CN109821400A - 一体化屋顶废气处理植物床 - Google Patents

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张太平
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Abstract

本发明提出了一种一体化屋顶废气处理植物床，包括反应槽，所述反应槽内设有由上向下的水处理路线和由下向上的气处理路线，所述反应槽底部铺设有排水部，所述排水部的上方顺次设有通气部、吸胀部、隔层及植被层，植被层上部铺设有灌溉层，所述反应槽内安装有传感装置，所述传感装置与整体管路的控制系统连接。一体化屋顶绿化及废气处理植物床进水与排水系统、进气系统、生态滤料植物床的组成结构构建完成后，可以很好的完成对臭气和废水的生物净化工作，减少化学成分的参加，形成绿色环保的生态链；设计景观，种植植物，形成灌草层植物配置，抚育一段时间后，达到良好的景观效果。

Description

一体化屋顶废气处理植物床
技术领域
本发明涉及废水废气处理领域，特别是指一种一体化屋顶废气处理植物床。
背景技术
对于海绵城市的研究、开发与应用，西方发达国家较典型的主要有美国的最佳管理措施(BMP)及低影响开发(LID)体系、澳大利亚的水敏感城市设计(WSUD)、英国的可持续排水系统(SUDS)、新西兰的低影响城市设计和开发(LIUDD)等。我国近年来在海绵城市的相关研究及应用，也开展了大量的技术研究与工程应用工作，在全国多个城市开展了相关措施的建设，屋顶绿化作为海绵城市工程的重要方面也受到普遍关注，将海绵城市工程措施的屋顶绿化与废气净化集成为一体化设施尚无先例。
同时，其他国也在致力于研究开发新的除臭技术，如瑞典研发的离子净化系统与新型脱臭剂，可被用于办公大厅等人流密集的场合以去除空气中的有害物质和臭气分子。美国与荷兰等国家使用过滤除臭技术处理挥发性有机物，有毒气体和恶臭时，去除率高达90％。国内的生物除臭方面的研究起步于20世纪90年代，经过发展之后，主要研究方向有普通生物滤池和生物滴滤池方面。以广东省为例，生物滤池常用于污水厂和给水厂的除臭中。广州猎德污水处理厂中处理单元沉砂池即使用了生物滤池除臭技术来处其产生的臭气，经处理后，硫化氢和氨气浓度大大减小，满足国家标准。另有珠海则吉大水质净化厂扩建工程除臭生物滤池系统，该系统已投放使用数年，效果稳定，除臭效果达到国家标准。目前我国对于生物除臭技术仍在探索和研究阶段，随着各类技术的进一步成熟和经济的发展，相信生物除臭技术会有更多应用的领域和更好的发展前景。生物除臭技术的关键是填料选择及如何提高其持续高效和耐受能力，固定化微生物技术在污染物生物处理技术中逐渐被应用，但在废气处理中尚未被应用。
发明内容
本发明提出一种一体化屋顶废气处理植物床，解决了现有技术中的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一体化屋顶废气处理植物床，包括反应槽，所述反应槽内设有由上向下的水处理路线和由下向上的气处理路线，所述反应槽底部铺设有排水部，所述排水部的上方顺次设有通气部、吸胀部、隔层及植被层，植被层上部铺设有灌溉层，所述反应槽内安装有传感装置，所述传感装置与整体管路的控制系统连接。
作为本发明的优选方案，所述灌溉层包括阵列连接并铺设在植被层上表面的灌溉式喷头，灌溉层与污水输入端连接。
作为本发明的优选方案，所述污水输入端与所述灌溉层的衔接管设有溢流管。
作为本发明的优选方案，所述植被层包括上层的植物及植物下方的树皮层以及土壤层。
作为本发明的优选方案，所述隔层包括阵列有通孔的钢板以及钢板上铺设的陶粒层，所述陶粒层内设有陶粒和椰糠。
作为本发明的优选方案，所述吸胀部包括吸胀层，所述吸胀层内设有经过微生物过的环保球，所述环保球设有蜂窝式孔径结构。
