CN112870947A - 一种去除堆肥挥发性硫化物的复合式装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置以及利用该装置去除VSCs的方法，所述装置包括NaOH碱液瓶、蠕动泵、循环泵、液体流量计、pH控制器、进气控制阀、气体流量计、紫外臭氧发生器、碱性生物滴滤塔、循环营养液收集槽、液体控制阀、营养液池，所述碱性生物滴滤塔从上至下设有第一塔板、第二塔板和第三塔板，所述各塔板上设有填料，所述第一塔板上设有液体分布器，所述紫外臭氧发生器上部设有循环营养液入口、气体入口，所述循环营养液收集槽左侧设有NaOH碱液入口和循环营养液出口、右侧设有达标气体出口和营养液入口。本发明通过多种除臭手段的配合使用，能够有效去除堆肥产生的挥发性硫化物，经处理后的气体达标排放，VSCs整体去除率可达95％以上。

Description

一种去除堆肥挥发性硫化物的复合式装置
技术领域
本发明涉及环境保护，具体是涉及有机固废产生恶臭气体的处理，特别涉及有机固废堆肥过程中挥发性硫化物等恶臭气体的处理。
背景技术
我国有机固废的年产生量巨大，且具有较强的可生物降解性，其堆置会发生各种复杂的生化反应，若处理不当会污染水体、土壤、大气环境甚至危及人体健康。堆肥是一种有机固废的资源化利用技术，可将有机物转化为稳定、类似腐殖质的物质，最终产物用作有机肥料或土壤改良剂。然而，堆肥过程的生物代谢作用会导致挥发性硫化合物(VSCs)等恶臭污染物的形成，主要包括硫醇(甲硫醇、乙硫醇)、硫化物(硫化氢)、硫醚(甲硫醚、二甲基硫醚)、二硫化物(二甲基二硫醚、二硫化碳)以及其他硫基化合物。VSCs化合物具有检测阈值低和气味活性强的特点，因此即使在非常低的排放浓度下也会产生恶臭污染，是有机废物堆肥过程中释放的主要异味物质。
常用的VSCs处理方法有吸收法、吸附法、催化法、氧化法、中和法和生物法等。而生物法除臭通常由于具有效率高，无二次污染，操作简便，成本低廉等优点，使得其成为近年来处理恶臭气的研究热点。在有效的生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池(BTF)等生物技术中，BTF已成为最受欢迎的气味控制手段之一，因为其通常可以在不占用过多空间的情况下实现较高的污染物去除。虽然BTF能够较为有效的去除恶臭污染物，但其去除性能会受到这些污染物的疏水性、毒性以及低生物利用率的限制。紫外光催化是将臭氧与紫外光辐射结合的一种高级氧化技术，臭氧和紫外光间存在着协同作用，可以利用臭氧在紫外光的照射下分解产生的活泼的次生氧化剂来氧化有害物质。
目前已有的生物滴滤池和紫外光催化除臭技术存在以下不足：一是通常采用水循环系统，水吸收硫化物时会呈偏酸性，随着水循环次数的增加酸度会增强；二是在(Wani,Lau et al.1999)和(RuokojaRvi,Aatamila et al.2000)的研究中观察到生物滴滤池对H2S的优先去除，会对DMDS、DMS、MT等还原性有机硫化物的去除造成干扰，降解净化效果不够理想；三是对依靠填料吸附作用去除的疏水性恶臭气体去除效果较差，如在已授权专利文件CN 201470310 U通过加入无机生物填料实现对疏水性恶臭气体的去除，但其会增加床层堵塞与短流现象的发生，影响系统运行效果，进而影响臭气去除效果；四是紫外臭氧发生器易受环境影响，臭氧发生量不足，处理效果差、效率低。此外，现有的除臭技术中，一般都是采用单一的技术进行除臭，因此有必要开发一种除臭效果良好、可靠性强的复合联用技术。
发明内容
针对现有技术的不足或现实需要，本发明要解决的是有机固废堆肥过程中产生的VSCs造成的恶臭的技术问题。本发明提供一种除臭效果好、可靠性强的碱性生物滴滤器和紫外光催化相结合去除VCSs的装置，采用生物吸附+光催化+化学吸收联用的技术方法对VSCs进行多重去除。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置，其特征在于：包括NaOH碱液瓶、蠕动泵、循环泵、液体流量计、pH控制器、进气控制阀、气体流量计、紫外臭氧发生器、碱性生物滴滤塔、循环营养液收集槽、液体控制阀、营养液池，所述碱性生物滴滤塔从上至下设有第一塔板、第二塔板和第三塔板，所述塔板上设有填料，所述第一塔板上设有液体分布器，所述紫外臭氧发生器上部设有循环营养液入口、气体入口，所述循环营养液收集槽左侧设有NaOH碱液入口和循环营养液出口、右侧设有达标气体出口和营养液入口。
