一種惡臭氣體的脫除方法
2023-12-06 18:02:16 2
專利名稱：一種惡臭氣體的脫除方法
技術領域：
本發明涉及惡臭氣體的微生物代謝脫臭工藝，尤其是將氣體之中的致臭物質通過微生物代謝去除，使氣體達到無臭的方法。
城市排水、垃圾與糞便處理、生物體加工等市政與工業領域的生產過程中會產生含致臭物質的氣體，這就是所謂的惡臭汙染。惡臭不僅是一種感覺汙染，而且，由於致臭物質通常對人體具有毒害性，所以實際上是一種危害人體健康的汙染物質。
對各種來源的惡臭氣體中所含的致臭物質調查表明最普遍的惡臭物質分別是硫系和氮系兩個系列。其中硫系包括硫化氫(H2S)、甲硫醇(CH3SH)、甲硫醚((CH3)2S)、二甲二硫醚((CH3)2S2)；氮系包括氨(NH3)、三甲胺((NH2)3C)。進一步的惡臭分擔佔有率分析表明，在大部分的市政源(城市排水泵站、城市汙水處理廠、垃圾與糞便中轉站和處理場)惡臭中，硫化氫、甲硫醚和氨分擔了95％～99％的惡臭強度，因此去除這些物質成為脫臭的主要任務。
至今為止，惡臭物質的去除有的採用物理機理的吸收，化學機理的燃燒、氧化、強鹼性(pH)12)液體中和吸收和生物機理的微生物代謝等方法。其中生物代謝方法無論從經濟上和二次代謝物的安全性方面均具有優勢，是目前國外在市政源等惡臭淨化中應用最廣泛的方法。
Hansen，N..Odour’s biological Option.WQI，No.412～14，1998.公開了實現生物脫臭的兩大類實用工藝形式生物過濾和生物洗滌。生物過濾又可分為生物濾池和生物滴濾床二種形式。生物過濾表面或內部生長有具惡臭物質代謝活性的微生物的填料床，當惡臭氣體通過床層時，致臭物質與微生物接觸被代謝為無臭物質，達到脫臭目的。生物濾池與生物滴濾床的區別在於前者的生物代謝環境(水分、生物養分)基本是填料自持型的；後者則通過對填料層規律性的液體噴淋來維持代謝環境。生物濾池由二個單元組成填料洗滌塔和生物反應池，其中生物反應池內活性代謝微生物懸浮生長於液相(通常是水相)中；液相由泵送噴淋於填料洗滌塔與通過塔的惡臭氣體接觸，致臭物質主要以傳質形式由氣相至液相，含致臭物質的液相回流至反應池內，致臭物質被微生物代謝，由此完成脫臭過程。
上述包括生物濾池和生物滴濾床二種形式的生物過濾及生物洗滌在內的生物脫臭工藝目前均有應用，共同的特點是只提供一種微生物代謝環境條件，即脫臭操作實質上是單級操作，儘管有些設備多級串聯，但脫臭過程實質上是單級的。另外儘管有些設備多級串聯，但控制的環境條件是一致的，所以與一級大容量設備並無本質差異，還是單級操作。而且，上述生物脫臭工藝實施中主要有下列缺陷體積去除負荷較低，以硫化物去除為指標，多在10～50(g-s/m3填料·h)的水平，使脫臭裝置甚為龐大，影響了投資經濟性；去除效果不夠穩定，反映在對有機硫化物(甲硫醇、甲硫醚)的去除率較低(＜90％)。
本發明的目的是提供一種能提高硫化物去除容量，穩定有機硫化物去除效果，同時能去除氨和胺類致臭物質的生物脫臭工藝。
本發明的解決方案是根據對代謝硫化物微生物的機理研究發現的一類嗜酸性(最適pH1～3)的硫細菌具有對H2S最大的代謝容量(比嗜中性的硫細菌高一個數量級)，但不能代謝有機硫化物；同時也發現嗜中性硫細菌能代謝有機硫化物，但在硫化氫存在時，優先代謝硫化氫，而使對其他硫化物的代謝活性不穩定。這樣就可以肯定對大部分含硫化物惡臭，由於其中硫化氫的含量比其他硫化物約高一個數量級，只提供一種代謝環境是不可能達到去除容量與去除效果的優化的。