作为本发明的优选方案，所述通气部包括通气管路层，所述通气管路层内阵列有将臭气向上方喷出的曝气头。
作为本发明的优选方案，所述排水部包括有排水管路层，所述排水管路层吸收上方下渗的水，所述排水管路层连接有排水阀。
作为本发明的优选方案，所述传感装置包括压力传感装置，流量传感器及湿度传感器。
作为本发明的优选方案，所述湿度传感器安装在植被层中，所述流量传感器安装在灌溉层中。
有益效果:
本发明将其与废气处理相结合，构建多功能一体化屋顶绿化及废气处理生态滤床。通过对生态滤床的结构设计与微生物固定化技术，实现废气净化的生物强化过程与废气的高效处理，为环境应用领域开展集成创新技术，是一种新型的废气生物处理技术。生物技术由于其对环境友好、不产生二次污染物、节省能源的特点在各类除臭方法中独树一帜。生物除臭技术经过一段时间的发展，现已在国内外得到了广泛的应用，比较具有代表性的是日本Ohta et al在动物粪便中筛选出了特定的除臭微生物，在厨房垃圾除臭领域培养该类除臭微生物，发现垃圾中的恶臭能在短时间内被快速去除，且在未经处理的垃圾中检出的聚苯乙烯和低分子脂肪酸等有机物恶臭成分，经添加微生物处理后，均未检出，这显然为臭气处理提供了宝贵的经验。
本发明提出了一种一体化屋顶废气处理植物床，包括反应槽，所述反应槽内设有由上向下的水处理路线和由下向上的气处理路线，所述反应槽底部铺设有排水部，所述排水部的上方顺次设有通气部、吸胀部、隔层及植被层，植被层上部铺设有灌溉层，所述反应槽内安装有传感装置，所述传感装置与整体管路的控制系统连接。一体化屋顶绿化及废气处理植物床进水与排水系统、进气系统、生态滤料植物床的组成结构构建完成后，可以很好的完成对臭气和废水的生物净化工作，减少化学成分的参加，形成绿色环保的生态链；设计景观，种植植物，形成灌草层植物配置，抚育一段时间后，达到良好的景观效果。
近年来海绵城市的发展，促进了屋顶绿化的建设，本发明将其与废气处理相结合，构建多功能一体化屋顶绿化及废气处理生态滤床。通过对生态滤床的结构设计与微生物固定化生物强化技术，实现废气净化的生物强化过程与废气的高效处理，为环境应用领域开展集成创新。本发明在污水处理厂臭气、堆肥车间及垃圾中转站臭气、食品及饲料加工厂生产车间臭气、厨房油烟废气处理等领域具有广泛应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明剖面结构示意图。
图中，反应槽1，灌溉层2，植物层3，溢流管4，树皮层5，土壤层6，陶粒层7，吸胀层8，通气管路层9，曝气头10，排水管路层11。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一、构建一体化屋顶绿化及废气处理生态滤床基本组成结构。包括进水与排水系统、进气系统、生态滤料植物床(即生态滤床)。进水与排水系统根据生态滤床湿度及水量要求，设计管径及开孔；进气系统根据生态滤床厚度、处理效率及排放标准设计开孔及进气量；生态滤床根据
废气排放标准要求及废气停留时间，设计填料种类及填料床厚度；设计植物床的植物配置与景观。
二、一体化屋顶绿化及废气处理生态滤床的填料选择与微生物强化。包括植物床根系生态土壤层生物强化、陶粒层专性微生物强化、环保球载体层专性微生物固定化。
1植物床根系生态土壤层生物强化
选择合适的植物种类，包括冠层植物长春花、蓝草花等，草本层植物地毯草、狗牙根等，构建屋顶绿化的植被层，设计优美景观。植被层的种植基选用秸秆堆肥、药渣生物炭、珍珠岩、蛭石等，并确定合适的比例。药渣生物炭经改性后具有良好的微孔结构与吸附性能，与以上材料一起成为微生物的良好载体与培养基。采集除臭生物滤塔滤料样品，筛选分离有机废气处理高效菌群包括芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、酵母菌、放线菌等多种高活性微生物菌群，经扩大培养后制成菌粉，按一定比例掺入植物床种植基，构建废气处理生物强化生态土壤层，实现对废气中的VOC、油脂等成分的高效去除。