进一步地，所述NaOH碱液瓶连接循环泵，所述循环泵连接循环营养液收集槽和pH控制器，所述循环营养液收集槽连接蠕动泵和液体控制阀，所述液体控制阀连接营养液池，所述蠕动泵连接液体流量计和pH控制器，所述液体流量计连接液体分布器；所述进气控制阀连接气体流量计，所述气体流量计连接紫外臭氧发生器，所述紫外臭氧发生器连接碱性生物滴滤塔，所述碱性生物滴滤塔连接循环营养液收集槽。
进一步地，所述紫外臭氧发生器、碱性生物滴滤塔、循环营养液收集槽三者之间相互连通；
进一步地，所述紫外臭氧发生器为无极放电灯。
进一步地，所述碱性生物滴滤塔为透明有机玻璃塔，内含3层填料，填料层高度200mm-300mm，塔有效体积为10％～15％；，塔有效体积为10％～15％；优选地，第一塔板上的填料为开孔聚氨酯泡沫，优选接种Thiobacillus thioparus；第二塔板上的填料为火山岩，优选接种Thioalkalivibrio；第三塔板上的填料为压碎的陶粒，优选接种Thiomonassp.WZW。
进一步地，第一塔板、第二塔板和第三塔板上均开有若干均匀分布圆孔。
进一步地，通过pH调节器可自动调节循环营养液pH值。
优选地，所述营养液池中的营养液含有0.5g/L KH2PO4，0.5g/L KH2PO4，0.1g/LNH4Cl，0.2g/L MgCl.6H2O，0.2g/L CaCl.2H2O和1mL/L微量元素。
根据所述的去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置在去除堆肥挥发性硫化物的应用。
优选地，待处理的气体从顶部进入紫外臭氧发生器，开启紫外发生器发出的紫外光有效波长为180mm-250mm；而后依次经过碱性生物滴滤塔的第一填料区、第二填料区、第三填料区；经过处理后的气体由塔底部排出；上述过程中，循环液从碱性生物滴滤塔顶部均匀向下喷淋，浸湿填料，而后流入循环液收集槽，再经循环泵作用循环喷淋，期间根据收集槽中循环液的养分含量及pH值，及时从营养液池中打入营养液并通过pH自动控制器从NaOH碱液瓶打入碱液，保持生物滴滤塔塔内温度为10℃-40℃，pH为7.0-9.0，氧气浓度为5％-15％，水分含量为60％-80％。
本发明的优点在于：
本发明采用光催化+生物吸附+化学吸收多重技术对VSCs进行去除，首先经过紫外臭氧发生器光催化区，在高能紫外线辐射下，部分H2S被分解，可减少H2S的优先去除对其他气体的去除造成影响。同时，其能产生大量的臭氧，臭氧对有机物具有极强的氧化作用；在紫外光和臭氧的协同分解氧化作用下，部分挥发性有机硫化物降解转化为H2O、CO2、SO4 2-等低分子化合物或者是转化为水溶性高、生物降解能力强的中间体，降低了生物滴滤池的处理负荷，提高了疏水性气体的去除效率。
本发明中所接种的微生物均为亲碱性硫氧化菌。堆肥中产生的H2S浓度要比其它VSCs浓度要高，所以尽可能优先对其进行去除，减少对其它气体的影响。尽管亲碱性硫氧化菌的活性较低，但在碱性条件下，可增强对H2S的吸收，同时在第一填料区接种的Thiobacillus thioparus对H2S有良好的降解作用，进一步增强对H2S的去除，减少第二、第三填料区H2S对其他VSCs去除的干扰，达到对其他VSCs的良好去除。
本发明采用pH控制装置自动调节循环营养液的pH至7.0-9.0，可有效避免多次循环后循环营养液呈酸性的情况；循环水流也能够为微生物的生长能够输送营养物质，并减少副产物的积累。
本发明采用生物吸附+光催化+化学吸收组合工艺能同时去除多种VSCs，并实现对其的多重去除，同时通过优先去除H2S并将疏水性气体转化为水溶性气体，提高了除臭效率，处理效果优于单一工艺。本发明通过上述的技术手段的配合使用，能够有效去除堆肥挥发性硫化物，经处理后的气体达标排放，VSCs整体去除率可达95％以上。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明一种去除堆肥挥发性硫化物的复合式装置的结构示意图。
