CN106178930B - 一种生物组合协同除臭工艺及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物组合协同除臭工艺及其装置，臭气来源在经过加湿后，依次通过微生物填料除臭和土壤除臭的两级除臭工艺，并最终通过土壤除臭系统顶部自由逸散。除臭装置包括除臭箱以及臭气管路和加湿管路；臭气管路一端与臭气来源连通，另一端连接至除臭箱的进气口，臭气管路上设有风机；加湿管路并联连接在风机前的除臭管路上，与加湿设备连接，对臭气管路中的臭气进行加湿；除臭箱内分为串联的布气层、一级除臭层和二级除臭层，布气层与进气口连通，一级除臭层为微生物填料除臭系统，二级除臭层为土壤除臭系统。本发明调整生物除臭装置的结构，结合生物除臭工艺特点，利用多级除臭系统协同除臭，保障除臭系统的处理效率，使其达到集成化程度高，处理效果好的目的。

Description

一种生物组合协同除臭工艺及其装置
技术领域
本发明属于臭气治理技术，具体涉及一种生物组合协同除臭工艺及其装置。
背景技术
目前常用的恶臭气体处理方法主要包括物理法、化学法和生物法。物理、化学方法处理大流量、中低浓度的恶臭气体，存在投资大、操作复杂、运行成本高等问题，使其应用范围受到限制。生物除臭技术是在适宜的环境条件下，利用有孔的、潮湿的介质上聚集的活性微生物的生命活动，代谢降解恶臭物质，使其转变为简单的无机物或组成自身细胞，达到去除臭味的目的。生物法以自身的显著的优势，设备少、操作简单、投资运行费用低、彻底消除恶臭污染物等特点受到人们的青睐，发展潜力大，应用前景广阔。
目前采用的生物法处理臭气的装置主要有生物过滤塔、生物滴滤塔、生物洗涤塔等。这些生物处理工艺均需要对气体进行加湿处理，然后通过上述生物除臭装置，达到生物除臭的目的。这其中，生物滴滤塔的加湿区面积较大，导致除臭装置占地面积大；生物过滤塔间歇性喷淋液体导致气体加湿不均匀，处理效果不理想；生物洗涤塔存在能耗较高的问题。常用生物除臭工艺在末端一般会设置等离子除臭、光催化氧化等应急措施，预防系统在运行过程中出现进气量、进气浓度波动幅度大时引起的系统崩溃，以保证气体的达标排放，因此当前的生物除臭系统装置集成程度不高，导致各单元协同作用效率过低，增加了占地面积，并且除臭工艺的工作效率较低。
如公告号为CN 1935329 A以及公告号为CN 205323533 U的中国专利，其都公开了一种生物土壤滤体除臭装置，通过单一的土壤滤体对尾气进行过滤除臭，但是该种过滤除臭的效率低，并且除臭的效果并不明显，排放的气体仍然具有一定含量的臭气成分，不能够适应大规模的产业除臭。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有的生物除臭技术存在的占用空间大、除臭效率低的技术瓶颈，提供一种除臭效果好，经济适用性高的生物组合协同除臭工艺及其装置，利用生物除臭系统之间的协同作用，实现生物除臭的工艺组合，强化除臭效果。
本发明采用如下技术方案实现：
一种生物组合协同除臭工艺，所述臭气在经过加湿后，首先通过微生物填料除臭，所述微生物填料包含腐熟污泥、生物炭、水泥和高炉矿渣，然后再通过土壤除臭，所述的土壤除臭层包括腐熟污泥、生物炭和壤土(按照重量比15-25:15-25:50-70混合而成)，所述土壤种植植物，实现两级除臭工艺，并最终通过土壤除臭系统顶部自由逸散。
进一步的，所述腐熟污泥：生物炭：水泥：高炉矿渣的重量份比为20-30：60-80：2-4：6-12。
进一步的，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％。
进一步的，所述臭气通过工艺水在超声波雾化后进行加湿，加湿在臭气过滤前完成，加湿后的臭气湿度达到90％以上。
进一步的，所述臭气的臭味物质包含氨、硫化氢、甲硫醚、三甲胺中的至少一种。
本发明中，所述微生物填料除臭和土壤除臭的两级除臭工艺在同一设备中完成。
本发明还公开了一种上述生物组合协同除臭工艺应用的装置，包括除臭箱以及臭气管路和加湿管路；
所述臭气管路一端与臭气来源连通，另一端连接至除臭箱的进气口，所述臭气管路上设有风机；
所述加湿管路并联连接在风机前的除臭管路上，与外部加湿设备连接，对臭气管路中的臭气进行加湿；
所述除臭箱内分为串联的布气层、一级除臭层和二级除臭层，所述布气层与进气口连通，一级除臭层和二级除臭层之间设有间隙层，所述一级除臭层为采用透气板设置的微生物填料层，所述二级除臭层为采用透气板设置的土壤除臭层，所述微生物填料层及土壤除臭层中均培养有吸附、吸收、降解恶臭物质的微生物，臭气从土壤除臭层顶部自由逸散。
