CN103623680A - 低温有机恶臭气体处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温有机恶臭气体处理系统，系统由臭气收集系统、臭氧发生系统、臭氧氧化预反应区、生物除臭塔、热能回收系统和喷淋散水装置组成。系统运行时，有机恶臭气体在通过除臭风机后的输送管道内与来自臭氧发生器的臭氧混合，进入臭氧氧化预反应区，反应结束后的气体通过生物除臭塔底部进入生物除臭塔，生物除臭塔底部设有热能回收系统。在生物除臭塔中，臭气中污染物被炭质生物填料层中微生物分解后从生物除臭塔的上部出风口达标排放，填料层上方设有喷淋水散水系统。本发明尤其适用于温度低于5℃有机恶臭气体的处理系统。装置构造简单，系统基本不产生二次污染，运行费用低，操作管理简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种污染空气处理技术，具体地说是一种低温有机恶臭气体处理系统，尤其适用于温度低于5℃有机恶臭气体的处理。
背景技术
市政污水处理厂的进水提升泵房产生的主要臭气为硫化氢，初沉淀池污泥厌氧消化过程中产生的臭气以硫化氢及其它含硫气体为主，污泥消化稳定过程中会产生氨气和其它易挥发物质。垃圾堆肥过程中会产生氨气、胺、硫化物、脂肪酸、芳香族和二甲基硫等臭气。好氧消化及污泥风干过程可能产生很少量的硫化氢，但主要有硫醇和二甲基硫气体产生。这些物质采用均可以通过生物降解去除。
另外，某些化工厂、制药厂、印染厂等企业生产车间及其污水处理设施产生的臭气，除了含有常规的一些硫化氢、硫醇、硫醚等恶臭物质外，还可能含有大量的难以生化降解的有机化合物，如多环芳烃类化合物、杂环类化合物、氯代芳香族化合物、有机氰化物、有机合成高分子化合物等，这些有机化合物对环境的危害主要体现在：（1）长期残留性：一旦排放到环境中，他们难于被分解；（2）生物蓄积性；经生物食物链富集后生物体内浓度远远高于周围环境中浓度；（3）半挥发性：在空气中挥发能力强，可以在大气环境中远距离迁移；（4）高毒性：对人和动物一般具有毒性作用，有的可以导致生物体内分泌紊乱、生殖及免疫机能失调，有的甚至引起癌症等严重疾病。
目前生物除臭技术主要应用在南方，原因是淮河以北的地区，由于冬季温度低，微生物的代谢效率下降较为明显，因此常规生物除臭技术在北方往往被慎重的选择使用。另如上所述，一些工业企业的臭气中含有大量难以生物降解或生物毒性的有机污染物，导致生物除臭技术对此类臭气处理效率较低，甚至导致系统无法正常运行。
发明内容
为确保含有有毒或难以生化降解的有机化合物的臭气处理系统在冬季低温环境下的稳定高效运行，本发明提供了一种低温有机恶臭气体处理系统，从低浓度到高浓度的臭气均可处理，并且除臭效果稳定。所控温度可以由程序自动调整。
本发明的技术方案如下：由臭气收集系统、臭氧发生系统、臭氧氧化预反应区、生物除臭塔、热能回收系统和喷淋散水装置组成；
臭气收集输送管道与臭氧氧化预反应区上部连接，并在风机输送管道上设有臭氧投加口，连接臭氧发生器臭氧的臭氧出气管道；
臭氧发生装置由空压机、冷干机、制氧机、臭氧发生器、冷却系统连接组成；
在臭氧氧化预反应区的下部设有臭氧破坏催化剂层；
生物除臭塔内设置有炭质生物媒填料承托结构，承托结构的承托板上设有筛网；
生物除臭塔内上部均匀设置喷淋喷嘴，顶部设有出风口；
热能回收系统由冷却塔、冷却水池、臭氧发生器冷却装置、臭氧氧化预反应区下部的换热器、生物除臭塔下部的余热回收装置、喷淋水箱、加热循环水泵及其之间的连接管线组成；
喷淋散水装置是由喷淋水箱经喷淋水泵连接生物除臭塔内上部的喷淋喷嘴组成，喷淋水箱内装有加热装置,喷淋水箱连接有中水或自来水管道。
进一步，所述臭氧氧化预反应区最低臭氧浓度0.2mg/m3。
进一步，所述臭气在臭氧氧化预反应区停留时间大于2.0s。
进一步，所述生物除臭塔生物反应区的温度控制在5℃- 40℃。
进一步，所述筛网的孔径为2mm-3mm。
进一步，所述炭质生物媒填料为由木炭或竹炭加工而成的颗粒状物质，其中炭含量大于80%，平均粒径在10～15mm，填充密度为400g/l，比表面积为260 m2/g。
