式反应器(ASBR)排水间隔时间T₃＝1∶1.1～1.2∶0.5～0.8。

8.根据权利要求5所述的一种含氨臭气与喷淋液处理装置，其特征在于所使用的混合调节池和厌氧序批式反应器(ASBR)各自的体积较两塔并联使用时减少1/3。