其中：1-NaOH碱液瓶、2-蠕动泵、3-循环泵、4-液体流量计、5-pH控制器、6-进气控制阀、7-气体流量计、8-紫外臭氧发生器、9-液体分布器、10-第一填料区、11-第一塔板、12-第二填料区、13-第二塔板、14-第三填料区、15-第三塔板、16-循环营养液收集槽、17-碱性生物滴滤塔、18-液体控制阀、19-营养液池。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释对本发明技术方案的限制。
实施例1
如图1所示，为本发明的一种去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置结构示意图，所述的装置包括NaOH碱液瓶1、蠕动泵2、循环泵3、液体流量计4、pH控制器5、进气控制阀6、气体流量计7、紫外臭氧发生器8、碱性生物滴滤塔17、循环营养液收集槽16、液体控制阀18、营养液池19，所述碱性生物滴滤塔17从上至下设有第一塔板11、第二塔板13和第三塔板15，所述塔板上对应设有第一填料区10、第二填料区12和第三填料区14，所述第一塔板11上设有液体分布器9，所述紫外臭氧发生器8上部左侧设有循环营养液入口、右侧设有气体入口，所述循环营养液收集槽16左侧上部设有NaOH碱液入口、下部设有循环营养液出口、右侧上部设有达标气体出口、下部设有营养液入口。
所述NaOH碱液瓶1连接蠕动泵2，所述蠕动泵2连接循环营养液收集槽16和pH控制器5，所述循环营养液收集槽16连接循环泵3和液体控制阀18、所述液体控制阀18连接营养液池19，所述循环泵3连接液体流量计4和pH控制器5，所述液体流量计5连接液体分布器9；所述进气控制阀6连接气体流量计7，所述气体流量计7连接紫外臭氧发生器8，所述紫外臭氧发生器8连接碱性生物滴滤塔17，所述碱性生物滴滤塔17连接循环营养液收集槽16。
气体从顶部进入紫外臭氧发生器8，而后依次经过第一填料区10、第二填料区12、第三填料区14，VSCs依次被各层填料附着的微生物吸附降解、NaOH碱液吸收；经过处理后出口气体达到国家的排放标准《恶臭污染物排放标准》(GB14554-1993)。
实施例2
使用实施例1的装置对有机固废堆肥中产生的VSCs进行去除，采用顶部进气，底部出气的方式进行除臭。VSCs从进气控制阀6经气体流量计7进入紫外臭氧发生器5，进气量为1～10L/min，进气浓度为0-1000ppm，紫外有效波长180～250nm，在该区域部分VSCs被光催化降解转化低分子化合物。而后经过第一填料区10、第二填料区12、第三填料区14，填料层高度为200mm-300mm，依次填充有开孔聚氨酯泡沫、火山岩、陶粒，并分别接种有Thiobacillus thioparus、Thioalkalivibrio、Thiomonas sp.WZW，三种填料的孔隙率均为40％-80％，可确保气体塞流和低压下降。
循环营养液从碱性生物滴滤塔17顶部的液体分布器9均匀向下喷淋，浸湿填料，为微生物的生长补充营养成分，同时确保反应器内部存在足够的湿度，为气液传质提供良好的条件，并平衡塔内的pH值。采用间歇式喷淋方式进行喷淋，根据所处理气体的温度和湿度、填料持水性能确定喷淋量。而后流入循环营养液收集槽16，再经循环泵3作用循环喷淋。营养液池19中营养液含有0.5g/L KH2PO4，0.5g/LKH2PO4，0.1g/L NH4Cl，0.2g/L MgCl.6H2O，0.2g/L CaCl.2H2O和1mL/L微量元素；NaOH碱液瓶中3定期添加NaOH将pH保持在7.0-9.0。
其中，运行时紫外臭氧发生器照射区发出的紫外光有效波长为180mm-250mm；碱性生物滴滤池内温度为10℃-40℃，pH为7.0-9.0，氧气浓度为5％-15％，水分含量为60％-80％，有效体积为10％～15％，空床停留时间为20s-45s，处理周期为65d，在该区域VSCs被微生物吸附降解及NaOH碱液吸收，经处理后的气体达标排放，VSCs整体去除率可达95％以上。
实施例3
使用实施例1的装置对有机固废堆肥中产生的VSCs进行去除，依据堆肥的升温期、高温期、腐熟期、冷却期分为4个处理阶段。VSCs处理周期为46d，分为4个阶段。阶段I：1-7d，进气量1～10L/min，进气浓度0-2000ppm；阶段II：8-15d，进气量1～10L/min，进气浓度0-1000ppm；阶段III：16-25d，进气量1～5L/min，进气浓度0-500ppm；阶段III：16-25d，进气量1～5L/min，进气浓度0-300ppm。其它条件设置与实施2一致。经处理后的气体达标排放，VSCs整体去除率可达95％以上。
