CN113578011A - 一种恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统及方法，本发明所述气体净化系统内发生以下反应过程以实现臭气的高效去除：UV光解区内紫外光产生臭氧来恒温氧化臭气中的有机污染物；生物降解区内恶臭物质被附有营养物质的循环水和降解填料层表面的微生物所吸附、降解；生物氧化区内液相污染成分被栖息在氧化填料层上的微生物细胞膜吸收并通过一系列酶促反应与氧结合生成水和二氧化碳等无机物。相比于现有技术的臭气处理方法，本发明所述的气体净化系统经多区域依次恒温氧化降解后，臭气中的多组分有害物质净化效果明显，恒温处理可抵御北方地区冬季天气的影响，结构紧凑且占地面积小，多组分臭气的处理效率可达95%~99%，不产生二次污染。

Description

一种恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统及方法

技术领域

本发明涉及一种恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统及方法，属于生物除臭技术领域。

背景技术

随着当今社会的不断发展，人民生活质量不断提高的同时，越来越多的环境问题也引发了公众的不断关注，其中恶臭污染问题已经严重影响到人们的生活。越来越多的国家相继出台了相应的法律法规以应对日益严重的恶臭污染问题，恶臭的有关定义在中国《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中被明确给出，“恶臭（odors）污染物”是指一切可以引发人体不愉快、刺激嗅觉器官并能够危害人类生产、生活环境的污染物质，其中明确规定了恶臭污染物及臭气浓度等排放标准，随后国家环保局制定了《大气污染物综合排放标准》（GB16297-96）以及有关污染源排放的补充说明。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）也规定了大气污染物排放标准。

目前恶臭气体常见的处理方法有物理法、化学法、燃烧法、离子法和生物法。其中生物法是利用自然界微生物降解恶臭物质而自然除臭，其原理是使收集的恶臭气体在适宜条件下通过布满微生物的固体载体被填料吸收并被微生物氧化分解。生物法由于所需设备简单、运转费用低、低能耗、管理维护方便以及能避免二次污染等优点，成为国内外除臭技术领域研究的重点。但生物法运行方式较为单一，易受组分变化和外界环境温度的影响，对多组分恶臭气体的除臭效率和效果都难以满足要求。

因此，基于这些问题，本发明提供了一种恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统及方法，依次对多组分恶臭气体进行恒温降解氧化，从而大大提高了除臭效率和净化效果。

发明内容

为了解决现有技术运行方式较为单一，易受组分变化和外界环境温度的影响以及对多组分恶臭气体的除臭效果不佳的问题，本发明提供了一种恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统及方法，可以使多组分臭气的处理效率达到95%~99%。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明所采取的技术方案如下。

一种恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，包括：生物降解区，所述生物降解区由下而上依次包括第一静压配气区、第一UV光解区、降解填料承托层、降解填料层、第一出气口、第一喷淋系统，所述第一静压配气区底部与循环储水区相连，第一静压配气区侧边与第一进气管相连，所述第一喷淋系统与第一进水管相连；UV光解区，所述UV光解区包括第一UV光解区和第二UV光解区，所述第一UV光解区由两组UV光解部件组成，所述第二UV光解区由三组UV光解部件组成，所述UV光解部件主体部分由平行等距布置的2根紫外灯灯管组成；生物氧化区，所述生物氧化区由下而上依次包括第二静压配气区、第二UV光解区、氧化填料承托层、氧化填料层、第二喷淋系统、第二出气口，所述生物氧化区通过与第一出气口相连的第一出气管与生物降解区相通，所述第二静压配气区底部与循环储水区相连，所述第二喷淋系统与第二进水管相连，所述生物氧化区顶部与第二出气口相连；循环储水区，所述循环储水区通过两个竖置过滤器从左到右依次分隔为第一补水区、排水区和第二补水区，所述第一补水区的输入端与补水管相连，输出端与第二进水管相连，所述排水区与第一静压配气区和第二静压配气区通过排水管相连，所述第二补水区的输出端与第一进水管相连；所述补水管上安装有补水阀，所述第一进水管上安装有第一进水泵，循环水经与第一进水管相连的第一喷淋系统进入到生物降解区；所述第二进水管上安装有第二进水泵，循环水经与第二进水管相连的第二喷淋系统进入到生物氧化区。