进一步的，所述布气层、一级除臭层和二级除臭层在除臭箱内竖向布置，所述除臭箱的底部设有排水管口，所述排水管口设有pH检测仪，所述臭气管路上设有流量计和湿度监测仪。
进一步的，所述布气层内设有布气管，所述布气管的主管与进气口连通，若干支管上设有布气口。
在本发明中，所述外部加湿设备为超声波加湿器。
本发明中的微生物填料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，生物炭对腐熟污泥中的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。
本发明采用土壤除臭系统作为应急保护单元，臭气穿过土壤除臭层并排放，可防止系统崩溃，增大缓冲能力，无需增设传感器，无需启动时间，在零能耗的条件下，实现了应急保护功能。采用微生物除臭与土壤除臭相结合的组合工艺，在污染气体穿过填料被微生物降解后，通过自由逸散，进入到土壤除臭层，进一步除臭，再无组织排放。本发明实现了两级生物除臭系统的组合，利用生物除臭与土壤除臭的协同作用，强化微生物处理臭气的能力，提高系统的除臭效果及运行的安全性、稳定性。
同时，本发明采用超声波加湿器来加湿气体，经过流体力学核算，合理的将加湿器设置在进气管路上，使水汽与臭气在进气管路内充分混合完成加湿过程，加湿效果能够达到90％以上，气体加湿均匀，能耗低，在进气管路内实现气体湿化，节约了空间。
由上所述，本发明创造性地调整传统生物除臭装置的结构，突破一级处理模式，结合生物除臭工艺特点，利用多级除臭系统协同除臭，创造性地将腐熟污泥和生物炭联合使用，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，其使用的装置不需要额外设置单独的营养液喷淋系统，保障除臭系统的处理效率，使其达到集成化程度高，处理效果好的目的。两级除臭系统的设计可以适应较大的恶臭负荷波动，经本发明除臭后的气体符合《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中一级排放标准。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为实施例中的生物组合协同除臭的工艺流程图。
图2为实施例中的除臭箱的正视图。
图3为实施例中的除臭箱的俯视图。
图4为实施例中的除臭箱的布气管示意图。
图中标号：1-臭气来源，101-臭气管路，102-流量计，2-工艺水来源，201-加湿管路，202-超声波加湿器，3-风机，4-湿度检测仪，5-除臭箱，501-布气层，502-一级除臭层，503-二级除臭层，504-进气口，505-布气管，506-微生物填料，507-过滤土壤，508-排水管口，510-人孔，511-pH检测仪。
具体实施方式
实施例
参见图1，图示中的实施例为本发明的优选方式，除臭装置整体包括臭气管路101、加湿管路201、超声波加湿器202、风机3、除臭箱5。臭气来源1在经过加湿管路201过来的超声水雾加湿后，进入除臭箱5，然后依次通过微生物填料层和土壤除臭层两级除臭，并最终通过土壤除臭层自由逸散。
在生物除臭系统中为对污染气体饱和性加湿，通常是采用不间断的循环喷淋设计，同时增加喷淋液中的溶氧量，为喷淋液中丰富的好氧菌群提供了保持活性和生存的前提条件，本实施例通过超声波加湿器将工艺水雾化成100％的水汽，水汽直接在加湿管路中流动逸散，并与臭气在管路内充分混合，再通过风机将加湿后的混合气体带入除臭装置内，通过微生物的代谢作用达到除臭目的。
所述臭气在经过加湿后，首先通过微生物填料除臭，本实施例的微生物填料成分为腐熟污泥、生物炭、水泥和高炉矿渣，然后再通过土壤除臭，本实施例的土壤除臭层成分为腐熟污泥、生物炭和壤土，土壤表层栽种植物，实现两级除臭工艺，并最终通过土壤除臭系统顶部自由逸散。
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实施例中，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，土壤的腐熟污泥、生物炭和壤土的重量份比为15-25:15-25:50-70在该优选物料及配比下，协同除臭效果明显增强。
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-
本实施例在除臭气的应用中，例如用作去除污泥发酵、干化产生的臭气。
