CN105833716B - 一种用于去除臭气的生物除臭组合物及其作为填料制备和应用 - Google Patents

一种用于去除臭气的生物除臭组合物及其作为填料制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于去除臭气的生物除臭组合物，包含腐熟污泥和生物炭。该生物除臭组合物还包含水泥和高炉矿渣。此外，本发明还包括利用该除臭组合物作为除臭填料用于含臭味物质的气体或气雾的除臭。本发明所述的腐熟污泥和生物炭协同配合，生物炭作为腐熟污泥营养元素的缓释载体，可使腐熟污泥营养元素持续而缓慢地释放，从而达到无需外加营养元素的工程应用效果。此外，腐熟污泥和生物炭对微生物亲和力强，有利于微生物快速挂膜，从而使微生物在所述腐熟污泥和生物炭的持续供养下高效吸附、降解臭气。本发明实现了腐熟污泥中蕴含的有机物和营养元素彻底利用，环境友好、无公害。

Description

一种用于去除臭气的生物除臭组合物及其作为填料制备和 应用
技术领域
本发明属于恶臭气体处理领域；具体涉及一种用于去除臭气的生物除臭组合物及其作为填料制备和应用。
背景技术
恶臭气体(臭气)主要来源于城市污水处理厂、污泥处理厂、垃圾填埋场、畜禽养殖场及其他工业生产等场所。恶臭气体会引起人的不适，如恶心、头痛、食欲不振、嗅觉失调、失眠，甚至情绪不稳定等，是环境公害之一。因此，需采用处理效率高、投资和运行成本低的方法对其进行处理，达标后排放到大气中。
目前，恶臭气体的处理方法主要包括物理法、化学法和生物法。其中，生物除臭工艺以其处理效果好，投资和运行费用低等特点而被广泛应用。生物除臭填料是生物除臭系统的主体，填料作为载体可以为微生物生长提供场所，同时能提供较大的气液传质面积，其性能直接影响生物除臭系统的除臭效果。
随着生物除臭系统的广泛应用，对生物填料的要求也越来越严格，针对现有填料普遍存在的容易坍塌压实、无机填料生物亲和性差、不易挂膜等缺点，开发性能更加稳定的生物除臭填料或对现有填料进行改性，使其利于微生物降解菌快速附着形成生物膜、缩短挂膜时间、快速启动生物除臭过程，对生物除臭系统应用于恶臭污染物的治理有很高的实用价值。
公开号为CN102423626A的中国专利文献公开了一种利用生物炭去除恶臭气体的方法，包括令臭气经过布气装置使其均匀分散；通过喷淋装置喷淋微小液滴使臭气与微小液滴相接触；令臭气与微小液滴依次通过第一无纺布层、生物培养/反应床、第二无纺布层形成处理后的尾气和溶解有可溶性臭气的液体。该装置以生物炭为主要填料，主要利用生物炭的吸附作用，但微生物不易挂膜，微生物的降解作用有限，随着装置的运行填料压降逐渐增大，孔隙率降低，易堵塞，除臭效率下降。
发明内容
为解决现有生物除臭填料透气性差、易堵塞等缺陷，本发明提供了一种用于去除臭气的生物除臭组合物。本发明还包括所述生物除臭组合物去除臭气的应用。另外，本发明还提供了一种采用所述生物除臭组合物制备除臭填料的方法。
一种用于去除臭气的生物除臭组合物：包含腐熟污泥和生物炭。
本发明中，所述的腐熟污泥和生物炭协同配合，生物炭作为腐熟污泥营养元素的缓释载体，对腐熟污泥中的NH4 +-N，NO3 --N、K、P及气态NH3等不同形态存在的营养元素有很强的吸附作用，可使所述的营养元素持续而缓慢地释放，从而达到无需外加营养元素的工程应用效果。此外，腐熟污泥和生物炭对微生物亲和力强，有利于微生物挂膜，从而使微生物在所述腐熟污泥和生物炭的持续供养下高效吸附、转化臭气。本发明实现了对腐熟污泥中蕴含的有机物和营养元素的彻底利用，环境友好、无公害。
本发明中，将腐熟污泥和所述的生物炭联合使用，可为微生物持续提供营养物质，利于微生物生存于腐熟污泥表面及孔隙结构内，从而实现使微生物持续高效的吸附、降解臭气。