按照上述技术方案，所述降解填料层由多孔性无机惰性材料填充而成，所述氧化填料层由复合性有机填料填充而成，填料层厚度设置为1.0~1.5m。

按照上述技术方案，所述填料承托层固定在装置内壁，其上均匀分布有3~5mm的圆形小孔，所述填料承托层与UV光解部件接触部分不设小孔。

按照上述技术方案，所述喷淋系统的喷淋量与进入第一进气管的进气量的比例选取为10~50:1。

按照上述技术方案，所述第一进气管上设有单向阀。

按照上述技术方案，所述紫外灯灯管前设有前置过滤网。

按照上述技术方案，所述紫外灯灯管选取能发射峰值在185nm和254nm特定波长的紫外线光束的灯管。

按照上述技术方案，所述第一静压配气区的底部设置为自右向左倾斜，所述第二静压配气区的底部设置为自左向右倾斜。

按照上述技术方案，所述第一排水管和第二排水管分别安装在第一静压配气区和第二静压配气区底部，形状为横放的S型弯管，与排水区相连。

按照上述技术方案，所述第一补水区和排水区以及排水区和第二补水区中间各设有一个竖直放置的过滤器，负责过滤排入排水区的循环水，从而达到循环使用的目的。

按照上述技术方案，所述第一补水区和第二补水区内各设有一组高、低水位计，所述高、低水位计、第一进水泵和第二进水泵与补水阀联动控制，组成自控系统，实现了定期换水、连续喷淋的目的。

采用以上所述技术方案的气体净化系统的方法，包括以下步骤。

1）气体净化系统启动时，多组分恶臭气体经第一进气管进入气体净化系统内部，先经过第一UV光解区的恒温氧化预处理。

2）经第一UV光解区处理后的臭气通过圆形小孔向上飘至生物降解区，气体中的恶臭物质被附有营养物质的循环水和降解填料层表面的微生物所吸附、降解。

3）经生物降解区处理后的臭气通过与第一出气口相连的第一出气管进入第二静压配气区，同样经过第二UV光解区的恒温氧化预处理。

4）经第二UV光解区处理后的臭气通过圆形小孔向上飘至生物氧化区，液相污染成分被栖息在氧化填料层上的微生物细胞膜吸收并通过一系列酶促反应与氧结合生成水和二氧化碳等无机物，最终通过第二出气口排出。

本发明具有如下有益效果。

1. UV光解区作为紫外光氧化处理区域，不仅能利用产生的臭氧氧化裂解恶臭气体中的有机污染物，还能利用紫外灯灯管运行时释放的热量来恒定装置内的温度，防止北方地区冬季外界环境温度过低对除臭效果造成影响，从而达到恒温处理的效果。

2. 生物降解区和生物氧化区作为生物处理区域，选择接种不同的微生物菌种，使装置对多组分恶臭气体的适应范围更广，加强了装置对多组分恶臭气体的高效去除效果。

3. 两套喷淋系统的依次循环加湿既保证了填料所需的含湿量，同时也为附着在填料生物膜上的微生物提供了良好的生存环境。

4. 循环储水区加强了对循环水的重复利用率，同时紧凑型的布局极大地节省了占地面积，缩减了运行成本。其中自控系统的实时控制也实现了装置的自动化运行。

附图说明

图1为本发明实施例中恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中UV光解部件的结构示意图。

图中：1-第一进气管；2-单向阀；3-第一静压配气区；4-第一UV光解区；401-支撑框架；402-联结网；403-紫外灯灯管；404-电线盒；405-电源线；406-外置把手；5-降解填料承托层；6-降解填料层；7-第一出气口；8-第一出气管；9-第二静压配气区；10-第二UV光解区；11-氧化填料承托层；12-氧化填料层；13-第二出气口；14-补水管；15-补水阀；16-第一补水区；17-第一过滤器；18-排水区；19-第二过滤器；20-第二补水区；21-第一进水管；22-第一进水泵；23-第一喷淋系统；24-第一排水管；25-第二排水管；26-第二进水管；27-第二进水泵；28-第二喷淋系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例：一种恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统。如图1和图2所示，包括生物降解区，UV光解区，生物氧化区和循环储水区。所述生物降解区由下而上依次包括第一静压配气区3、第一UV光解区4、降解填料承托层5、降解填料层6、第一出气口7、第一喷淋系统23；所述第一静压配气区3底部与循环储水区相连，第一静压配气区3侧边与第一进气管1相连；所述第一喷淋系统23与第一进水管21相连。所述UV光解区包括第一UV光解区4和第二UV光解区10；所述第一UV光解区4由两组UV光解部件组成；所述第二UV光解区10由三组UV光解部件组成；所述UV光解部件主体由平行等距布置的2根紫外灯灯管403组成；所述紫外灯灯管403凭借联结网402等距布置在支撑框架401内。所述生物氧化区由下而上依次包括第二静压配气区9、第二UV光解区10、氧化填料承托层11、氧化填料层12、第二喷淋系统28、第二出气口13；所述生物氧化区通过与第一出气口7相连的第一出气管8与生物降解区相通；所述第二静压配气区9底部与循环储水区相连；所述第二喷淋系统28与第二进水管26相连。所述生物氧化区顶部与第二出气口13相连。循环储水区，所述循环储水区通过两个竖置过滤器从左到右依次分隔为第一补水区16、排水区18和第二补水区20，所述第一补水区16的输入端与补水管14相连，输出端与第二进水管26相连，所述排水区18与第一静压配气区3和第二静压配气区9通过排水管相连，所述第二补水区20的输出端与第一进水管21相连；所述补水管14上安装有补水阀15，所述第一进水管21上安装有第一进水泵22，循环水经与第一进水管21相连的第一喷淋系统23进入到生物降解区；所述第二进水管26上安装有第二进水泵27，循环水经与第二进水管26相连的第二喷淋系统28进入到生物氧化区。

