CN110523243A - 一种基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的装置及方法 - Google Patents

一种基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的装置与方法，属于废气处理领域。其主要装置有：生物滴滤塔、填料、进气管路及组件、出气管路、气体循环管路及组件、液体循环管路及组件以及pH和溶解氧监测装置。其主要方法为：利用滴滤塔的进气对塔底部循环液曝气以维持较高的溶解氧。利用被滴滤塔过滤后的气体为循环气体以稀释进气恶臭气体，避免当恶臭气体浓度过高对微生物产生抑制。循环液由液体循环泵引入滴滤塔顶部液体喷头使循环液均匀滴在滴滤塔内的填料上，循环液的pH和溶解氧由pH和溶解氧检测仪监控。该系统在处理高进气负荷的恶臭气体时具有稳定高效的运行效果。

Description

一种基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系 统崩溃的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的装置和方法，属于废气处理领域，特别涉及一种生物滴滤塔。
背景资料
城市污水处理厂、造纸厂、炼油厂、垃圾填埋场等在运营过程中会产生大量的恶臭废气，主要包括硫化氢(H2S)和挥发性有机物(VOCs)等恶臭有毒有害成分,会严重污染周围环境。H2S为无色剧毒恶臭气体,其嗅阈值约为0.00143mg/m3,低浓度时就对人体有很大危害；VOCs多为致癌物质,在光照下可引发光化学烟雾，其中含硫的VOCs，如甲硫醇(MT)、二甲基硫醚(DMS)等，嗅阈值低(DMS：1.2ppb，MT：2.4ppb)，严重影响周围环境质量。
生物法废气净化技术是目前大气污染控制领域的研究热点，主要通过附着生长在填料上的微生物的新陈代谢过程，把一部分污染物降解为CO2、水和SO4 2-等，另一部分合成新的微生物细胞质。相比于吸收法、吸附法、催化燃烧法、中和法和氧化法等传统物化法,生物法具有效果好、操作稳定、运行费用低、无二次污染等优势。生物滴滤法是一种介于生物过滤和生物洗涤塔之间的生物处理技术，具有生物量多，反应条件易于控制，净化效率高等优点，特别适合处理大流量、低浓度废气。生物滴滤塔内增设附着微生物生长的填料，为微生物生长提供条件，生物滴滤塔通过从塔顶部向下喷淋含微生物生长所需营养物质的液体，废气进入生物滴滤塔内后，可同时发生吸收和生物降解作用，从而净化废气。微生物生长需要适当的条件，pH值等要求在一定范围内，pH值的调节主要通过循环液来控制。
但用生物法在处理较高浓度的恶臭气体遇到的两个问题是：1.微生物降解恶臭气体成分需要在好氧条件下进行，当恶臭气体浓度较高进气负荷增大，导致微生物消耗循环液中大量的溶解氧，然后气体中的氧气难以快速溶解至循环液中，导致溶解氧浓度降低，使得微生物降解恶臭气体的能力下降。例如在处理H2S时，当循环液中的溶解氧被消耗，H2S的去除效果迅速降低，而H2S在循环液中不断累积，甚至会出现杀死微生物导致系统出现破坏的情况。2.恶臭气体中的某些成分，例如H2S和DMS，具有底物抑制作用，当其浓度较高时(H2S＞200mg/m3，DMS＞20mg/m3)，会抑制微生物的活性，使得系统的处理效率下降。
针对上述的两大问题，本发明所述一种基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的装置和方法，通过利用来气对循环液曝气维持高溶解氧，以及利用出气为循环气对进气进行稀释，从而避免高浓度底物抑制作用的出现，具有稳定高效的特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的装置和方法，利用滴滤塔的进气对塔底部循环液曝气以维持较高的溶解氧。利用被滴滤塔过滤后的气体为循环气体以稀释进气恶臭气体，避免当恶臭气体浓度过高对微生物产生抑制，从而实现高浓度恶臭气体的高效稳定去除。
基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的主要装置有：生物滴滤塔(9)、聚氨酯泡沫填料(10)、进气泵(1)、气体循环泵(16)、液体循环泵(11)以及pH和溶解氧监测装置(8)。恶臭气体源由进气泵(1)及进气管路通过进气口(5)连接生物滴滤塔(9)底部的曝气头(6)。生物滴滤塔顶部的气体循环口(12)由气体循环泵(16)以及气体循环管路通过三通(3)连接到进气管路。滴滤塔底部的出液口(7)由液体循环泵(11)及液体循环管路连接滴滤塔顶部进液口(15)及液体喷头(13)。生物滴滤塔内的装填附着微生物的聚氨酯泡沫(10)填料。pH和溶解氧检测仪(8)的探头通过探头口伸入循环液内部。
进一步说明，滴滤塔循环液中的营养成分如下(g/L)：
KH2PO4,2；K2HPO4,2；NH4Cl,0.4；MgCl2·6H2O,0.2；FeSO4·7H2O,0.01；Na2S2O3·5H2O, 8，其余为水。
基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的装置和方法，包括以下操作步骤：
1)恶臭源的恶臭气体由进气泵(1)收集并经过进气管路运输，与同时来自于生物滴滤塔(9)顶端的由气体循环泵(16)收集的循环气体通过三通(3)混合。根据滴滤塔的有效体积,根据恶臭气体的浓度，通过气体流量计(17)控制循环气体的流量，稀释恶臭气体浓度(H2S≤200mg/m3，甲硫醚≤20mg/m3)，通过气体流量计(4)控制气体在塔内的空床停留时间在5s以上。
