一種兩相生物除臭方法和除臭裝置與流程
2023-06-05 07:42:41
本發明屬於惡臭氣體處理技術領域，特別涉及一種針對城市生活垃圾處理產生的惡臭氣體的兩相生物除臭方法和除臭裝置。
背景技術：
在城市生活垃圾處理過程中，會產生含有多種惡臭汙染物的氣體，其中發臭物質包括硫化氫、氨等無機物以及硫醇、低分子脂肪酸、胺、滷代烴等有機物。這些惡臭物質大都具有易揮發、嗅閾值低等特點，如果不對這些物質進行有效的控制會對人體健康和生態環境產生危害。
CN101020130A公開一種廢氣淨化系統中的生物除臭裝置。廢氣通過以串聯形式組合成的二級過濾裝置內所吸附和固定及生棲在載體表面上的水分和微生物的接觸，在二級過濾裝置的上部，各設置一組噴淋灑水裝置，對廢氣實施噴淋處理，達到對高濃度惡臭成分有機廢氣實施安定且有效的高度淨化處理的目的。CN201625503U提供了一種高濃度臭氣生物處理裝置，包括排煙塔，還包括水洗塔、生物除臭濾池系統和活性炭吸附裝置依次串聯；生物除臭濾池系統中有除臭菌體和無機濾料。但是，目前廢氣生物處理方法大多是利用混合異養細菌和真菌去除廢氣中的惡臭和VOCs汙染物質，裝置沒有明顯分區域，對於酸性和中性物質的惡臭和VOCs物質在裝置中的同一區域去除。由於異養細菌和真菌等微生物生長對溼度、pH等的條件要求不同，現有的生物除臭法為混合去除惡臭汙染物，往往出現不同汙染物之間相互幹擾，易酸化、降解效果差，成本高等問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種城市生活垃圾處理所產生的惡臭氣體的兩相生物除臭方法。通過條件控制，分區接種特定菌種，從而徹底降解惡臭氣體中多種汙染物，減小反應器佔地面積，降低投資和處理費用。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
一種兩相生物除臭方法，是將惡臭氣體依次進行加溼處理、酸性處理、中性處理，從而有效去除惡臭氣體中產酸物質、鹼性物質、親水性和疏水性型的揮發性有機汙染物；其中，
所述加溼處理是利用營養液對惡臭氣體進行噴淋；所述營養液的pH為5.8-6.2，其具體組成為(質量分數)：KH2PO4 2％，MgSO4﹒7H2O 0.05％，NH4Cl 0.01％，FeSO4·7H2O 0.001％，CaCl2 0.02％，餘量為水。
所述加溼處理時間為8-12s，既要保證去除惡臭氣體中部分雜質，又要保證去除效率。
所述酸性處理是利用嗜酸性硫細菌和真菌對惡臭氣體進行降解，所述嗜酸性硫細菌選自氧化硫硫桿菌(T.thiooxidans)和氧化亞鐵硫桿菌(T.ferrooxidans)，二者比例為55-65：35-45；所述真菌選自青黴屬(Penicillium)、地黴屬(Geotrichum)和枝孢黴屬(Cladosporium)，三者比例為35-45：25-35：20-40。其中，所述嗜酸性硫細菌和真菌的添加量分別為5.12×107-7.63×107CFU/mL和4.54×108-5.62×108CFU/mL。
所述酸性處理時間為22-27s，以充分降解惡臭氣體中含硫類及疏水性、難降解的氣體物質。
所述中性處理是利用中性異養細菌對惡臭氣體進行降解，所述中性異養細菌選自芽孢桿菌屬(Bacillus)和黃桿菌屬(Flavobacterium)，二者比例為40-60：40-60；其中，所述中性異養細菌加入量為2.5×108-3.5×108CFU/mL。
所述中性處理時間為22-27s，以充分降解惡臭氣體中親水性的汙染物。