本發明的技術方案是第一步，惡臭氣體先通過pH控制在1～3的酸性反應器，利用嗜酸性硫細菌對硫化氫的大容量去除能力，完全去除氣體中的硫化氫，同時氣體中的氨和胺類(鹼性氣體)由化學吸收(中和反應)被去除；第二步，出酸性反應器的惡臭氣體再進入pH為6～8中性反應器，利用嗜中性硫細菌去除有機硫化合物，最終達到惡臭氣體脫除率大於96％以上的目的。
本發明有如下優點1.由於利用了酸性反應器內微生物上的嗜酸性硫細菌對硫化氫的大容量去除能力，使惡臭氣體中總體的硫化物體積去除負荷可達120～180(g-s/m3反應器·h)，比現有方法提高了3倍左右，由此降低設備造價和體積，減少一次性投資。
2.通過第二步的嗜中性硫細菌去除有機硫化合物，在第一步嗜酸性硫細菌去除了幾乎所有的硫化氫後，嗜中性硫細菌去除有機硫化物的活性不會再受幹擾，從而保障了同時去除大部分惡臭源中所含的硫系惡臭物質，使脫臭有效性得到保證。
3.由於本發明的第一步酸性反應器中pH在1～3，由此形成了既能去除硫化氫，又能籍中和反應吸收去除鹼性的氮系惡臭物質(氨和胺類致臭物)，使本發明的脫臭效果更完善。
4.用於由化學吸收去除氮系惡臭物質的酸度是來自硫化氫代謝的產物硫酸。既節省了去除氮系惡臭的物耗，也免去了後續部分中和的需要，具有清潔工藝和資源綜合利用的特徵。
圖1為本發明的工藝流程示意圖結合附圖對本發明作詳細描述，具體分如下三種實施例實施例1A.酸性反應器內嗜酸性硫細菌和中性反應器內嗜中性硫細菌微生物的培養馴化。
a.首先以城市汙水廠剩餘汙泥與汙水按1∶3～5混合，然後將其泵入裝有建築輕質陶粒、多孔塑料球或其他非金屬填料的兩個反應器中，循環3～5天，使填料表面生成一定厚度的生物膜；接著，用風機將含硫、氮系惡臭物的氣體依次通入兩個反應器，同時用新鮮的城市汙水替代掛膜用的汙泥與汙水混合液噴淋填料，給生物膜上的微生物提供營養，也可以配置相應的營養液噴淋。
b.接下去是生物膜上的微生物的馴化將惡臭氣體依次通入兩個反應器，分別監視兩個反應器進、出惡臭氣體中硫化氫和有機硫化物如甲硫醇的濃度，以及循環噴淋液的pH值，第一個反應器由於先接觸濃度高易降解的硫化氫，微生物首先將其代謝為硫酸根離子，從而該反應器內的循環液的pH漸漸下降直至達到1～3，連續2～4天保持pH1～3，完成馴化任務。而第二個反應器初期由於受第一個反應器對硫化氫去除率較低的影響而出現循環液的pH漸漸下降現象，當pH低於6時加Na2CO3溶液，使pH上升到8左右，隨著酸性反應器對硫化氫的代謝能力的增強，進入第二個反應器的硫化氫的濃度將近似於零，而對有機硫化物的代謝能力將漸漸增強，連續15～20天保持pH6～8，完成馴化任務。
B.分兩步去除惡臭氣體的步驟第一步將惡臭氣體用風機鼓入或引入酸性反應器，在代謝去除硫化氫同時又籍中和反應吸收去除了鹼性的氮系惡臭物質後，從酸性反應器出來進入中性反應器，在該反應器內代謝去除有機硫化物。控制循環噴淋液pH就能保持穩定的去除容量，使惡臭氣體的惡臭去除率＞96％。