2)混合气体通过进气口(5)进入生物滴滤塔底部，通过曝气头(6)实现边进气边对滴滤塔底部的循环液曝气，维持循环液的溶解氧在5mg/L以上。
3)混合气体自滴滤塔底部经过附着微生物的聚氨酯海绵(10)填料层过滤之后，一部分从滴滤塔顶部的出气口(14)排出，一部分从气体循环口(12)与进气混合。
4)循环液由液体循环泵(11)经过液体循环管路连接滴滤塔顶端的液体喷头(13)均匀滴洒在滴滤塔内的聚氨酯泡沫(10)填料上，并自上而下穿过填料层进入塔底。聚氨酯泡沫在滴滤塔内的填充比例为60～90％，比表面积在2000～3000m2/m3，控制循环液的流量在0.3～3.0m3/m2/h。
5)循环液的pH和溶解氧由pH和溶解氧检测仪(8)实时监控，并通过换液口(18) 每5～15天更新循环液。通过投加酸碱试剂和调整进气流量维持循环液的pH在4～9以及溶解氧在5mg/L以上。
综上所述，本发明涉及一种基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的装置和方法，具有以下优点：
1)该系统利用进气对循环液曝气，可以维持循环液具有高溶解氧，使得该系统可以处理高负荷的恶臭物质并获得很高的去除负荷，同时避免了因为污染物无法快速去除在循环液中累积导致系统出现破坏的情况，维护了该系统稳定性和高效性。
2)通过利用循环气体稀释进气中恶臭气体的浓度，使得具有底物抑制作用的物质的浓度得到稀释，从而减少甚至避免了其对微生物活性的抑制作用，使得该系统具有更高的稳定性。
3)该系统架构简单，基建成本低占地面积小且运行操作简单。通过利用进气对循环液曝气充氧，无需额外单独对循环液单独，节约了能源降低了运行成本。
附图说明
图1是本发明装置示意图。
1.进气泵 2.气体流量计 3.三通 4.气体流量计 5.进气口 6.曝气头 7.出液口8.pH 和溶解氧检测仪 9.生物滴滤塔 10.聚氨酯海绵 11.液体循环泵 12.气体循环口13.液体喷头 14.出气口 15.进液口 16.气体循环泵 17.气体流量计 18.换液口
具体实施方式
结合图1，进一步说明本发明的实施方案：
基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的主要装置有：生物滴滤塔(9)、聚氨酯泡沫填料(10)、进气泵(1)、气体循环泵(16)、液体循环泵(11)以及pH和溶解氧监测装置(8)，其特征在于：恶臭气体源由进气泵(1)及进气管路通过进气口(5)连接生物滴滤塔(9)底部的曝气头(6)。生物滴滤塔顶部的气体循环口(12) 由气体循环泵(16)以及气体循环管路通过三通(3)连接到进气管路。滴滤塔底部的出液口(7)由液体循环泵(11)及液体循环管路连接滴滤塔顶部进液口(15)及液体喷头 (13)。生物滴滤塔内的装填附着微生物的聚氨酯泡沫(10)填料。pH和溶解氧检测仪(8) 的探头通过探头口伸入循环液内部。
本试验处理的恶臭气体来自北京市昌平区某镇的城市污水处理厂膜格栅，进水恶臭物质浓度如下：H2S浓度为78.2～230.5mg/m3，MT浓度为8.9～25.5mg/m3，DMS浓度为4～35.0 mg/m3，其他物质的浓度均小于0.5mg/m3。试验所用装置如图1所示，由有机玻璃制成。
具体操作如下：
1)系统启动：将过量的活性污泥倒入含有聚氨酯海绵(10)填料的培养桶中并对其曝气7天，以使足够的生物质附着于聚氨酯海绵(10)，然后转移到生物滴滤塔(9)中。塔底的循环液由液体循环泵(11)通过塔顶部的液体喷头(13)滴洒在聚氨酯泡沫(10) 填料的上方，并自上而下穿过填料层进入塔底。在启动时期的循环液中添加Na2S2O3(8.0 g/L)，使得微生物适应含硫化合物。每天监测循环液的pH，S2O3 2-和SO4 2-浓度。当S2O3 2-浓度降至1.0g/L以下时，排出循环液并加入新的无机盐培养液。保持循环液的pH值在5～7 范围内，温度为30℃。再经过14天之后，去掉循环液中的Na2S2O3，向滴滤塔内通入低浓度的恶臭气体(H2S浓度：10.0～30.0mg/m3，MT浓度：5.0～8.0mg/m3，DMS浓度：2.0～5.0 mg/m3)。启动阶段系统稳定运行30d。
2)恶臭源的恶臭气体由进气泵(1)收集并经过进气管路运输，与同时来自于生物滴滤塔(9)顶端的由气体循环泵(16)收集的循环气体通过三通(3)混合。通过气体流量计(4)控制进气流量为0.5～1.0m3/h,通过气体流量计(17)控制循环气体的流量为 0.5～1.0m3/h，空床停留时间在10～30s以内。
3)混合气体通过进气口(5)进入生物滴滤塔底部，通过曝气头(6)对滴滤塔底部的循环液曝气，维持循环液的溶解氧在5mg/L以上。
4)混合气体自滴滤塔底部经过附着微生物的聚氨酯海绵(10)填料过滤之后，一部分从滴滤塔顶部的出气口(14)排出，一部分从气体循环口(12)与进气混合。聚氨酯泡沫在滴滤塔内的填充比例为85％，比表面积在2500m2/m3，循环液的流量在1.2m3/m2/h。
5)循环液由液体循环泵(11)经过液体循环管路连接滴滤塔顶端的液体喷头(13)均匀滴洒在滴滤塔内的聚氨酯泡沫(10)填料上，并自上而下穿过填料层进入塔底。
6)循环液的pH和溶解氧由pH和溶解氧检测仪(8)监控，通过换液口(18)对循环液进行定期更换。维持循环液的pH在4～9以及溶解氧在5mg/L以上。同时手动检测循环液的SO4 2-的浓度在2.0g/L以内。每10天更新一遍循环液。
试验结果表明：系统运行稳定后，出气H2S、MT和DMS浓度均小于0.5mg/m3。
/L以上。同时手动检测循环液的SO4 2-的浓度在2.0g/L以内。每10天更新一遍循环液。
试验结果表明：系统运行稳定后，出气H2S、MT和DMS浓度均小于0.5mg/m3。