本發明通過對現有惡臭氣體處理微生物進行篩選，合理優化菌種組合方式，建立了一套能夠高效降解高濃度城市生活垃圾處理惡臭氣體的工藝，該工藝採用分段處理方式，根據不同類型的微生物劃分不同處理區域，有效避免了菌株之間競爭性抑制作用，充分發揮各菌株的優勢和作用；同時，通過合理設計降解工序，整個降解過程中無需人工調節反應區的pH，並促進各菌株之間協同作用，最大程度的發揮各菌株的優勢，有效去除惡臭氣體中產酸物質、鹼性物質，親水性和疏水性型的揮發性有機汙染物；本發明所述除臭方法所用微生物種類少，但協同作用強，降解效果明顯，克服了現有生物除臭法存在的降解效果差，成本高等問題。
本發明還提供一種生物除臭裝置，由氣體加溼區、酸性相生物反應區、中性相生物反應區串聯組成；且在氣體加溼區與酸性相生物反應區之間，酸性相生物反應區與中性相生物反應區之間均設有多孔布氣板。
所述氣體加溼區的營養液pH為5.8-6.2，具體組成為(質量分數)：KH2PO4 2％，MgSO4﹒7H2O 0.05％，NH4Cl 0.01％，FeSO4·7H2O 0.001％，CaCl2 0.02％，餘量為水。
所述酸性相生物反應區內含有嗜酸性細菌和真菌，用以對惡臭氣體進行降解。所述嗜酸性硫細菌選自氧化硫硫桿菌(T.thiooxidans)和氧化亞鐵硫桿菌(T.ferrooxidans)，二者比例為55-65：35-45；所述真菌選自青黴屬(Penicillium)、地黴屬(Geotrichum)和枝孢黴屬(Cladosporium)，三者比例為35-45：25-35：20-40。其中，所述嗜酸性硫細菌和真菌的添加量分別為5.12×107-7.63×107CFU/mL和4.54×108-5.62×108CFU/mL。
所述酸性相生物反應區的酸性相複合填料由上層聚氨酯海綿和下層聚丙烯小球組成，聚氨酯海綿和聚丙烯小球的粒徑均為3.0～5.0mm，聚氨酯海綿塊和聚丙烯小球的填充體積比為1.5～2：1。
所述酸性相複合填料的pH在2.0-4.0之間，溼含量在38.2％～81.7％之間。
所述中性相生物反應區是利用中性異養細菌對惡臭氣體進行降解，所述中性異養細菌選自芽孢桿菌屬(Bacillus)和黃桿菌屬(Flavobacterium)，二者比例為40-60：40-60；其中，所述中性異養細菌加入量為2.5×108-3.5×108CFU/mL。
所述中性相生物反應區的中性相複合填料由上層聚氨酯海綿塊和下層圓球形陶粒組成，聚氨酯海綿和圓球形陶粒的粒徑均為3.0～5.0mm，聚氨酯海綿和圓球形陶粒的填充體積比為1～1.5：1。
所述中性相複合填料的pH在7.0-8.5之間，溼含量在43.8％～67.6％之間。
城市生活垃圾處理產生的惡臭氣體經氣體收集系統收集後進入氣體加溼區，由氣體加溼區處理後的氣體經過多孔布氣板進入酸性相生物反應區，由酸性相生物反應區處理後的氣體經過多孔布氣板進入中性相生物反應區。經過上述處理後，不僅惡臭氣體中產酸物質、鹼性物質被有效去除，而且其中的親水性和疏水性型的揮發性有機汙染物也能夠被最大程度的降解去除。相比現有除臭工藝，本發明所述兩相生物除臭方法除臭效果更好，特別是針對惡臭氣體中的硫化氫、乙硫醇、苯乙烯、氨氣、丁酸等物質，降解效果顯著，不易酸化，避免汙染物之間相互幹擾，且成本低廉。
下面對除臭裝置內各區域進行詳細說明：
在所述氣體加溼區上部的側壁上開有一進氣口，在氣體加溼區內側底部鋪設曝氣管，所述曝氣管的管口與進氣口相連；在氣體加溼區下部的側壁上開有一給液口，在低於給液口的側壁上開有一排液口，在高於給液口的側壁上開有一水位觀察口；氣體加溼區內液面須高於曝氣管且低於進氣口。
在酸性相生物反應區的側壁上部開有酸性營養液進口，在酸性相生物反應區頂部設有與酸性營養液進口相連的酸性營養液噴淋管，在酸性營養液噴淋管下方設有酸性相複合填料，酸性相複合填料由多孔布氣板支撐。
在中性相生物反應區的側壁上部開有中性營養液進口，在中性相生物反應區頂部設有與中性營養液進口相連的中性營養液噴淋管，在中性營養液噴淋管下方設有中性相複合填料，中性相複合填料由多孔布氣板支撐。在中性相生物反應區的頂部還設有出氣。
