CN104001421B - 一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭工艺与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于利用生物反应器处理臭气的领域，具体涉及一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭工艺与装置。本发明的目的在于解决复合生物除臭工艺中臭气停留时间短、与生物填料或活性污泥接触不充分，致臭物质去除不彻底等问题。综上所述，本发明通过无泡曝气预处理将污染物由气相转换为液相，提高污染物在反应装置中的停留时间，溶解污染物在活性污泥液相反应区得到降解，剩余臭气经充分收集进入填料区处理，同时，以液相反应区出水作为喷淋液，污染物得到进一步去除，除臭效果充分。
Description
技术领域
本发明属于利用生物反应器处理臭气的领域，具体涉及一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭工艺与装置。
背景技术
臭气作为一种恶臭污染物，主要来自于有机物腐败而产生的含硫、含氮、含氧的气体化合物，其种类繁多、来源广泛。臭味不仅给人以感官的不悦，甚至会危及人体生理健康，诸如呼吸困难、倒胃、胸闷、呕吐等。为了防止和避免恶臭气体对环境的影响，《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)、《恶臭污染物排放标准》(GB14554－93)均提出了相应的臭气控制指标。因此，研究、开发经济有效的除臭技术，对臭气污染物进行综合治理，降低恶臭物质浓度，使其达到相应排放标准已成为重要的环境保护课题之一。
目前，国内外除臭技术按原理可概括为物理法、化学法和生物处理法三类，主要包括：活性炭吸附法、热氧化法、氧离子基团除臭法、化学洗涤法、生物过滤法、植物液除臭法和高能离子除臭技术等。物理除臭主要采用吸附、稀释、水清洗等方式去除致臭气体，虽然处理稳定性好，但处理能力有限；化学除臭通过化学药剂氧化、分解、吸收致臭气体，运行过程中需消耗一定量的化学药剂，需要特殊反应条件，需要成本高；生物除臭主要包括生物过滤、生物洗涤两种方式，反应装置管理维护容易、运行费用低、脱臭效果好，对臭气浓度变化幅度大、吸附及药液洗脱法难处理的高浓度臭气均具有很强的适应性，对含N、S成分臭气的处理效果较好，可长期以较高的脱臭效果运转。
生物除臭技术在臭气处理领域得到了较为广泛的研究应用，特别是生物滤池、生物滴滤塔等。传统除臭工艺中臭气一般先进入物理洗涤塔进行预喷淋加湿后再进入生物滤层，预洗涤段往往需要大量的清洁水源，不仅造成运行成本的增加，同时产生大量的洗涤废液，增加了污水处理费用。此外，预洗涤过程只能去除少量可溶性致臭污染物，绝大部分污染物仍处于气相状态，进入生物过滤装置后，停留时间一般不超过100s，而臭气量往往维持在104～105m3·h-1，生物滤层表面负荷通常高达100～300m3·m-2·h-1，臭气与生物滤料接触不充分，导致污染物去除不充分。
发明内容
本发明的目的在于解决复合生物除臭工艺中臭气停留时间短、与生物填料或活性污泥接触不充分，致臭物质去除不彻底等问题。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭工艺和装置，其特征在于包括如下步骤：
(1)臭气经管道收集后，首先通入中空纤维膜组件进行无泡曝气预处理，将臭气中的致臭污染物(NH3、H2S、VOC等)最大限度的溶解于水中，形成NH4 +等离子物质，使污染物由气相转入液相，同时无泡曝气系统可以提高混合液中溶解氧的含量。
(2)无泡曝气系统产生的溶有致臭物质的混合液及剩余未溶臭气进入活性污泥液相反应区，悬浮污泥及附着在束状填料上的生物膜形成良好的好氧-缺氧微生物系统，大部分溶解在混合液中的致臭污染物被微生物降解去除。
(3)剩余未溶于水的臭气通过液相反应区上部的集气罩，进入上方双层生物填料过滤区，在填料及微生物的吸附降解作用下未溶臭气中的致臭污染物得到去除。
(4)以活性污泥液相反应区的出水作为生物填料过滤区的喷淋液，不仅起到加湿臭气的作用，还能够使溶解于水中的污染物得到进一步降解去除，提高除臭效果。
综上所述，本发明通过无泡曝气预处理将污染物由气相转换为液相，提高污染物在反应装置中的停留时间，溶解污染物在活性污泥液相反应区得到降解，剩余臭气经充分收集进入填料区处理，同时，以液相反应区出水作为喷淋液，污染物得到进一步去除，除臭效果充分。
本发明装置图如附图1所示，具体特征在于：