再次参见图1，本实施例的除臭装置中，臭气管路101一端与臭气来源1连通，另一端连接至除臭箱5的进气口504，臭气管路101上设有风机3；加湿管路201并联连接在风机3前的除臭管路101上，与超声波加湿器202连接，在臭气进入除臭箱前，对臭气管路中的臭气进行加湿。在臭气管路101上设有流量计102和湿度监测仪4，以检测臭气的进气流量及控制臭气湿度。
结合参见图2至图4，除臭箱5内分为串联的布气层501、一级除臭层502和二级除臭层503，布气层501与进气口504连通，一级除臭层502和二级除臭层503之间设置间隙，在一级除臭层中，通过透气板设置微生物填料506，二级除臭层通过透气板设置过滤土壤507，微生物填料及过滤土壤中均培养有吸收恶臭物质的微生物，微生物采用针对吸附臭气的臭味物质氨、硫化氢、甲硫醚、三甲胺的种类，本领域技术人员可根据相应的臭气种类选用相应的微生物品种。臭气从过滤土壤逸散排放，在过滤土壤上种植草皮等低矮植物。
本实施例中，布气层501、一级除臭层502和二级除臭层503在除臭箱5内竖向布置，二级除臭层503的过滤土壤铺设在箱体的顶部，除臭后的气体从这里向外排放，除臭箱的底部设有排水管口508，对渗落到箱体底部的多余水分进行收集排放，并在排水管口508设有pH检测仪511，对渗滤的水进行pH检测，可实现对微生物的生存环境pH进行监测。
如图4所示，在布气层501内设有若干叉形的布气管505，每个布气管505具有一个主管以及若干连通的支管，布气管505的主管与进气口504连通，若干支管上均匀设有布气口。
在除臭箱5上还设有人孔510，工作时通过盖板将人孔510封闭，如需对除臭箱内部进行检修保养时，将人孔上的盖板打开，即可进入箱体内部。
本实施例中的微生物填料构成的一级除臭层502，通过超声波加湿器对臭气管路内将臭气加湿至湿度为92％的气体(实验结果证明，进气湿度在90％以上，可保证填料的湿润及微生物的活性)，在加湿过程中，易溶性恶臭物质在传质过程中溶于水汽，恶臭物质由气相转变为液相，进入主体除臭装置后，通过布气管路进入到填料区，易溶性恶臭物质通过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物吸收，不溶于水的恶臭气体先附着在微生物体外，由微生物分泌的细胞外酶分解为可溶性物质再渗入细胞，恶臭物质进入细胞后在体内作为营养物质被微生物所分解、利用，使恶臭物质在填料层内得以去除。
将上述的微生物填料应用到生物除臭箱，用来吸附、降解气体中的恶臭成分，为了延长生物除臭箱的运行时间、改善除臭效果，可将所述的除臭组合物与水混合，经模具压合成型，制得除臭填料层。
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。
上述的微生物填料与水混合、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。
本实施例中的过滤土壤构成的二级除臭层503，经过微生物填料一级除臭后的气体通过自由逸散进入到土壤过滤层除臭，土壤滤层由腐熟污泥、生物炭及壤土按重量比例15-25:15-25:50-70混合而成，恶臭气体通过土壤及植物根茎的吸附固定作用停留在土壤层，再经过土壤微生物的降解，达到进一步除臭的目的。
除臭箱5设置一级除臭层的填料区高度为1.5m，二级除臭系统土壤层高度0.3m，在土层的底部铺放破碎石块、卵石，臭气通过卵石及石块的缝隙自由逸散到土壤层，土壤表层铺种绿色草皮，臭气通过土壤微生物被净化。经过结构、压强核算，将两级除臭系统安置在同一除臭装置上，提高除臭装置的集成化程度。
以下以两个具体应用实例对本实施例的生物组合协同除臭工艺及装置进行具体效果说明。
应用实例1
将上述实施例按照附图制成小试装置，除臭箱的L×B×H为1.2m×0.8m×1.5m，高程方向上，除臭箱底部距离布气管0.2m为液体收集区，布气管路到微生物填料层0.1m，微生物填料层高0.8m，微生物填料层顶部至土壤过滤层底部0.1m，土壤过滤层高0.3m，表面铺种绿色草皮，忽略布气管路内径高度。利用本发明工艺生物除臭系统(采用超声波加湿器，在臭气管路内完成加湿过程；两级生物除臭系统的集成设置)除臭，通入污泥干化所产生的臭气，控制进气量130m3/h，停留时间30s，环境温度为25-32℃，系统连续运行30d。重复做3组平行试验，试验结果去除离散值，取其平均值，收集装置排放的恶臭气体，气体采用博睿1080-B便携式恶臭气体检测仪检测，将测定试验结果与《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中一级排放标准对比，结果如表1所示：