炭质生物媒填料是专为生物除臭用途而开发的一种特殊填料。其材质为多孔性炭质颗粒，比表面积大，空隙结构发达，具有良好的保水性和透气性能，特别适合于微生物的栖息生长。炭质生物载体有很好的保湿性和透气性。且由于其巨大的比表面积，具有良好的吸附效果，在运行系统启动初期、微生物驯养期间均能发挥良好的污染物去除效果，并且大大提高了系统的抗冲击能力。
本发明采用臭氧预处理臭气中的有机化合物,反应原理如下:
（1）环加成反应
由于臭氧的偶极性，常导致偶极加成到不饱和键上，形成初级臭氧化物，反应式如下：
这些初级臭氧化产物接触到质子化溶剂，如水溶液可进一步分解物羰基化合物（如醛、酮等）和两性离子，两性离子又可快速分解为羰基-过氧基态化合物，并最终分解为羰基化合物和过氧化氢。
（2）亲电反应
亲电反应主要发生在一些芳香族化合物电子云密度较高的位置上。给电子基团（如酚、苯胺等）的芳香族很容易与臭氧发生亲电反应，形成临位或对位羟基化产物，这些产物极易进一步氧化，最终形成带有羰基和羧基的脂肪族化合物。
（3）间接反应
臭氧除了能与有机物直接发生氧化反应以外，还能发生羟基自由基间接反应，反应原理如下：
自由基诱发过程：
O3+OH-→HO- 2+O2
H2O2+H2O →HO- 2 +H3O+
O3+HO- 2 →·OH +O- 2+O2
HO2·→+O- 2+H+
自由基·OH一旦产生,下面的传播过程(链反应)发生：
O3+·OH→HO2·+O2
O3+O- 2→O2+O- 3
O- 3+H+→·OH+O2
HO- 2+·OH→HO- 2 +OH-
O-+H2O→·OH +OH-
H2O2+·OH→HO2·+ H2O
链终止反应为:
·OH+H2O2 →O2+H2O
有机物与羟基自由基的反应：
P (污染物) + ·OH→产物或中间物(自由基反应)
综上所述，由于臭氧的强氧化性，臭氧能够与有机恶臭气体中存在的一些难以生物降解的（如多环芳烃类化合物、杂环类化合物、氯代芳香族化合物、有机氰化物、有机合成高分子化合物等）有机物进行反应，把这些物质转化为可生物降解的有机物。
利用生物除臭技术进一步彻底分解有机恶臭气体中污染物成分，除臭原理如下：
利用好氧异养菌、硫化细菌和硝化细菌等好氧微生物的代谢机能，把有机恶臭气体中的有机物、硫化物、氨等物质氧化分解进行除臭。通过能够固定微生物的炭质生物媒填料和整个装置的轻巧化实现了良好、高效的除臭效果。经臭氧氧化预反应区后的有机恶臭气体进入生物除臭塔内后，首先被炭质生物媒填料表面的水分溶解、吸收、吸附，然后被填料上活跃的好氧微生物分解氧化而产生无臭的氧化物。在微生物降解这些恶臭物质的同时，也为微生物自身的繁殖提供了能量，维持了微生物的活性。最终处理结果为：硫化物分解成硫酸盐，氮化物分解成硝酸盐，碳化物分解成二氧化碳和水。这个过程中涉及到的氧化分解反应包括：
H2S + 2O2 → H2SO4
2CH3SH + 7O2 → 2H2SO4 + 2CO2 + 2H2O
(CH3)2S + 5O2 → H2SO4 + 2CO2 + 2H2O
2(CH3)2S2 + 13O2 → 4H2SO4 + 4CO2 + 2H2O
NH3+2O2 → HNO3+H2O
2(CH3)3N+13O2 → 6CO2+2HNO3+8H2O
2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
为了维持微生物的生长和处理后氧化物的顺利排放，需要适量的补充水分，所以生物除臭塔内的上部设有间歇性的或连续性的散水喷淋系统以保持水分。
本发明的有益效果是：
适用于北方寒冷地区及冬季环境的有机恶臭气体处理，由臭氧预处理和生物处理两个处理单元组成，尤其适用于含有生物毒性或难生物降解有机物的复杂臭气处理；系统构造简单。预反应区的下部设有臭氧破坏催化剂层以去除残留气体中可能残留的臭氧成分，以消除残留臭氧对后续生物处理的不利影响；臭氧余热回收系统则可以在尽可能地的运行成本下把生物除臭塔内温度控制在5℃- 40℃温度范围，保证生物除臭系统的最佳处理效果。炭质生物媒比表面积巨大，比表面积的构成主要分为中孔和微孔两部分，中孔用于承载微生物；微孔用于吸附污染性物质。由于生物媒拥有大量的中孔，因此可以承载大量的微生物；又由于生物媒机械强度高、自身惰性，不参与任何生物和化学反应等特点，因此长期使用无需更换； 臭气中的污染物被吸附在微孔上之后，利用生长在生物媒上（中孔内）的微生物分解吸附，分解完毕之后又可以继续吸附。因此系统运行与再生同步进行，可连续生产。