實施例2A.微生物的培養a.先配製相同的兩份以城市汙水廠剩餘汙泥與城市汙水按1∶5混合的混合液，然後在其中一份中將含有硫化氫的空氣通入混合液內，並採用間歇補充城市新鮮汙水作為給微生物的營養，檢測混合液的pH在1～3範圍內，氣體中的硫化氫降低率大於98％後，維持運行5～10天，即完成嗜酸性微生物的培養過程。將混合液在離心機(分離因素≥1500，停留時間約3分鐘)中濃縮待用。
b.在上述配製的另一份混合液中將含有有機硫化物甲硫醇的空氣通入，採用投加Na2CO3溶液的方法，維持pH在6～8的範圍，同時以每天排除1/5-1/10的混合液和補充城市新鮮汙水來保持平穩。當進、出混合液的有機硫化物濃度降低率大於92％後，維持運行12～17天，完成嗜中性微生物的培養過程。按上述濃縮方法即獲得代謝有機硫化物的濃縮微生物待用於製作微生物包埋球。
B.微生物包埋球製作a.分別將上述離心濃縮得到的兩種微生物懸浮液，各加入按5克海藻酸鈉或聚乙烯醇加95克水配製的凝膠水溶液，加入量按1∶2體積比加入混合。
b.用液體恆流泵(電磁泵、蠕動泵)吸取上述混合好的含微生物凝膠液，通過噴頭(孔徑在1.0～2.0毫米)噴入陳化液(如含5％CaCl2的水溶液)，陳化20～24小時製成含嗜酸性和嗜中性硫細菌的活性微生物的小球。
C.將上述兩種小球作填料，分別裝塔組成酸性反應器和中性反應器，並串聯之。分兩步去除惡臭氣體的步驟第一步將惡臭氣體用風機鼓入或引入酸性反應器，在代謝去除硫化氫同時又中和反應吸收去除了鹼性的氮系惡臭物質後，從酸性反應器出來進入中性反應器，在該反應器內代謝去除有機硫化物。控制循環噴淋液的pH就能保持穩定的去除容量，使惡臭氣體的惡臭去除率＞96％。
實施例3A.微生物馴化a.首先，準備兩個串聯連接的反應器，裝填化工吸收填料，如非金屬的拉西環、鮑爾環等。然後以城市汙水廠剩餘汙泥與城市汙水按1∶5混合均勻後，泵入上述兩個反應器進行循環。接著將惡臭氣體通過風機送入第一個反應器(鼓風或引風)，從第一個反應器出來再進入第二個反應器，分別檢測兩個反應器進、出氣體中硫化氫和有機硫化物含量，及其混合液的pH值。
b.接著，第一個反應器由於先接觸濃度高易降解的硫化氫，微生物首先將其代謝為硫酸根離子，從而該反應器內的循環液的pH漸漸下降直至達到1～3，連續2～4天保持pH1～3，完成馴化成酸性反應器。而第二個反應器初期由於受第一個反應器對硫化氫去除率較低的影響而出現循環液的pH漸漸下降現象，當pH低於6時加Na2CO3溶液，使pH上升到8左右，隨著酸性反應器對硫化氫的代謝能力的增強，進入第二個反應器的硫化氫的濃度將近似於零，而對有機硫化物的代謝能力將漸漸增強，連續15～20天保持pH6～8，完成馴化成中性反應器任務。在酸性反應器內馴化的活性微生物是嗜酸性硫細菌群落，在中性反應器內馴化的活性微生物是嗜中性硫細菌群落。
B.最後，當酸性反應器出來的氣體中的硫化氫去除率＞98％，從中性反應器出來的氣體中的有機硫化物去除率＞92％時，即可正常地分兩步去除惡臭氣體第一步將惡臭氣體用風機鼓入或引入酸性反應器，在代謝去除硫化氫同時又中和反應吸收去除了鹼性的氮系惡臭物質後，從酸性反應器出來進入中性反應器，在該反應器內代謝去除有機硫化物。控制循環噴淋液的pH就能保持穩定的去除容量，使惡臭氣體的惡臭去除率＞96％。