一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭装置包括无泡曝气预处理气水混合池5；活性污泥反应区16；生物过滤反应区一层填料区32，二层填料区34。
所述的气水混合池5中浸泡着中空纤维膜组件4，中空纤维膜组件4上方连接进气管2，进气管2连接空压机1和通气阀3，气水混合池5下方连接进水管7，进水管7连接自来水进水泵6和进水阀8，气水混合池5右上侧连接着混合池出水管9，混合池出水管9连接着输水泵10和输水管阀门11。
所述的中空纤维膜组件4的膜孔径0.01～0.5μm，孔隙率50～90％，泡点0.8～1.5MPa。所述的活性污泥反应区16中挂有束帘填料17，束帘填料17下方布有穿孔管12，穿孔管12下方为污泥沉淀区15，污泥沉淀区15设有排泥管13，排泥管13上安装排泥阀门14，活性污泥反应区16上方臭气收集区通过集气管23将臭气送入生物过滤区，活性污泥反应区16右上侧连接污泥反应区出水管18，污泥反应区出水管18连接出水阀门19、喷淋泵24、一层填料喷淋管27、二层填料喷淋管25，喷淋管上分别安有阀门28、26以及喷嘴29。
所述的束帘填料17丝条直径0.3～0.5mm，孔隙率98％，比表面积50～300m2/m3。所述的穿孔管12的孔径为1～3mm。
所述的一层填料喷淋管27与二层填料喷淋管25中喷淋液流量比例为2:1。
所述的生物过滤反应区自上而下包括一层填料区32和二层填料区34，一层填料区32下方为一层筛板33，二层填料区34下方为二层筛板35，生物过滤区上方为排气管31，排气管31上安有排气阀30。
所述的一层填料区32采用无机填料，填料粒径为8～10mm，填充密度200～400g/L，比表面积200～300m2/g。所述的二层填料区34采用无机填料与有机填料体积比为1:1～3混合，填料粒径为6～8mm，填充密度300～400g/L，比表面积200～300m2/g。所述的一、二层填料区筛板33、35的孔径为3～5mm。
所述的一层填料区32、二层填料区34的微生物菌种均来自于活性污泥反应区排放的剩余污泥，
基于上述一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭装置的具体方法为：
通过开启自来水进水泵6、鼓风机1，使得臭气和自来水进入气水混合区5；混合液及未溶臭气由输水泵10进入活性污泥反应区16；剩余臭气由集气管23进入生物过滤区；活性污泥反应区16出水由喷淋液泵24进入生物过滤区，分为四个步骤：
(一)自来水进水泵6将自来水由进水管7注入气水混合池5，空压机1将臭气由进气管2鼓入中空纤维膜组件4。臭气经过中空纤维膜无泡曝气溶于自来水中，致臭污染物由气相转入液相，通过调节臭气与自来水的比例来控制混合液中污染物浓度。污染物(NH3、H2S、VOC等)溶于水中，形成NH4 +等离子化合物，溶解性污染物利于活性污泥液相反应区微生物的降解利用，同时无泡曝气使混合液中含有大量溶解氧，利于好氧微生物的降解代谢。
(二)输水泵10将混合液及剩余未溶臭气由混合池出水管9输送到穿孔管12，穿孔管12将混合液及剩余未溶臭气均匀布入活性污泥反应区16。悬浮污泥及附着在束帘填料的生物膜形成良好的好氧-缺氧生物系统，来自无泡曝气系统混合液中的溶解性污染物(如：NH4 +等)在好氧及缺氧微生物群落的(如：硝化细菌、反硝化细菌等)作用下得到去除，同时剩余未溶臭气中的致臭污染物也得到部分去除；随着活性污泥浓度的增加，开启排泥阀门14排泥。
(三)剩余的臭气进入活性污泥反应区16上部的集气罩，通过集气管23进入生物过滤区；活性污泥反应区16的出水由喷淋液泵24回喷到生物过滤区用作喷淋液，其中一层填料区32的喷淋管为27，二层填料区34的喷淋管为25。
(四)剩余臭气自下而上依次通过一层填料区32和二层填料区34，在填料层微生物的吸附降解作用下，臭气中的致臭污染物被进一步去除，处理后臭气经由排气管31排入大气；喷淋液(活性污泥反应区16的出水)中溶解的剩余污染物在流经填料区的过程中同样被降解去除，一层填料区32和二层填料区34的喷淋液最终由洗涤液排放管21排出反应器。
所述的步骤(三)，一层填料区32的喷淋管27与二层填料区34的喷淋管25中喷淋液流量比为2:1，一层喷淋管27将流量为2Q的喷淋液喷入一层填料区32，部分喷淋液被生物填料截留，经过一层填料区32净化的喷淋液会流入二层填料区34，可以作为二层填料区34的喷淋液，因此，将二层填料区34喷淋管25中的流量设置为Q。