所述多孔布氣板為多孔狀的氣體分布板，孔狀為圓形，孔徑為1-3mm，開孔率為7.5％～10％，孔道為斜孔，與多孔布氣板水平面呈15～20°，可增加裝置內氣體的湍動，多孔布氣板上設有散泡器，可將氣體分割成小型氣泡，有利於均勻分布進氣，增加氣體與填料的接觸面積。
所述除臭裝置可採用本領域處理裝置常規材料製備，如有機玻璃。其結構可為圓柱體或塔式結構。
本發明所述除臭裝置的工作原理如下：
複雜高濃度惡臭氣體以0.5-0.8m/s的流速從氣體加溼區下部的進氣口經由曝氣管進入氣體加溼區，氣體經過氣體加溼區液相加溼後向上流動，經由多孔布氣板進入酸性相生物反應區，酸性相生物反應區在酸性條件下運行，惡臭氣體中的大部分產酸、疏水性氣體汙染物被酸性相複合填料上的嗜酸性細菌和真菌降解，氣體負荷大大降低；未被降解的低濃度汙染物和代謝中間產物經由多孔布氣板繼續進入中性相生物反應區內，中性相生物反應區在中性條件下運行，未被降解的低濃度汙染物和代謝中間產物被中性相複合填料上的中性異養細菌徹底降解，淨化後的氣體從中性相生物反應區上部的排氣口排出。
所述的酸性相生物反應區和中性相生物反應區內部還同時安裝有pH檢測器和溼含量檢測器，便於定期向酸性相反應區內噴淋酸性營養液，向中性相生物反應區內噴淋中性營養液。
所述除臭裝置的操作溫度為室溫，操作壓力為常壓，總氣體停留時間為20～60s，能夠同時有效去除惡臭氣體中產酸物質、鹼性物質、親水性和疏水性型的揮發性有機汙染物。
本發明所述除臭裝置的特點是裝置主體由氣體加溼區、酸性相生物反應區和中性相生物反應區三部分組成，彼此協同作用共同完成氣體汙染物的降解。在酸性條件下運行，惡臭氣體中大部分的汙染物與嗜酸性細菌和真菌接觸、降解；嗜酸菌和真菌可以在酸性條件下較好的發揮降解作用，無需人工調節反應區的pH，產酸物質可以得到有效的降解，真菌體內能分泌較多的酶類物質，對於疏水性物質和某些難降解的有機物的代謝速度要遠遠高於細菌；未能被嗜酸細菌和真菌降解的少部分汙染物和降解中間產物進入中性相生物反應區被中性異養微生物繼續降解，得到無害的終產物。由此可見，將嗜酸性細菌、真菌和中性菌分開培養和使用，既可以避免幾類細菌的競爭性抑制作用，又能有效發揮幾類菌的優勢和作用，使惡臭氣體中產酸、疏水性、親水性物質能夠得到徹底的降解。
此外，本發明所述的除臭裝置結構緊湊、構造簡潔，佔地面積較小，投資和運行費用低，無二次汙染等特點。且該裝置無需循環水，營養液定期供給，噴淋次數少，運行操作與維護簡單。
本發明具有如下有益效果：
1、本發明將嗜酸性細菌、真菌和異養菌的優勢結合，研製成一種城市生活垃圾處理廠兩相生物除臭方法。將嗜酸性細菌、真菌和異養菌分開，分別創造最適宜其生長、代謝的條件，既可以有效發揮兩類菌的優勢和作用，又可以避免pH的變化對微生物代謝的影響，處理過程不需要人工調節反應區的pH。可使不同類型的微生物分別在兩個生物反應區內生長，能夠同時去除惡臭氣體中產酸物質、鹼性物質、親水性和疏水性型的揮發性有機汙染物。
2、本發明所述的除臭裝置結構緊湊，構造簡潔，佔地面積小，運行操作與維護簡單，無二次汙染。且除臭裝置無需循環水，營養液是定期供給，噴淋次數少，能耗低。
附圖說明
圖1.本發明裝置的結構示意圖。
附圖標記
1.排液口 2.給液口
3.進氣口 4.曝氣管
5.水位觀察口 6.氣體加溼區
7.多孔布氣板 8.酸性相生物反應區
9.酸性相複合填料 10.酸性營養液進口
11.酸性營養液噴淋管 12.中性相生物反應區
13.中性相複合填料 14.中性營養液進口
15.中性營養液噴淋管 16.出氣口
具體實施方式
以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
實施例1
本實施例提供一種惡臭氣體生物除臭具體方法，包括如下步驟：
1)加溼處理
利用營養液對惡臭氣體噴淋進行加溼處理；所述營養液具體組成為(質量分數)：KH2PO4 2％，MgSO4﹒7H2O 0.05％，NH4Cl 0.01％，FeSO4·7H2O 0.001％，CaCl2 0.02％，餘量為水。其pH為5.8-6.2。