本發明可應用於各種惡臭源的脫臭，最典型的為汙水泵站、汙水處理廠、生活垃圾轉運站、生活垃圾處理場、魚品加工廠和肉類加工廠等。
權利要求
1.一種惡臭氣體的脫除方法，其特徵在於惡臭氣體的脫除分二步進行，第一步是將惡臭氣體通入pH＝1～3的酸性反應器，利用酸性反應器內的嗜酸性硫細菌對惡臭氣體中的硫化氫的大容量去除能力，代謝去除硫化氫，同時以化學吸收去除氨和胺；第二步是出酸性反應器氣體進入pH＝6～8的中性反應器，在中性反應器內，利用嗜中性硫細菌代謝去除其他有機硫化物致臭物質，控制惡臭氣體中總體硫化物體積去除負荷120～180(g-s/m3反應器·h)即可使惡臭氣體脫除率大於96％以上。
2.根據權利要求1所述的一種惡臭氣體的脫除方法，其特徵在於嗜酸性硫細菌微生物和嗜中性硫細菌微生物可通過培養馴化獲得首先以城市汙水廠剩餘汙泥與汙水按1∶3～5混合，然後將其泵入裝有建築輕質陶粒、多孔塑料球或其他非金屬填料的兩個串聯的反應器中，循環3～5天，使填料表面生成一定厚度的生物膜；接著，用風機將含硫、氮系惡臭氣體通入兩個反應器，同時用新鮮的城市汙水替代掛膜用的汙泥與汙水混合液噴淋填料，給生物膜上的微生物提供營養，也可以配置相應的營養液噴淋；分別監視進、出兩個反應器的惡臭氣體中硫化氫和有機硫化物的去除率和循環噴淋液的pH值，第一個反應器循環液的pH下降至1～3，連續2～4天保持，完成馴化；第二個反應器pH低於6時加Na2CO3溶液，使pH保持6～8，連續15～20天，完成馴化任務。
3.根據權利要求1所述的一種惡臭氣體的脫除方法，其特徵在於嗜酸性硫細菌微生物和嗜中性硫細菌微生物也可製作成微生物包埋球配製相同的兩份城市汙水廠剩餘汙泥/城市汙水＝1/5的混合液，然後在其中一份中將含有硫化氫的空氣通入，並採用間歇補充城市新鮮汙水作為循環噴淋液給微生物營養，檢測混合液的pH在1～3範圍內，氣體的硫化氫降低率大於98％後，維持運行5～10天，完成嗜酸性微生物的培養；在另一份混合液中將已去除硫化氫但含有有機硫化物的氣體通入，投加Na2CO3溶液維持pH＝6～8，當進、出混合液的有機硫化物去除率大於92％後，維持運行12～17天，完成嗜中性硫細菌微生物的培養過程；分別將上述培養液離心濃縮得到的兩種微生物懸浮液中，各加入海藻酸鈉或聚乙烯醇凝膠水溶液，按1∶2體積比混合；用液體恆流泵吸取上述混合好的凝膠液，通過噴頭滴入含5％CaCl2的水溶液即陳化液，陳化20～24小時製成含嗜酸性和嗜中性硫細菌的活性微生物小球，分裝兩個反應器。
全文摘要
一種惡臭氣體的脫除方法,涉及生物脫臭工藝,本發明提供了一種酸性、中性二步脫臭的方法,惡臭氣體先在酸性反應器中生物代謝脫除硫化氫,同時以化學吸收(中和反應)去除氨和胺類物質;然後進入中性反應器,生物代謝去除有機硫化物,最終達到氣體全面脫臭的目的。本方法的脫臭能力比現有方法提高了3倍,投資和運行費用也低,工藝合理,效果穩定。本發明可應用於各種惡臭源的脫臭,最典型的為:汙水泵站、汙水處理廠、生活垃圾轉運站、生活垃圾處理場、魚品加工廠和肉類加工廠等。
文檔編號B01D53/46GK1351897SQ0012742
公開日2002年6月5日 申請日期2000年11月14日 優先權日2000年11月14日
發明者何品晶, 李國建, 邵立明, 陳紹偉 申請人:同濟大學