所述的步骤(四)，一层填料区32采用无机填料，微生物营养物质主要来自于剩余臭气中污染物及流量为2Q的喷淋液中剩余的溶解性污染物；二层填料区34采用无机填料与有机填料混合，微生物营养物质来自于剩余臭气中污染物、流量为Q的喷淋液中剩余的溶解性污染物以及有机填料自身；双层填料32、34的微生物菌种均来自于污泥沉淀区15排放的剩余污泥，经过2～3周的驯化培养。
本发明的有益效果
本发明与现有的复合生物除臭方法相比，本发明具有下列优点：
(1)臭气中污染物最大程度的溶解于水中，提高在反应器内停留时间，同时为后续生物单元提供高浓度溶解氧，利于微生物代谢降解污染物。
(2)溶解态污染物进入活性污泥液相反应区，采用污水处理工艺对其进行处理，从根本上转变了常规臭气处理工艺的设计理念。
(3)剩余臭气进入生物填料过滤区进行吸附降解，同时以活性污泥液相反应区出水作为填料区喷淋液，气相、液相中的污染物均得到进一步去除，提高除臭效果。
(4)以臭气、喷淋液中污染物及生物填料作为微生物营养源，并在生物填料区进行合理分配，不仅使污染物达到最佳去处效果，而且保证微生物必要生存条件，使反应器高效稳定运行。
附图说明
图1本发明装置的示意图。
1-空压机、2-进气管、3-通气阀、4-中空纤维膜、5-气水混合池、6-自来水进水泵、7-进水管、8-进水阀、9-混合池出水管、10-输水泵、11-输水管阀门、12-穿孔管、13-排泥管、14-排泥阀门、15-污泥沉淀区、16-活性污泥反应区、17-束帘填料、18-污泥反应区出水管、19-出水阀门、20-隔板、21-洗涤液排放管、22-排放阀门、23-集气管、24-喷淋液泵、25-二层填料喷淋管、26-二层填料喷淋管阀门、27-一层填料喷淋管、28-一层填料喷淋管阀门、29-喷嘴、30-排气阀、31-排气管、32-一层填料区、33-一层筛板、34-二层填料区、35-二层筛板。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明的实施方式进行说明。
所述的一层填料区32采用炭质无机填料，填料粒径为8～10mm，填充密度200～400g/L，比表面积200～300m2/g。
所述的二层填料区34采用炭质无机填料与有机填料(树皮)1:1混合，填料粒径为6～8mm，填充密度300～400g/L，比表面积200～300m2/g。
所述的一层填料喷淋管27与二层填料喷淋管25中喷淋液流量比例为2:1。
所述的中空纤维膜组件4的膜孔径0.01～0.5μm，孔隙率50～90％，泡点0.8～1.5MPa。
所述的束帘填料17的丝条直径0.3～0.5mm，孔隙率98％，比表面积50～300m2/m3。
实施例1
本发明所述采用无泡曝气预处理的复合生物除臭装置的一种实施方式，参照图1。以某污水厂格栅间臭气作为处理对象，臭气流量为6m3/h，臭气中主要污染物浓度为：NH36mg/L，H2S5mg/L。臭气通过空压机1鼓入膜组件4中空纤维膜内部，控制膜组件曝气压力在1MPa，臭气通过纤维膜孔曝气进入混合区5，溶解氧为3～6mg/L，臭气中污染物(NH3、H2S、VOC等)溶于水中，形成NH4 +等离子化合物。
设置气水流量比为2000，通过调节进水泵6、输水泵10，控制自来水及混合液流量为3L/h，溶有污染物的混合液在活性污泥液相反应区16的停留时间为4h，在活性污泥及填料生物膜所形成的的好氧-缺氧生物系统作用下，混合液中污染物得到去除。
剩余未溶臭气进入生物填料区32、34进行生物填料吸附去除，以活性污泥液相反应区出水作为填料喷淋液，调节一层填料喷淋管阀门28、二层填料喷淋管阀门26，使得一层填料区32与二层填料区34的喷淋液流量比为2:1，使混合液中污染物得到进一步去除。
采用复合生物除臭系统在上述参数条件下对格栅臭气进行处理，最终检测出气口31处理后臭气中NH3为0.2mg/L去除率达97％，H2S为0.02mg/L去除率接近100％，尾气浓度满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)一级标准，除臭效果明显。
实施例2
将所述的实施例1中臭气、水流量比例调整为1500，混合液在活性污泥液相反应区16的停留时间为3h，其他条件如实施例1，此时，污染物去除率与实施例1相比略有下降，处理后臭气仍满足一级标准。
Claims (7)
1.一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭装置，其特征在于：包括无泡曝气预处理气水混合池(5)；活性污泥反应区(16)；生物过滤反应区一层填料区(32)，二层填料区(34)；