本发明所述的腐熟污泥通过二次高温好氧发酵得到。
腐熟污泥的制备方法例如为：脱水污泥与调理剂混合后在间歇式供风条件下进行一次发酵；一次发酵温度为50-55℃，一次发酵时间为3-9d；一次发酵产物继续进行二次发酵，二次发酵温度为60-70℃，二次发酵时间为3-9d；二次发酵产物即为腐熟污泥。所述的脱水污泥的含水量为70-90wt％。
调理剂采用现有通用具备调理作用的物料，例如谷壳，能够增加污泥的透气性，有利于污泥发酵。
作为优选，所述腐熟污泥的主要性能指标为好氧速率＜0.5gO2/kgVS·h、种子发芽率＞90％、WERL＜5gC/kgVS·d。该指标下的腐熟污泥安全卫生，吸附除臭效果好。
所述腐熟污泥的腐熟度为高度腐熟(采用美国加利福尼亚州堆肥质量委员会(CCQC)组织提出的评价标准)。
现有生物炭均可应用至本发明中，作为优选，所述生物炭pH为8.2-13.0，比表面积为20m2/g-400m2/g，碳含量25.8％-88.0％，总氮量0.18％-6.0％。该优选指标下的生物炭和所述优选性能的腐熟污泥协同吸附、处理臭气的效果明显。
所述生物炭粒径为1-2mm。
作为优选，腐熟污泥和生物炭的重量份比为20-30∶60-80。在该优选比例下，腐熟污泥和生物炭除臭的协同效果更好。
作为优选，所述的用于去除臭气的生物除臭组合物还包含水泥和高炉矿渣。水泥和高炉矿渣的添加除进一步增强除臭效果外，避免该除臭组合物制成的填料的堵塞情况，有助于延长使用寿命，改善除臭效果。
所述高炉矿渣的粒径为0.5-0.35mm。
作为优选，腐熟污泥∶生物炭∶水泥∶高炉矿渣的重量份比为20-30∶60-80∶2-4∶6-12。在该优选物料及配比下，协同除臭效果明显增强。
本发明还包含一种所述的生物除臭组合物的应用：将所述的生物除臭组合物作为除臭填料应用于含臭味物质的气体或气雾的除臭。
现有带有恶臭气味的臭味物质均可应用本发明所述的除臭组合物进行处理，作为优选，所述的臭味物质包含氨、硫化氢、甲硫醚、三甲胺中的至少一种。
除臭气过程中，除臭填料与含臭味物质的气体或气雾接触。
将臭味物质直接和所述的生物除臭组合物接触；或利用布气装置将臭味物质鼓入溶液(例如水)中，再采用喷淋装置雾化后与所述的除臭组合物接触；所述除臭组合物中的微生物吸附并转化该臭味物质，从而去除臭气。
臭味物质在所述的除臭组合物内发生的反应例如为：
CxHyOz+NH3+O3→细胞物质+CO2+H2O+能量
S-2→S0→S2O3 2-→S3O6 2-→SO3 2-→SO4 2-
H2S+O2+自养硫化细菌+CO2→合成细胞物质+SO4 2-+H2O
CH3SHCH4→H2S→CO2+H2O+SO4 2-
本发明所述的除臭气的应用中，例如，采用所述的除臭组合物作为除臭填料去除污泥发酵、干化产生的臭气。
所述的生物除臭组合物均可添加至现有的生物除臭箱，用来吸附、降解气体中的恶臭成分。为了进一步延长生物除臭箱的运行时间、改善除臭效果，本发明还提供一种利用所述的生物除臭组合物制备除臭填料的方法：将所述的除臭组合物与水混合，经模具压合成型，制得除臭填料。
所述的除臭组合物与水混合、使物料粘连，随后经模具压合成型，压合成型的强度为1-3Mpa。
该除臭填料的制备方法中，利用水泥的胶凝性，将腐熟污泥、生物炭及高炉矿渣胶结在一起，形成规则的填料。水泥与水接触后，发生如下化学反应：
2(3CaO·SiO2)+6H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2
2(2CaO·SiO2)+4H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2