结合图1和图2，本实施例提供了一种恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统及方法，采用实施例所述的气体净化系统的方法，包括以下步骤。

1）气体净化系统启动时，多组分恶臭气体经第一进气管1进入第一静压配气区3，先经过第一UV光解区4的恒温氧化预处理。

2）经第一UV光解区4处理后的臭气通过圆形小孔向上飘至生物降解区，气体中的恶臭物质被附有营养物质的循环水和降解填料层6表面的微生物所吸附、降解。

3）经生物降解区处理后的臭气通过与第一出气口7相连的第一出气管8进入第二静压配气区9，同样经过第二UV光解区10的恒温氧化预处理。

4）经第二UV光解区10处理后的臭气通过圆形小孔向上飘至生物氧化区，液相污染成分被栖息在氧化填料层12上的微生物细胞膜吸收并通过一系列酶促反应与氧结合生成水和二氧化碳等无机物，最终通过第二出气口13排出。

工作原理：如图1和图2所示，待处理的恶臭气体自第一进气管1进入第一静压配气区3，第一进气管1可以但不限于采用不锈钢或玻璃钢等耐腐蚀管材。臭气先经过第一UV光解区4的臭氧氧化预处理后，通过降解填料承托层5上均匀分布的5mm圆形小孔均匀布气后向上飘至降解填料层6，降解填料层6的厚度设为1.2m，当臭气通过附有生物膜的降解填料层6时，气体中的恶臭物质被附有营养物质的循环水和填料表面的微生物所吸附、降解。同时，第一喷淋系统23向下持续喷淋雾化水，喷淋水在重力的作用下在降解填料层6内向下移动，同时与向上的臭气充分接触，第一喷淋系统的喷淋量与进入第一进气管的进气量的比例选取为20:1，雾化喷淋水的存在大大提高了臭气的加湿效果，不仅利于保证臭气的相对湿度和填料的含湿量，而且有助于附着在降解填料层6上微生物菌群的生存。经过生物降解区初步处理后的臭气通过与第一出气口7相连的第一出气管8进入第二静压配气区9，进入第二静压配气区9的臭气同样先经过第二UV光解区10的臭氧氧化预处理，通过氧化填料承托层11上均匀分布的5mm圆形小孔均匀布气后向上飘至氧化填料层12。氧化填料层12的厚度设为1.2m，在臭气向上移动过程中，第二喷淋系统28向下持续喷淋雾化水，第二喷淋系统的喷淋量与进入第一进气管的进气量的比例选取为20:1，恶臭成分溶解在氧化填料层12内的填料表面的水膜中，臭气发生液化成为液相分子或离子，液相污染成分可被微生物利用为自身需所的碳源或氮源、吸附并吸收后摄入细胞内；微生物胞外酶的溶解作用可使大分子物质裂解，通过主动运输、被动运输或基团转位三种方式吸收利用裂解而来的小分子物质；微生物体内的污染物质通过一系列酶促反应与氧结合生成水和二氧化碳等无机物。经过UV光解区的恒温氧化处理以及生物降解区和生物氧化区不同类型的微生物菌种依次氧化降解后，臭气中的多组分有害物质净化效果明显，多组分臭气的处理效率可达95%~99%，不产生二次污染。

需要说明的是，降解填料层6和氧化填料层12中的填料无需更换、运行管理容易。降解填料层6由多孔性无机惰性材料填充而成，氧化填料层12由复合性有机填料填充而成。优选的，多孔性无机惰性材料为多孔陶瓷、活性炭、硅藻土、多孔空心球中的一种或多种组合。复合性有机填料为炭质吸附材料、椰丝、玉米芯、花生壳、泥炭土、树皮、木屑中的一种或多种组合。降解填料层6和氧化填料层12的上方分别设有一套喷淋系统，通过喷淋系统可连续性的分别向降解填料层6和氧化填料层12喷洒循环水，用以构造适当的微生物菌群生存环境，使筛选出的微生物菌种达到高效且稳定去除难降解物质的最佳除臭效果，保证最佳的生物填料层工作状态。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细的说明，但是不表示本发明的具体实施是局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的思想和技术前提下，还可以做出若干简单推演或是替换，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统及方法，其特征在于，所述气体净化系统包括：