2陶粒层专性微生物强化
生态滤床采用陶粒作为中间层，由一定粒径的陶粒混合一定比例的碳酸钙沙砾组成。以椰糠做载体，接种由酸性矿山及含硫温泉中分离提取的氧化硫硫杆菌与硫化细菌，拌入陶粒层，达到对废气中硫化氢的高效强化去除，并实现酸化过程的缓冲。
3环保球载体层专性微生物固定化
废气从生态滤床底部首先通入环保球载体层，由于常规的环保球的疏水性，微生物不易挂膜，启动缓慢，对废气的处理效率较低，本发明选用专有的蜂窝状环保球，并对环保球载体层实施微生物固定化处理。首先筛选分离硝化细菌与反硝化细菌，扩大培养为高浓度菌液；然后将80℃溶解的10-15％(质量分数)聚乙烯醇(PVA)和3-5％(质量分数)海藻酸钠(CA)溶液混合均匀,待其冷却后和菌液混合搅匀,倒入盛有pH7.4饱和硼酸溶液的容器中,将容器浸没于冰浴缸中,然后将冰浴液由控制好一定转速的蠕动泵灌注至蜂窝状环保球中。微生物固定化在环保球中，但不影响通气，大大提高了废气中氨氮的去除。
根据目标废气及其污染物种类、排放达标要求，确定风量与停留时间，接入废气。进入生物填料孔隙网中，附着在生物填料上的微生物对气体中有害物质进行吸附分解，通过三层不同的微生物强化生物填料，多种不同微生物分别吸收分解废气中不同有害物质，达到对污染物的分层分级处理；植物根系吸收水中及填料中吸附的污染物质，使污染物得到进一步净化；植物茎叶又能吸收和净化气体中CO2和余下有害物质，使废气得到较为彻底净化除臭，污染物去除率达到98％，达标排放；植物同时制造有机物营养物质，达到对整个生态滤床生态系统的自我维持。
(1)废气首先通过生态滤床底部环保球载体层，在固定化微生物基质中硝化细菌与反硝化细菌等的作用下，废气中的氨氮首先被去除，部分易溶于水的小分子物质同时被去除。
(2)然后废气通过中间层的陶粒层，由于陶粒及椰糠等的吸附作用，以及硫化细菌、硫杆菌等的作用，硫化氢、硫醇等臭味物质被吸附，并发生转化，达到去除效果。
(3)最后，废气通过两个填料层后残留的有机物及其他成分，进入生态土壤层，在该层填料中存在的丰富微生物种类及植物的作用下，得到吸附降解去除；包括部分二氧化碳在植物的作用下也被吸收，制造成植物及土壤层的营养物质，用于维持三个填料层微生物生存，同时达到温室气体减排的作用。
实施例1
如图1所示，一体化屋顶废气处理植物床，包括反应槽1，反应槽1内设有由上向下的水处理路线和由下向上的气处理路线，反应槽1底部铺设有排水部，排水部的上方顺次设有通气部、吸胀部、隔层及植被层，植被层上部铺设有灌溉层2，反应槽内安装有传感装置，传感装置与整体管路的控制系统连接。控制系统包括控制电路和供电电路，为现有技术，具体结构不赘述。
灌溉层2包括阵列连接并铺设在植被层上表面的灌溉式喷头，灌溉层2与污水输入端连接。
污水输入端与所述灌溉层2的衔接管设有溢流管4。
植被层包括上层的植物及植物下方的树皮层5以及土壤层。
隔层包括阵列有通孔的钢板以及钢板上铺设的陶粒层7，陶粒层7内设有陶粒和椰糠。
吸胀部包括吸胀层8，吸胀层8内设有经过微生物过的环保球，环保球设有蜂窝式孔径结构。
通气部包括通气管路层9，通气管路层9内阵列有将臭气向上方喷出的曝气头10。
排水部包括有排水管路层11，排水管路层11吸收上方下渗的水，排水管路层11连接有排水阀。
传感装置包括压力传感装置，流量传感器及湿度传感器。
湿度传感器安装在植被层中，所述流量传感器安装在灌溉层中。
实施例2
本实施例提供一种一体化屋顶绿化及废气处理生态滤床生物强化技术，包括以下步骤：
(1)首先设计构建一体化屋顶绿化及废气处理植物床的进水与排水系统、进气系统、生态滤料植物床的框架结构。按2.5-3.5m2/m3用地面积与废气之比进行设计安装，填料层厚度约60cm，废气通过速度约5-10mm/s，废气与填料层接触时间为50-100s。