3CaO·Al2O3+6H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O
4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O
高炉矿渣作为填料内的骨料。高炉矿渣可消耗水泥水化产物Ca(OH)2，使矿渣水泥中骨料和胶结料之间界面区域Ca(OH)2量减少，C-S-H凝胶填充界面孔隙，改善了界面结构，从而提高了界面凝胶强度；促使低C/S比的C-S-H凝胶形成，将腐熟污泥、生物炭包裹在里面，使硬化的填料结构强度更高。
所述除臭填料制备过程中，除臭组合物与水混合过程中，腐熟污泥∶生物炭∶水泥∶高炉矿渣∶水的重量份比为20-30∶60-80∶2-4∶6-12∶60-85。
本发明的生物除臭填料由腐熟污泥、生物炭、矿渣水泥和水按所述比例制备而成，具有优良的持水性和生物亲和性、比表面积高、耐腐蚀性强、保湿能力高、机械强度高、孔隙率高、缓冲能力强、堆积密度较低、有利于微生物附着生长、营养物质丰富易于获得、制作成本低和使用寿命长等优势。
本发明通过腐熟污泥和生物炭的协同配合，可使处理后的气体符合《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中一级排放标准；处理维持时间长，且在期间也无需额外添加营养物质。此外，辅助于水泥和高炉矿渣的使用，可有效防止所制得的填料坍塌压实，延长使用寿命。
具体实施方式
以下实施例按上述操作方法实施：
以下实施例或对比例选用的腐熟污泥如下：
污水处理厂脱水后含水率在85％左右的脱水污泥，经过与调理剂的拌合进入一次发酵塔，发酵温度为55℃，间歇式供风，发酵5d后卸料；将卸料传送至二次发酵塔继续发酵，控制发酵温度65℃，间歇式供风，发酵5天后出料。出料既为腐熟污泥，主要性能指标为好氧速率0.4gO2/kgVS·h、种子发芽率95％、WERL4gC/kgVS·d。
以下实施例或对比例选用的生物炭(，由广州市博恩生物能源有限公司按本发明要求特制)pH为9，比表面积为300m2/g，碳含量75％，总氮量3％；粒径为1-2mm。
恶臭气体采用博睿1080-B便携式恶臭气体检测仪检测。
实施例1
将腐熟污泥27份、生物炭63份、水泥3份、高炉矿渣7份及67份水配比，自然晾干，压制成型后制成填料，选用粒径为3cm的填料放入实验用的生物除臭箱，除臭箱高度1.2m，内径0.3m，上部设有喷淋装置，下部有集水装置，控制填料有效高度0.8m，通入污泥干化所产生的臭气，控制进气量1.8m3/h，停留时间30s，实验装置连续运行20d，实验过程中不添加任何营养物质。设置3组平行试验，试验结果去除离散值，取其平均值，经测定其实验结果如表1所示：
对比例1：
和实施例1相比，区别在于，采用的填料为腐熟污泥。经测定其实验结果如表1所示：
对比例2：
和实施例1相比，区别在于，采用的填料为生物炭。经测定其实验结果如表1所示：
实施例2：
和实施例1相比，区别在于，采用的填料为重量份比为1∶3的腐熟污泥与生物炭的混合物。经测定其实验结果如表1所示：
表1
经过上述条件，对比例1运行至14d时，孔隙率降低，透气性下降，除臭能力降低；对比例2运行至10d时，随喷淋液逐渐流失，填料高度仅为初始高度的三分之一，除臭能力明显降低；实施例2运行至20d时，部分填料随喷淋液流失，填料压降明显增大，除臭效率降低；实施例1在运行期间除臭效果良好，填料无碎裂的现象，微生物生长状态良好，处理后的气体符合《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中一级排放标准。
实施例3：