Claims (2)

1.一种基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的主要装置有：生物滴滤塔(9)、聚氨酯泡沫填料(10)、进气泵(1)、气体循环泵(16)、液体循环泵(11)以及pH和溶解氧监测装置(8)，其特征在于：恶臭气体源由进气泵(1)及进气管路通过进气口(5)连接生物滴滤塔(9)底部的曝气头(6)；生物滴滤塔顶部的气体循环口(12)由气体循环泵(16)以及气体循环管路通过三通(3)连接到进气管路；滴滤塔底部的出液口(7)由液体循环泵(11)及液体循环管路连接滴滤塔顶部进液口(15)及液体喷头(13)；生物滴滤塔内的装填附着微生物的聚氨酯泡沫(10)填料；pH和溶解氧检测仪(8)的探头通过探头口伸入循环液内部。
2.应用如权利要求1所述装置基于实时控制的优化运行策略并防止污水处理厂除臭系统崩溃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)恶臭源的恶臭气体由进气泵(1)收集并经过进气管路运输，与同时来自于生物滴滤塔(9)顶端的由气体循环泵(16)收集的循环气体通过三通(3)混合；根据滴滤塔的有效体积,根据恶臭气体的浓度，通过气体流量计(17)控制循环气体的流量，稀释恶臭气体浓度使得硫化氢≤200mg/m3，甲硫醚≤20mg/m3；通过气体流量计(4)控制气体在塔内的空床停留时间在5s以上；
2)混合气体通过进气口(5)进入生物滴滤塔底部，通过曝气头(6)实现边进气边对滴滤塔底部的循环液曝气，维持循环液的溶解氧在5mg/L以上；
3)混合气体自滴滤塔底部经过附着微生物的聚氨酯海绵(10)填料层过滤之后，一部分从滴滤塔顶部的出气口(14)排出，一部分从气体循环口(12)与进气混合；
4)循环液由液体循环泵(11)经过液体循环管路连接滴滤塔顶端的液体喷头(13)均匀滴洒在滴滤塔内的聚氨酯泡沫(10)填料上，并自上而下穿过填料层进入塔底；聚氨酯泡沫在滴滤塔内的填充比例为60～90％，比表面积在2000～3000m2/m3，控制循环液的流量在0.3～3.0m3/m2/h；
5)循环液的pH和溶解氧由pH和溶解氧检测仪(8)实时监控，并通过换液口(18)每5～15天更新循环液；通过投加酸碱试剂和调整进气流量维持循环液的pH在4～9以及溶解氧在5mg/L以上。
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