以上仅为本发明的较为最佳的实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术要领的前提下，还可做出若干的的改进和修缮，这些改进和修缮均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种去除堆肥挥发性硫化物的复合式装置，其特征在于：包括NaOH碱液瓶、蠕动泵、循环泵、液体流量计、pH控制器、进气控制阀、气体流量计、紫外臭氧发生器、碱性生物滴滤塔、循环营养液收集槽、液体控制阀、营养液池，所述碱性生物滴滤塔从上至下设有第一塔板、第二塔板和第三塔板，所述塔板上设有填料，所述第一塔板上设有液体分布器，所述紫外臭氧发生器上部设有循环营养液入口、气体入口，所述循环营养液收集槽左侧设有NaOH碱液入口和循环营养液出口、右侧设有达标气体出口和营养液入口；
所述NaOH碱液瓶连接蠕动泵，所述蠕动泵连接循环营养液收集槽和pH控制器，所述循环营养液收集槽连接循环泵和液体控制阀，所述液体控制阀连接营养液池，所述循环泵连接液体流量计和pH控制器，所述液体流量计连接液体分布器；所述进气控制阀连接气体流量计，所述气体流量计连接紫外臭氧发生器，所述紫外臭氧发生器连接碱性生物滴滤塔，所述碱性生物滴滤塔连接循环营养液收集槽。
2.根据权利要求1所述的去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置，其特征在于：紫外臭氧发生器、碱性生物滴滤塔、循环营养液收集槽三者之间相互连通。
3.根据权利要求1所述的去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置，其特征在于：所述紫外臭氧发生器为无极放电灯。
4.根据权利要求1所述的去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置，其特征在于：所述碱性生物滴滤塔为透明有机玻璃塔，填料层高度200mm-300mm，塔有效体积为10％～15％；优选地，第一塔板上的填料为开孔聚氨酯泡沫，优选接种Thiobacillus thioparus；第二塔板上的填料为火山岩，优选接种Thioalkalivibrio；第三塔板上的填料为压碎的陶粒，优选接种Thiomonas sp.WZW。
5.根据权利要求1所述的去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置，其特征在于：第一塔板、第二塔板和第三塔板上均开有若干均匀分布圆孔。
6.根据权利要求1所述的去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置，其特征在于：所述营养液池中的营养液含有0.5g/L KH2PO4，0.5g/L KH2PO4，0.1g/L NH4Cl，0.2g/LMgCl.6H2O，0.2g/L CaCl.2H2O和1mL/L微量元素。
7.根据权利要求1所述的去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置，其特征在于：通过pH调节器可自动调节循环营养液pH值。
8.根据权利要求1至6任一项所述的去除有机固废堆肥挥发性硫化物的复合式装置在去除堆肥挥发性硫化物的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：待处理的气体从顶部进入紫外臭氧发生器，开启紫外发生器发出的紫外光有效波长为180mm-250mm；而后依次经过碱性生物滴滤塔的第一填料区、第二填料区、第三填料区；经过处理后的气体由塔底部排出；上述过程中，循环液从碱性生物滴滤塔顶部均匀向下喷淋，浸湿填料，而后流入循环液收集槽，再经循环泵作用循环喷淋，期间根据收集槽中循环液的养分含量及pH值，及时从营养液池中打入营养液并通过pH自动控制器从NaOH碱液瓶打入碱液，保持生物滴滤塔塔内温度为10℃-40℃，pH为7.0-9.0，氧气浓度为5％-15％，水分含量为60％-80％。
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