本发明的臭气的处理系统对有机恶臭物质（VOC）的除净率达90 %以上，对氨、硫化氢以及含N、S的恶臭类物质的去处理达到99%以上。本发明所产生的二次污染物仅为少量低pH、含易生化处理的污染喷淋废水，这些废水经过PH调整后采用简单的污水生化处理技术即可进行处理。
附图说明
图1是低温有机恶臭气体处理系统示意图。
具体实施方式
图中:1.冷却水池,2.冷却塔,3.臭氧发生器冷却水出水管道, 4.臭氧出气管道, 5. 臭氧发生器冷却水进水阀门,6.臭氧发生器,7.制氧机, 8. 冷干机, 9. 空压机, 10.控制柜,11.风机,12.臭氧破坏催化剂层,13. 生物除臭塔,14. 臭氧氧化预反应区,15.炭质生物媒填料,16. 喷淋喷嘴,17.出风口,18. 余热回收装置,19.加热循环水泵,20.喷淋水泵,21.喷淋水箱,22.加热装置,23.中水或自来水管道。
下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
从图1可知，低温有机恶臭气体处理系统由臭气收集系统、臭氧发生系统、臭氧氧化预反应区、生物除臭塔、热能回收系统和喷淋散水装置组成；
臭气收集输送管道与臭氧氧化预反应区上部连接，并在风机11输送管道上设有臭氧投加口，连接臭氧发生器的臭氧出气管道4；
臭氧发生系统由空压机9、冷干机8、制氧机7、臭氧发生器6、冷却系统连接组成；
在臭氧氧化预反应区14的下部设有臭氧破坏催化剂(催化剂为负载了二氧化锰的活性炭,为公知产品)层12，确保进入生物除臭塔的臭气中无残留臭氧，以消除对后续生物处理的不利影响；
生物除臭塔13内设置有炭质生物媒填料15承托结构，承托结构的承托板上设有筛网；
生物除臭塔13内上部均匀设置喷淋喷嘴16，顶部设有出风口17；
热能回收系统由冷却塔2、冷却水池1、臭氧发生器冷却装置、臭氧氧化预反应区下部的换热器、生物除臭塔下部的余热回收装置18、喷淋水箱21、加热循环水泵19及其之间的连接管线组成；
喷淋散水装置是由喷淋水箱21经喷淋水泵20连接生物除臭塔内上部的喷淋喷嘴16组成，喷淋水箱21内装有加热装置22，喷淋水箱21连接有中水或自来水管道23。
所述臭氧氧化预反应区最低臭氧浓度0.2mg/m3。
所述臭气在臭氧氧化预反应区停留时间大于2.0s。
所述生物除臭塔生物反应区温度控制在 5℃- 40℃，确保生物处理维持在最佳效果。
所述炭质生物媒填料为由木炭或竹炭加工而成的颗粒状物质，其中炭含量大于80%，平均粒径在10～15mm，填充密度为400g/l，比表面积为260 m2/g。
系统运行时，有机恶臭气体在通过除臭风机后的输送管道内与来自臭氧发生器的臭氧混合，进入臭氧氧化预反应区，在臭氧氧化预反应区恶臭气体中有机物成分与臭氧进行预反应，反应结束后的臭气通过臭氧氧化预反应区底部设置的臭氧分解催化剂层以去除气体中可能含有的残留臭氧，之后气体通过生物除臭塔底部进入生物除臭塔，生物除臭塔底部设有热能回收系统，当臭气温度过低时可以通过回收臭氧发生系统热能对气体进行加热。在生物除臭塔中，臭气中污染物被炭质生物填料层中微生物分解后从生物除臭塔的上部出风口达标排放，填料层上方设有喷淋水散水系统以维持填料层必要的湿度。
臭氧发生系统采用高压放电产生臭氧，同时会产生热量，夏季需要启动自带冷却系统进行散热。在其他温度较低的季节，可以通过回收臭氧发生系统热能的方式对臭气进行加热，既能提高生物处理区的处理效率，又能节省臭氧发生系统冷却所需的费用（注：有机恶臭气体温度低于25℃即可启动热能回收系统）。
换热器采用316L不锈钢薄壁钢管，间距50-60cm，管径DN50，目字形状的环形管网分布。热能回收系统管网为循环换热系统，管道进出口设置最远距离，以便各路阻力均等。
除臭装置内部设置温湿度计，通过臭气温度实现加热系统的自动开启和关闭，如果臭气温度高于25℃度时，则关闭此热能回收系统，同时开启臭氧发生系统自带的冷却系统。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种低温有机恶臭气体处理系统，其特征在于由臭气收集系统、臭氧发生系统、臭氧氧化预反应区、生物除臭塔、热能回收系统和喷淋散水装置组成；