生物降解区，所述生物降解区由下而上依次包括第一静压配气区、第一UV光解区、降解填料承托层、降解填料层、第一出气口、第一喷淋系统，所述第一静压配气区底部与循环储水区相连，第一静压配气区侧边与第一进气管相连，所述第一喷淋系统与第一进水管相连；

UV光解区，所述UV光解区包括第一UV光解区和第二UV光解区，所述第一UV光解区由两组UV光解部件组成，所述第二UV光解区由三组UV光解部件组成，所述UV光解部件主体部分由平行等距布置的2根紫外灯灯管组成；

生物氧化区，所述生物氧化区由下而上依次包括第二静压配气区、第二UV光解区、氧化填料承托层、氧化填料层、第二喷淋系统、第二出气口，所述生物氧化区通过与第一出气口相连的第一出气管与生物降解区相通，所述第二静压配气区底部与循环储水区相连，所述第二喷淋系统与第二进水管相连，所述生物氧化区顶部与第二出气口相连；

循环储水区，所述循环储水区通过两个竖置过滤器从左到右依次分隔为第一补水区、排水区和第二补水区，所述第一补水区的输入端与补水管相连，输出端与第二进水管相连，所述排水区与第一静压配气区和第二静压配气区通过排水管相连，所述第二补水区的输出端与第一进水管相连，所述补水管上安装有补水阀，所述第一进水管上安装有第一进水泵，循环水经与第一进水管相连的第一喷淋系统进入到生物降解区，所述第二进水管上安装有第二进水泵，循环水经与第二进水管相连的第二喷淋系统进入到生物氧化区。

2.根据权利要求1所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，其特征在于：所述降解填料层由多孔性无机惰性材料填充而成，所述氧化填料层由复合性有机填料填充而成，填料层厚度设置为1.0~1.5m。

3.根据权利要求1所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，其特征在于：所述填料承托层固定在装置内壁，其上均匀分布有3~5mm的圆形小孔，所述填料承托层与UV光解部件接触部分不设小孔。

4.根据权利要求1所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，其特征在于：所述喷淋系统的喷淋量与进入第一进气管的进气量的比例选取为10~50:1。

5.根据权利要求1所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，其特征在于：所述第一进气管上设有单向阀。

6.根据权利要求1所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，其特征在于：所述紫外灯灯管前设有前置过滤网。

7.根据权利要求1所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，其特征在于：所述紫外灯灯管选取能发射峰值在185nm和254nm特定波长的紫外线光束的灯管。

8.根据权利要求1所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，其特征在于：所述第一静压配气区的底部设置为自右向左倾斜，所述第二静压配气区的底部设置为自左向右倾斜。

9.根据权利要求1所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，其特征在于：所述第一排水管和第二排水管分别安装在第一静压配气区和第二静压配气区底部，形状为横放的S型弯管，与排水区相连。

10.根据权利要求1所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，其特征在于：所述第一补水区和排水区以及排水区和第二补水区中间各设有一个竖直放置的过滤器，负责过滤排入排水区的循环水，从而达到循环使用的目的。

11.根据权利要求1所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统，其特征在于：所述第一补水区和第二补水区内各设有一组高、低水位计，所述高、低水位计、第一进水泵和第二进水泵与补水阀联动控制，组成自控系统，实现了定期换水、连续喷淋的目的。

12.一种恒温高效氧化生物降解耦合除臭方法，其特征在于，采用权利要求1-11任意一项所述的恒温高效氧化生物降解耦合气体净化系统进行实施，包括以下步骤：

1）气体净化系统启动时，多组分恶臭气体经第一进气管进入气体净化系统内部，先经过第一UV光解区的恒温氧化预处理；

2）经第一UV光解区处理后的臭气通过圆形小孔向上飘至生物降解区，气体中的恶臭物质被附有营养物质的循环水和降解填料层表面的微生物所吸附、降解；

3）经生物降解区处理后的臭气通过与第一出气口相连的第一出气管进入第二静压配气区，同样经过第二UV光解区的恒温氧化预处理；

4）经第二UV光解区处理后的臭气通过圆形小孔向上飘至生物氧化区，液相污染成分被栖息在氧化填料层上的微生物细胞膜吸收并通过一系列酶促反应与氧结合生成水和二氧化碳等无机物，最终通过第二出气口排出。

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