一種生物組合協同除臭工藝及其裝置的製作方法

2023-10-21 08:12:22

本發明屬於臭氣治理技術，具體涉及一種生物組合協同除臭工藝及其裝置。

背景技術：

目前常用的惡臭氣體處理方法主要包括物理法、化學法和生物法。物理、化學方法處理大流量、中低濃度的惡臭氣體，存在投資大、操作複雜、運行成本高等問題，使其應用範圍受到限制。生物除臭技術是在適宜的環境條件下，利用有孔的、潮溼的介質上聚集的活性微生物的生命活動，代謝降解惡臭物質，使其轉變為簡單的無機物或組成自身細胞，達到去除臭味的目的。生物法以自身的顯著的優勢，設備少、操作簡單、投資運行費用低、徹底消除惡臭汙染物等特點受到人們的青睞，發展潛力大，應用前景廣闊。

目前採用的生物法處理臭氣的裝置主要有生物過濾塔、生物滴濾塔、生物洗滌塔等。這些生物處理工藝均需要對氣體進行加溼處理，然後通過上述生物除臭裝置，達到生物除臭的目的。這其中，生物滴濾塔的加溼區面積較大，導致除臭裝置佔地面積大；生物過濾塔間歇性噴淋液體導致氣體加溼不均勻，處理效果不理想；生物洗滌塔存在能耗較高的問題。常用生物除臭工藝在末端一般會設置等離子除臭、光催化氧化等應急措施，預防系統在運行過程中出現進氣量、進氣濃度波動幅度大時引起的系統崩潰，以保證氣體的達標排放，因此當前的生物除臭系統裝置集成程度不高，導致各單元協同作用效率過低，增加了佔地面積，並且除臭工藝的工作效率較低。

如公告號為CN 1935329 A以及公告號為CN 205323533 U的中國專利，其都公開了一種生物土壤濾體除臭裝置，通過單一的土壤濾體對尾氣進行過濾除臭，但是該種過濾除臭的效率低，並且除臭的效果並不明顯，排放的氣體仍然具有一定含量的臭氣成分，不能夠適應大規模的產業除臭。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是：針對現有的生物除臭技術存在的佔用空間大、除臭效率低的技術瓶頸，提供一種除臭效果好，經濟適用性高的生物組合協同除臭工藝及其裝置，利用生物除臭系統之間的協同作用，實現生物除臭的工藝組合，強化除臭效果。

本發明採用如下技術方案實現：

一種生物組合協同除臭工藝，所述臭氣在經過加溼後，首先通過微生物填料除臭，所述微生物填料包含腐熟汙泥、生物炭、水泥和高爐礦渣，然後再通過土壤除臭，所述的土壤除臭層包括腐熟汙泥、生物炭和壤土(按照重量比15-25:15-25:50-70混合而成)，所述土壤種植植物，實現兩級除臭工藝，並最終通過土壤除臭系統頂部自由逸散。

進一步的，所述腐熟汙泥：生物炭：水泥：高爐礦渣的重量份比為20-30：60-80：2-4：6-12。

進一步的，所述生物炭pH為8.2-13.0，比表面積為20m2/g-400m2/g，碳含量25.8％-88.0％，總氮量0.18％-6.0％。

進一步的，所述臭氣通過工藝水在超聲波霧化後進行加溼，加溼在臭氣過濾前完成，加溼後的臭氣溼度達到90％以上。

進一步的，所述臭氣的臭味物質包含氨、硫化氫、甲硫醚、三甲胺中的至少一種。

本發明中，所述微生物填料除臭和土壤除臭的兩級除臭工藝在同一設備中完成。

本發明還公開了一種上述生物組合協同除臭工藝應用的裝置，包括除臭箱以及臭氣管路和加溼管路；

所述臭氣管路一端與臭氣來源連通，另一端連接至除臭箱的進氣口，所述臭氣管路上設有風機；

所述加溼管路並聯連接在風機前的除臭管路上，與外部加溼設備連接，對臭氣管路中的臭氣進行加溼；

所述除臭箱內分為串聯的布氣層、一級除臭層和二級除臭層，所述布氣層與進氣口連通，一級除臭層和二級除臭層之間設有間隙層，所述一級除臭層為採用透氣板設置的微生物填料層，所述二級除臭層為採用透氣板設置的土壤除臭層，所述微生物填料層及土壤除臭層中均培養有吸附、吸收、降解惡臭物質的微生物，臭氣從土壤除臭層頂部自由逸散。