所述的气水混合池(5)中浸泡着中空纤维膜组件(4)，中空纤维膜组件(4)上方连接进气管(2)，进气管(2)连接空压机(1)和通气阀(3)，气水混合池(5)下方连接进水管(7)，进水管(7)连接自来水进水泵(6)和进水阀(8)，气水混合池(5)右上侧连接着混合池出水管(9)，混合池出水管(9)连接着输水泵(10)和输水管阀门(11)；
所述的活性污泥反应区(16)中挂有束帘填料(17)，束帘填料(17)下方布有穿孔管(12)，穿孔管(12)下方为污泥沉淀区(15)，污泥沉淀区(15)设有排泥管(13)，排泥管(13)上安装排泥阀门(14)，活性污泥反应区(16)上方臭气收集区通过集气管(23)将臭气送入生物过滤区，活性污泥反应区(16)右上侧连接污泥反应区出水管(18)，污泥反应区出水管(18)连接出水阀门(19)、喷淋泵(24)、一层填料喷淋管(27)、二层填料喷淋管(25)，喷淋管上分别安有阀门及喷嘴(29)；
所述的生物过滤反应区自上而下包括一层填料区(32)和二层填料区(34)，一层填料区(32)下方为一层筛板(33)，二层填料区(34)下方为二层筛板(35)，生物过滤区上方为排气管(31)，排气管(31)上安有排气阀(30)；
所述的一层填料区(32)采用无机填料，所述的二层填料区(34)采用无机填料与有机填料混合。
2.根据权利要求1所述的一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭装置，其特征是：所述的一层填料区(32)采用无机填料，填料粒径为8～10mm，填充密度200～400g/L，比表面积200～300m2/g。
3.根据权利要求1所述的一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭装置，其特征是：所述的二层填料区(34)采用无机填料与有机填料体积比为1:1～3混合，填料粒径为6～8mm，填充密度300～400g/L，比表面积200～300m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭装置，其特征是：所述的一层填料喷淋管(27)与二层填料喷淋管(25)中喷淋液流量比例为2-4:1。
5.根据权利要求1所述的一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭装置，其特征是：所述的中空纤维膜组件(4)的膜孔径0.01～0.5μm，孔隙率50～90％，泡点0.8～1.5MPa。
6.根据权利要求1所述的一种采用无泡曝气预处理的复合生物除臭装置，其特征是：所述的束帘填料(17)的丝条直径0.3～0.5mm，孔隙率98％，比表面积50～300m2/m3。
7.应用权利要求1所述装置进行复合生物除臭方法，其特征是：
通过开启自来水进水泵(6)、空压机(1)，使得臭气和自来水进入气水混合池(5)；混合液及未溶臭气由输水泵(10)进入活性污泥反应区(16)；剩余臭气由集气管(23)进入生物过滤区；活性污泥反应区(16)出水由喷淋泵(24)进入生物过滤区，分为四个步骤：
(一)自来水进水泵(6)将自来水由进水管(7)注入气水混合池(5)，空压机(1)将臭气由进气管(2)鼓入中空纤维膜组件(4)；臭气经过中空纤维膜无泡曝气溶于自来水中，致臭污染物由气相转入液相，通过调节臭气与自来水的流量比为1500-2000:1来控制混合液中污染物浓度；同时无泡曝气使混合液中溶解氧为3～6mg/L，利于好氧微生物的降解代谢；
(二)输水泵(10)将混合液及剩余未溶臭气由混合池出水管(9)输送到穿孔管(12)，穿孔管(12)将混合液及剩余未溶臭气均匀布入活性污泥反应区(16)；停留时间：3～6h；随着活性污泥浓度的增加，开启排泥阀门(14)排泥；
(三)剩余的臭气进入活性污泥反应区(16)上部的集气罩，通过集气管(23)进入生物过滤区；活性污泥反应区(16)的出水由喷淋泵(24)回喷到生物过滤区用作喷淋液；
(四)剩余臭气自下而上依次通过一层填料区(32)和二层填料区(34)，在填料层微生物的吸附降解作用下，臭气中的致臭污染物被进一步去除，处理后臭气经由排气管(31)排入大气；喷淋液即活性污泥反应区(16)的出水中溶解的剩余污染物在流经填料区的过程中同样被降解去除，一层填料区(32)和二层填料区(34)的喷淋液最终由洗涤液排放管(21)排出反应器；
所述的步骤(三)，一层填料喷淋管(27)与二层填料喷淋管(25)中喷淋液流量比为2-4:1。
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