2)酸性處理
再利用嗜酸性細菌和真菌對加溼處理後的惡臭氣體進行酸性處理，以降解惡臭氣體中含硫類及疏水性、難降解的氣體物質。
其中，所述嗜酸性細菌選自氧化硫硫桿菌(T.thiooxidans)和氧化亞鐵硫桿菌(T.ferrooxidans)，二者比例為60：40；所述真菌選自青黴屬(Penicillium)、地黴屬(Geotrichum)和枝孢黴屬(Cladosporium)，三者比例為40：30：30；其中，所述嗜酸性細菌和真菌的添加量分別為6.0×107CFU/mL、5.2×108CFU/mL。
所述嗜酸性細菌和真菌的生長所需填料是由上層聚氨酯海綿和下層聚丙烯小球組成，聚氨酯海綿和聚丙烯小球的粒徑均為3.0～5.0mm，填充體積比為1.5～2：1。所述填料pH在2.0-4.0之間，溼含量在38.2％～81.7％之間。
3)、中性處理
最後，利用中性異養細菌對步驟2)處理後的惡臭氣體進行進一步降解，去除惡臭氣體中親水性的汙染物。
所述中性異養細菌選自芽孢桿菌屬(Bacillus)和黃桿菌屬(Flavobacterium)，二者比例為50：50；其中，所述中性異養細菌加入量為3.5×108CFU/mL。
所述中性異養細菌的生長所需填料由上層聚氨酯海綿塊和下層圓球形陶粒組成，聚氨酯海綿和圓球形陶粒的粒徑均為3.0～5.0mm，填充體積比為1～1.5：1。pH在7.0-8.5之間，溼含量在43.8％～67.6％之間。
實驗數據：
處理前惡臭氣體中硫化氫、乙硫醇、苯乙烯濃度分別為20.54mg/m3，20.56mg/m3和100.26mg/m3，室溫條件下將惡臭氣體以0.6m/s流速依次經過加溼處理、酸性處理、中性處理，處理時間分別為10s、25s、25s，總共60s，排放惡臭氣體。
檢測出氣口排放氣體：其中硫化氫、乙硫醇、苯乙烯濃度分別為0mg/m3，0.01mg/m3和0.89mg/m3，低於惡臭汙染物排放標準，去除率分別為100％、99.95％和99.11％。
對比例1
本對比例提供一種利用常規生物過濾技術的惡臭氣體生物除臭方法，將惡臭氣體依次進行加溼處理和單相生物過濾處理；其中，
所述加溼處理是利用水對惡臭氣體進行噴淋和加溼；所述水的pH調節為7.0-8.5。
所述單相生物過濾處理是利用生長在填料上的微生物(氧化硫硫桿菌(T.thiooxidans)、青黴屬(Penicillium)和芽孢桿菌屬(Bacillus)，比例為30：30：40)對惡臭氣體進行降解，填料採用聚氨酯海綿一種填料，填料粒徑為3.0～5.0mm，填料pH在7.0-8.5之間，溼含量在38.2％～81.7％。
具體數據：處理前惡臭氣體中硫化氫、乙硫醇、苯乙烯濃度分別為20.54mg/m3，20.56mg/m3和100.26mg/m3，室溫條件下將惡臭氣體依次經過上述加溼處理和生物過濾處理，處理時間分別為10s、25s、25s，總共60s，排放惡臭氣體。
檢測出氣口排放氣體：其中硫化氫、乙硫醇、苯乙烯濃度分別為0mg/m3，0.01mg/m3和0.89mg/m3，低於惡臭汙染物排放標準，去除率分別為100％、99.95％和99.11％。
檢測出氣口排放氣體：其中硫化氫、乙硫醇、苯乙烯濃度分別為2.92mg/m3，6.37mg/m3和19.05mg/m3，低於惡臭汙染物排放標準，去除率分別為85.78％、69.02％和81％。
本對比例與實施例1相比，除了生物處理部分採用單相生物處理外，其他工藝條件和進氣條件均相同，但對汙染物的去除效率明顯較低。
實施例2
採用與實施例1相同的方法處理惡臭氣體，區別僅在於：
1、處理前惡臭氣體中硫化氫、氨氣、丁酸濃度分別為50.54mg/m3，22.3mg/m3，25.71mg/m3；