進一步的，所述布氣層、一級除臭層和二級除臭層在除臭箱內豎向布置，所述除臭箱的底部設有排水管口，所述排水管口設有pH檢測儀，所述尾氣管路上設有流量計和溼度監測儀。

進一步的，所述布氣層內設有布氣管，所述布氣管的主管與進氣口連通，若干支管上設有布氣口。

在本發明中，所述外部加溼設備為超聲波加溼器。

本發明中的微生物填料腐熟汙泥和生物炭協同配合，生物炭作為腐熟汙泥營養元素的緩釋載體，生物炭對腐熟汙泥中的NH4+-N，NO3－-N、K、P及氣態NH3等不同形態存在的營養元素有很強的吸附作用，可使所述的營養元素持續而緩慢地釋放，從而達到無需外加營養元素的工程應用效果。此外，腐熟汙泥和生物炭對微生物親和力強，有利於微生物掛膜，從而使微生物在所述腐熟汙泥和生物炭的持續供養下高效吸附、轉化臭氣。本發明實現了對腐熟汙泥中蘊含的有機物和營養元素的徹底利用，環境友好、無公害。

本發明採用土壤除臭系統作為應急保護單元，臭氣穿過土壤除臭層並排放，可防止系統崩潰，增大緩衝能力，無需增設傳感器，無需啟動時間，在零能耗的條件下，實現了應急保護功能。採用微生物除臭與土壤除臭相結合的組合工藝，在汙染氣體穿過填料被微生物降解後，通過自由逸散，進入到土壤除臭層，進一步除臭，再無組織排放。本發明實現了兩級生物除臭系統的組合，利用生物除臭與土壤除臭的協同作用，強化微生物處理臭氣的能力，提高系統的除臭效果及運行的安全性、穩定性。

同時，本發明採用超聲波加溼器來加溼氣體，經過流體力學核算，合理的將加溼器設置在進氣管路上，使水汽與臭氣在進氣管路內充分混合完成加溼過程，加溼效果能夠達到90％以上，氣體加溼均勻，能耗低，在進氣管路內實現氣體溼化，節約了空間。

由上所述，本發明創造性地調整傳統生物除臭裝置的結構，突破一級處理模式，結合生物除臭工藝特點，利用多級除臭系統協同除臭，創造性地將腐熟汙泥和生物炭聯合使用，可為微生物持續提供營養物質，利於微生物生存於腐熟汙泥表面及孔隙結構內，從而實現使微生物持續高效的吸附、降解臭氣，其使用的裝置不需要額外設置單獨的營養液噴淋系統，保障除臭系統的處理效率，使其達到集成化程度高，處理效果好的目的。兩級除臭系統的設計可以適應較大的惡臭負荷波動，經本發明除臭後的氣體符合《惡臭汙染物排放標準》(GB14554-93)中一級排放標準。

以下結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。

附圖說明

圖1為實施例中的生物組合協同除臭的工藝流程圖。

圖2為實施例中的除臭箱的正視圖。

圖3為實施例中的除臭箱的俯視圖。

圖4為實施例中的除臭箱的布氣管示意圖。

圖中標號：1-臭氣來源，101-臭氣管路，102-流量計，2-工藝水來源，201-加溼管路，202-超聲波加溼器，3-風機，4-溼度檢測儀，5-除臭箱，501-布氣層，502-一級除臭層，503-二級除臭層，504-進氣口，505-布氣管，506-微生物填料，507-過濾土壤，508-排水管口，510-人孔，511-pH檢測儀。

具體實施方式

實施例

參見圖1，圖示中的實施例為本發明的優選方式，除臭裝置整體包括尾氣管路101、加溼管路201、超聲波加溼器202、風機3、除臭箱5。臭氣來源1在經過加溼管路201過來的超聲水霧加溼後，進入除臭箱5，然後依次通過微生物填料層和土壤除臭層兩級除臭，並最終通過土壤除臭層自由逸散。

在生物除臭系統中為對汙染氣體飽和性加溼，通常是採用不間斷的循環噴淋設計，同時增加噴淋液中的溶氧量，為噴淋液中豐富的好氧菌群提供了保持活性和生存的前提條件，本實施例通過超聲波加溼器將工藝水霧化成100％的水汽，水汽直接在加溼管路中流動逸散，並與臭氣在管路內充分混合，再通過風機將加溼後的混合氣體帶入除臭裝置內，通過微生物的代謝作用達到除臭目的。

所述臭氣在經過加溼後，首先通過微生物填料除臭，本實施例的微生物填料成分為腐熟汙泥、生物炭、水泥和高爐礦渣，然後再通過土壤除臭，本實施例的土壤除臭層成分為腐熟汙泥、生物炭和壤土，土壤表層栽種植物，實現兩級除臭工藝，並最終通過土壤除臭系統頂部自由逸散。

所述腐熟汙泥的主要性能指標為好氧速率＜0.5gO2/kgVS·h、種子發芽率＞90％、WERL＜5gC/kgVS·d。該指標下的腐熟汙泥安全衛生，吸附除臭效果好。