(2)其次，在生态滤床底部铺填固定化微生物环保球载体，厚度约20cm。具体方法为：首先筛选分离硝化细菌与反硝化细菌，扩大培养为高浓度菌液；然后将80℃左右溶解的10-15％(质量分数)聚乙烯醇(PVA)和3-5％(质量分数)海藻酸钠(CA)溶液混合均匀,待其冷却后和菌液混合搅匀,倒入盛有pH7.4饱和硼酸溶液的容器中,将容器浸没于冰浴缸中；然后将冰浴液由控制好一定转速的蠕动泵灌注至蜂窝状环保球中。
(3)然后，在环保球载体上放置镂空不锈钢隔板，在其上铺设陶粒层，厚度约20cm。在陶粒层中参杂微生物接种的椰糠约占陶粒层用量的1/5，硫化细菌、硫杆菌经筛选分离并驯化培养后，接种量约1*108/g椰糠。
(4)在然后，在陶粒层以上铺设生态土壤层，厚度约20cm。选用秸秆堆肥、药渣生物炭、珍珠岩、蛭石等作为生态土壤层的填料，其中接种有效微生物菌群包括芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、酵母菌、放线菌等，接种量约5*108/g填料。
(5)最后，在生态土壤层中种植灌木与草本植物，包括冠层植物长春花、蓝草花等，草本层植物地毯草、狗牙根等，以地毯草为主，约占总面积的80％。
实施例3
本实施例与实施例2基本相同，其不同之处在于：
(1)填料层厚度约45cm。
(2)固定化微生物环保球载体层厚度约15cm。
(3)中间铺设陶粒层厚度约15cm。
(4)生态土壤层厚度约15cm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一体化屋顶废气处理植物床，包括反应槽(1)，其特征在于，所述反应槽(1)内设有由上向下的水处理路线和由下向上的气处理路线，所述反应槽(1)底部铺设有排水部，所述排水部的上方顺次设有通气部、吸胀部、隔层及植被层，植被层上部铺设有灌溉层(2)，所述反应槽内安装有传感装置，所述传感装置与整体管路的控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一体化屋顶废气处理植物床，其特征在于，所述灌溉层(2)包括阵列连接并铺设在植被层上表面的灌溉式喷头，灌溉层(2)与污水输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一体化屋顶废气处理植物床，其特征在于，所述污水输入端与所述灌溉层(2)的衔接管设有溢流管(4)。
4.根据权利要求1所述的一体化屋顶废气处理植物床，其特征在于，所述植被层包括上层的植物及植物下方的树皮层(5)以及土壤层。
5.根据权利要求1所述的一体化屋顶废气处理植物床，其特征在于，所述隔层包括阵列有通孔的钢板以及钢板上铺设的陶粒层(7)，所述陶粒层(7)内设有陶粒和椰糠。
6.根据权利要求1所述的一体化屋顶废气处理植物床，其特征在于，所述吸胀部包括吸胀层(8)，所述吸胀层(8)内设有经过微生物过的环保球，所述环保球设有蜂窝式孔径结构。
7.根据权利要求1所述的一体化屋顶废气处理植物床，其特征在于，所述通气部包括通气管路层(9)，所述通气管路层(9)内阵列有将臭气向上方喷出的曝气头(10)。
8.根据权利要求1所述的一体化屋顶废气处理植物床，其特征在于，所述排水部包括有排水管路层(11)，所述排水管路层(11)吸收上方下渗的水，所述排水管路层(11)连接有排水阀。
9.根据权利要求1所述的一体化屋顶废气处理植物床，其特征在于，所述传感装置包括压力传感装置，流量传感器及湿度传感器。
10.根据权利要求9所述的一体化屋顶废气处理植物床，其特征在于，所述湿度传感器安装在植被层中，所述流量传感器安装在灌溉层中。
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