2、加溼處理、酸性處理、中性處理的處理時間分別為10s、25s、25s，總共60s；
檢測出氣口排放氣體中硫化氫、氨氣、丁酸濃度分別為0.01mg/m3，0.08mg/m3和0mg/m3，低於惡臭汙染物排放標準，去除率分別為99.98％、99.64％和100％。
對比例2
對實施例2中的惡臭氣體採用對比例1所述現有生物除臭方法進行處理。
檢測出氣口排放氣體中硫化氫、氨氣、丁酸濃度分別為8.92mg/m3，4.65mg/m3和4.29mg/m3，低於惡臭汙染物排放標準，去除率分別為82.35％、79.15％和83.31％。
實施例3
本實施例提供一種可實現上述實施例1、2除臭方法的除臭裝置，請參見圖1。所述除臭裝置的材質為有機玻璃，基本結構為圓柱體型，直徑為90mm，總體積為5L，由兩塊多孔布氣板7將其依次向上分割為氣體加溼區6、酸性相生物反應區8和中性相生物反應區12三部分。在氣體加溼區6下部的側壁上開有排液口1、在排液口上方開有給液口2、在給液口上方開有進氣口3，在氣體加溼區底部鋪設曝氣管4，其管口與進氣口相連；在氣體加溼區6的側壁上開有一水位觀察口5。
在酸性相生物反應區8內裝有惰性的酸性相複合填料9，在酸性相生物反應區8的側壁上開有酸性營養液進口10，在酸性相生物反應區8頂部設有與酸性營養液進口相連的酸性營養液噴淋管11，酸性營養液噴淋管11在酸性相複合填料9的上方，底部支撐填料的是多孔布氣板7；酸性相生物反應區8在酸性條件下運行，填料上的微生物以嗜酸性細菌和真菌為主；酸性營養液噴淋管11定期噴淋酸性營養液。
在中性相生物反應區12內也裝有惰性的中性相複合填料13，在中性相生物反應區12的側壁上開有中性營養液進口14，在中性相生物反應區頂部設有與中性營養液進口相連的中性營養液噴淋管15，中性營養液噴淋管15在中性相複合填料13的上方；底部支撐填料的是多孔布氣板7，中性相生物反應區12在中性條件下運行，填料上的微生物以中性異養細菌為主；中性營養液噴淋管15定期噴淋中性營養液，反應區上部開有出氣口16。
所述的中性相生物反應區12的出氣口16是開在中性相複合填料13的上方。
所述多孔布氣板為多孔狀的氣體分布板，孔狀為圓形，孔徑為2mm，開孔率為7.5％～10％，孔道為斜孔，與多孔布氣板水平面呈15～20°，多孔布氣板上設有散泡器，可將氣體分割成小型氣泡，有利於均勻分布進氣，增加氣體與填料的接觸面積。
所述酸性相複合填料的載體由上層聚氨酯海綿和下層聚丙烯小球組成，聚氨酯海綿和聚丙烯小球的粒徑均為3.0～5.0mm，聚氨酯海綿塊和聚丙烯小球的填充體積比為1.5：1～2：1。
所述中性相複合填料由上層聚氨酯海綿塊和下層圓球形陶粒組成，聚氨酯海綿和圓球形陶粒的粒徑均為3.0～5.0mm，聚氨酯海綿和圓球形陶粒的填充體積比為1：1～1.5：1。
高濃度惡臭氣體從氣體加溼區6下部的進氣口3經由曝氣管4進入氣體加溼區6，此時氣體加溼區6的液面高於曝氣管4的高度，低於進氣口3的高度，氣體經過液相加溼後再向上流動，經由多孔布氣板7進入酸性相生物反應區8，酸性相生物反應區8在酸性條件下運行，通過酸性營養液噴淋管11定期噴淋酸性營養液，惡臭氣體中的大部分產酸、疏水性氣體汙染物被酸性相生物反應區8內的多孔介質填料(聚氨酯海綿和聚丙烯小球的複合填料)上的嗜酸性細菌和真菌降解，氣體負荷大大降低；未被降解的低濃度汙染物和代謝中間產物經由多孔布氣板板7繼續進入中性相生物反應區12內，中性相生物反應區12在中性條件下運行，通過中性營養液噴淋管15定期噴淋中性營養液，未被降解的低濃度汙染物和代謝中間產物被中性相生物反應區12內的多孔介質填料(聚氨酯海綿和和圓球形陶粒的複合填料)上的中性異養細菌徹底降解，淨化後的氣體從中性相生物反應區12上部的出氣口16排出，多餘的加溼液從底部的排液口1排出。
雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。