将腐熟污泥28份、生物炭65份、水泥3份、高炉矿渣7份及68份水配比，自然晾干，压制成型后，选用粒径为3cm的填料放入实验用的生物除臭箱，除臭箱高度1.2m，内径0.3m，上部设有喷淋装置，下部有集水装置，控制填料有效高度0.8m，通入污泥干化所产生的臭气，控制进气量1.8m3/h，停留时间30s，实验装置连续运行60d，实验过程中不添加任何营养物质。设置3组平行试验，试验结果去除离散值，取其平均值，经测定其实验结果如表2所示：
表2
臭气成分 单位 一级排放标准 初始浓度 处理后浓度
氨 mg/m3 1.0 21 0.6
硫化氢 mg/m3 0.03 1.5 0.01
甲硫醚 mg/m3 0.03 3.6 0.02
三甲胺 mg/m3 0.05 0.7 0.03
臭气浓度 无量纲 10 200 6
本发明的填料，经过上述条件，运行60d后，填料无碎裂的现象，微生物生长状态良好，经测定，填料内含有丰富的微生物。处理后的气体符合《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中一级排放标准。
实施例4：
将腐熟污泥30份、生物炭70份、水泥3份、高炉矿渣8份及73份水配比，自然晾干，压制成型后，选用粒径为3cm的填料放入实验用的生物除臭箱；
选用常用的陶粒生物填料(由巩义市明阳净水填料厂提供，其粒径为3cm)，放入实验用的生物除臭箱；除臭箱高度1.2m，内径0.3m，上部设有喷淋装置，下部有集水装置，控制填料有效高度0.8m，通入污泥干化所产生的臭气，控制进气量1.8m3/h，停留时间30s，实验装置连续运行90d，实验过程中不添加任何营养物质。设置3组平行试验，试验结果去除离散值，取其平均值，通过对比，结果如表3所示：
表3
臭气成分 单位 一级排放标准 初始浓度 陶粒填料处理后浓度 本发明成品处理后浓度
氨 mg/m3 1.0 19 1.2 0.6
硫化氢 mg/m3 0.03 1.6 0.03 0.01
甲硫醚 mg/m3 0.03 3.6 0.05 0.02
三甲胺 mg/m3 0.05 0.5 0.08 0.03
臭气浓度 无量纲 10 220 12 3
实验装置运行90d后，填料无碎裂的现象，微生物生长状态良好。通过本发明成品与常用陶粒填料对比，可以看出，实验条件相同的情况下，采用本发明填料对臭气的处理效率，优于现在常用的陶粒填料。

Claims (5)

1.一种用于去除臭气的生物除臭组合物，其特征在于：由腐熟污泥、生物炭、水泥和高炉矿渣组成；其中，腐熟污泥：生物炭：水泥：高炉矿渣的重量份比为20-30：60-80：2-4：6-12；
所述腐熟污泥好氧速率＜0.5gO2/kgVS·h、种子发芽率＞90％、WERL＜5gC/kgVS·d；
所述生物炭pH为8.2-13.0，比表面积为20m2/g-400m2/g，碳含量25.8％-88.0％，总氮量0.18％-6.0％。
2.一种权利要求1所述的用于去除臭气的生物除臭组合物的应用，其特征在于：作为除臭填料应用于含臭味物质的气体或气雾的除臭。
3.如权利要求2所述的应用：其特征在于，所述的臭味物质包含氨、硫化氢、甲硫醚、三甲胺中的至少一种。
4.一种利用权利要求1所述的生物除臭组合物制备除臭填料的方法：其特征在于，将所述的除臭组合物与水混合，经模具压合成型，制得除臭填料。
5.一种利用权利要求4所述的生物除臭组合物制备除臭填料的方法：其特征在于，除臭组合物与水混合过程中，腐熟污泥：生物炭：水泥：高炉矿渣：水的重量份比为20-30：60-80：2-4：6-12：60-85。
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