表1为本例运行效果数据
经上述条件运行30d，微生物生长状况良好，系统内各部分运行状态良好，出气浓度符合《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中一级排放标准。
应用实例2
为上述实施例装置在相同条件下与同类产品之间的比较
除臭箱L×B×H为1.2m×0.8m×1.5m，高程方向上，装置底部距离布气管0.2m为液体收集区，布气管路到微生物填料层0.1m，微生物填料层高0.8m，微生物填料层顶部至土壤过滤层底部0.1m，土壤过滤层高0.3m，忽略布气管路内径高度。利用本发明工艺生物除臭系统(采用超声波加湿器，在臭气管路内完成加湿过程；两级生物除臭系统的集成设置)除臭。
制作生物过滤塔L×B×H为1.2m×0.8m×1.5m，上部设置喷淋系统，下部设置营养液收集区，营养液循环使用，喷淋系统间接式喷淋，设置填料区高度0.8m。
制作生物滴滤塔L×B×H为1.2m×0.8m×1.5m，上部设置喷淋系统，下部设置营养液收集区，营养液循环使用，喷淋系统持续喷淋，设置填料区高度0.8m。
同时对本实施例以及上述生物过滤塔、生物滴滤塔通入污泥干化所产生的臭气，控制进气量130m3/h，停留时间30s，环境温度为25-32℃，系统连续运行30d。重复做3组平行试验，试验结果去除离散值，取其平均值，收集装置排放的恶臭气体，体采用博睿1080-B便携式恶臭气体检测仪检测，经测定试验结果与《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中一级排放标准对比，结果如表2所示：
表2为本例在相同条件下与同类产品间的运行效果比较
经上述条件运行本发明，运行30d，微生物生长状况良好，系统内各部分运行状态良好，出气浓度符合《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中一级排放标准。同类产品部分排放指标超标，随着系统运行营养液逐渐变黑，并伴有异味产生，微生物活性随着除臭系统的运行越来越低，除臭效果逐渐降低。
以上实施例是对本发明的说明，并非对本发明的限定，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种生物组合协同除臭工艺，其特征在于：臭气在经过加湿后，首先通过微生物填料除臭，所述微生物填料包含腐熟污泥、生物炭、水泥和高炉矿渣，然后再通过土壤除臭，实现两级除臭工艺，所述土壤种植植物，并最终通过土壤除臭系统顶部自由逸散，所述腐熟污泥：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.根据权利要求1所述的一种生物组合协同除臭工艺，所述臭气通过工艺水在超声波雾化后进行加湿，加湿在臭气过滤前完成，加湿后的臭气湿度达到90％以上。
3.根据权利要求1所述的一种生物组合协同除臭工艺，所述臭气的臭味物质包含氨、硫化氢、甲硫醚、三甲胺中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种生物组合协同除臭工艺，所述微生物填料除臭和土壤除臭的两级除臭工艺在同一设备中完成。
5.一种权利要求1-4中的生物组合协同除臭工艺应用的装置，其特征在于：包括除臭箱以及臭气管路和加湿管路；
所述臭气管路一端与臭气来源连通，另一端连接至除臭箱的进气口，所述臭气管路上设有风机；
所述加湿管路并联连接在风机前的除臭管路上，与外部加湿设备连接，对臭气管路中的臭气进行加湿，所述外部加湿设备为超声波加湿器；
所述除臭箱内分为串联的布气层、一级除臭层和二级除臭层，所述布气层与进气口连通，一级除臭层和二级除臭层之间设有间隙层，所述一级除臭层为采用透气板设置的微生物填料层，所述二级除臭层为采用透气板设置的土壤除臭层，所述微生物填料层及土壤除臭层中均培养有吸附、吸收、降解恶臭物质的微生物，臭气从土壤除臭层顶部自由逸散。
6.根据权利要求5所述的一种生物组合协同除臭装置，所述布气层、一级除臭层和二级除臭层在除臭箱内竖向布置，所述除臭箱的底部设有排水管口，所述排水管口设有pH检测仪，所述臭气管路上设有流量计和湿度监测仪。
7.根据权利要求6所述的一种生物组合协同除臭装置，所述布气层内设有布气管，所述布气管的主管与进气口连通，若干支管上设有布气口。
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