臭气收集输送管道与臭氧氧化预反应区上部连接，并在风机（11）输送管道上设有臭氧投加口，连接臭氧发生器臭氧的臭氧出气管道(4)；
臭氧发生系统由空压机(9)、冷干机(8)、制氧机(7)、臭氧发生器(6)、冷却系统连接组成；
在臭氧氧化预反应区(14)的下部设有臭氧破坏催化剂层(12)；
生物除臭塔(13)内设置有炭质生物媒填料(15)承托结构，承托结构的承托板上设有筛网；
生物除臭塔(13)内上部均匀设置喷淋喷嘴(16)，顶部设有出风口(17)；
热能回收系统由冷却塔(2)、冷却水池(1)、臭氧发生器冷却装置、臭氧氧化预反应区下部的换热器、生物除臭塔下部的余热回收装置（18）、喷淋水箱(21)、加热循环水泵(19)及其之间的连接管线组成；
喷淋散水装置是由喷淋水箱(21)经喷淋水泵(20)连接生物除臭塔内上部的喷淋喷嘴(16)组成，喷淋水箱内装有加热装置(22), 喷淋水箱连接有中水或自来水管道(23)。
2.如权利要求1所述的一种低温有机恶臭气体处理系统，其特征在于所述臭氧氧化预反应区最低臭氧浓度0.2mg/m3。
3.如权利要求1所述的一种低温有机恶臭气体处理系统，其特征在于所述臭气在臭氧氧化预反应区停留时间大于2.0s。
4.如权利要求1所述的一种低温有机恶臭气体处理系统，其特征在于生物除臭塔生物反应区的温度控制在5℃- 40℃。
5.如权利要求1所述的一种低温有机恶臭气体处理系统，其特征在于所述筛网的孔径为2mm-3mm。
6.如权利要求1所述的一种低温有机恶臭气体处理系统，其特征在于所述炭质生物媒填料为由木炭或竹炭加工而成的颗粒状物质，其中炭含量大于80%，平均粒径在10～15mm，填充密度为400g/l，比表面积为260 m2/g。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160706 Address after: 200120 4J room, No. 2981 Dongfang Road, Shanghai, Pudong New Area Patentee after: NISHIHARA ENVIRONMENT ENGINEERING (SHANGHAI) Co.,Ltd. Address before: 100101 Beijing city Chaoyang District North Canal Road No. 15-3 building room 206, West Beijing Central Patentee before: Long Ying Fu Patentee before: Ju Qingling |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Room 4J, 2981 Dongfang Road, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Xiyuan environmental protection (Shanghai) Co.,Ltd. Address before: Room 4J, 2981 Dongfang Road, Pudong New Area, Shanghai Patentee before: NISHIHARA ENVIRONMENT ENGINEERING (SHANGHAI) Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 201204 first floor, No. 30, Lane 676, Wuxing Road, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Xiyuan environmental protection (Shanghai) Co.,Ltd. Address before: Room 4J, 2981 Dongfang Road, Pudong New Area, Shanghai Patentee before: Xiyuan environmental protection (Shanghai) Co.,Ltd. |