所述腐熟汙泥的腐熟度為高度腐熟(採用美國加利福尼亞州堆肥質量委員會(CCQC)組織提出的評價標準)。

現有生物炭均可應用至本實施例中，作為優選，所述生物炭pH為8.2-13.0，比表面積為20m2/g-400m2/g，碳含量25.8％-88.0％，總氮量0.18％-6.0％。該優選指標下的生物炭和所述優選性能的腐熟汙泥協同吸附、處理臭氣的效果明顯。

所述生物炭粒徑為1-2mm。

作為優選，腐熟汙泥和生物炭的重量份比為20-30：60-80。在該優選比例下，腐熟汙泥和生物炭除臭的協同效果更好。

作為優選，所述的用於去除臭氣的生物除臭組合物還包含水泥和高爐礦渣。水泥和高爐礦渣的添加除進一步增強除臭效果外，避免該除臭組合物製成的填料的堵塞情況，有助於延長使用壽命，改善除臭效果。

所述高爐礦渣的粒徑為0.5-0.35mm。

作為優選，腐熟汙泥：生物炭：水泥：高爐礦渣的重量份比為20-30：60-80：2-4：6-12，土壤的腐熟汙泥、生物炭和壤土的重量份比為15-25:15-25:50-70在該優選物料及配比下，協同除臭效果明顯增強。

現有帶有惡臭氣味的臭味物質均可應用本發明所述的除臭組合物進行處理，作為優選，所述的臭味物質包含氨、硫化氫、甲硫醚、三甲胺中的至少一種。

除臭氣過程中，除臭填料與含臭味物質的氣體或氣霧接觸。

將臭味物質直接和所述的生物除臭組合物接觸；或利用布氣裝置將臭味物質鼓入溶液(例如水)中，再採用噴淋裝置霧化後與所述的除臭組合物接觸；所述除臭組合物中的微生物吸附並轉化該臭味物質，從而去除臭氣。

臭味物質在所述的除臭組合物內發生的反應例如為：

CxHyOz+NH3+O3→細胞物質+CO2+H2O+能量

S-2→S0→S2O32-→S3O62-→SO32-→SO42-

H2S+O2+自養硫化細菌+CO2→合成細胞物質+SO42-+H2O

CH3SHCH4→H2S→CO2+H2O+SO42-

本實施例在除臭氣的應用中，例如用作去除汙泥發酵、幹化產生的臭氣。

再次參見圖1，本實施例的除臭裝置中，臭氣管路101一端與臭氣來源1連通，另一端連接至除臭箱5的進氣口504，臭氣管路101上設有風機3；加溼管路201並聯連接在風機3前的除臭管路101上，與超聲波加溼器202連接，在臭氣進入除臭箱前，對臭氣管路中的臭氣進行加溼。在尾氣管路101上設有流量計102和溼度監測儀4，以檢測臭氣的進氣流量及控制臭氣溼度。

結合參見圖2至圖4，除臭箱5內分為串聯的布氣層501、一級除臭層502和二級除臭層503，布氣層501與進氣口504連通，一級除臭層502和二級除臭層503之間設置間隙，在一級除臭層中，通過透氣板設置微生物填料506，二級除臭層通過透氣板設置過濾土壤507，微生物填料及過濾土壤中均培養有吸收惡臭物質的微生物，微生物採用針對吸附臭氣的臭味物質氨、硫化氫、甲硫醚、三甲胺的種類，本領域技術人員可根據相應的臭氣種類選用相應的微生物品種。臭氣從過濾土壤逸散排放，在過濾土壤上種植草皮等低矮植物。

本實施例中，布氣層501、一級除臭層502和二級除臭層503在除臭箱5內豎向布置，二級除臭層503的過濾土壤鋪設在箱體的頂部，除臭後的氣體從這裡向外排放，除臭箱的底部設有排水管口508，對滲落到箱體底部的多餘水分進行收集排放，並在排水管口508設有pH檢測儀511，對滲濾的水進行pH檢測，可實現對微生物的生存環境pH進行監測。

如圖4所示，在布氣層501內設有若干叉形的布氣管505，每個布氣管505具有一個主管以及若干連通的支管，布氣管505的主管與進氣口504連通，若干支管上均勻設有布氣口。

在除臭箱5上還設有人孔510，工作時通過蓋板將人孔510封閉，如需對除臭箱內部進行檢修保養時，將人孔上的蓋板打開，即可進入箱體內部。

本實施例中的微生物填料構成的一級除臭層502，通過超聲波加溼器對臭氣管路內將臭氣加溼至溼度為92％的氣體(實驗結果證明，進氣溼度在90％以上，可保證填料的溼潤及微生物的活性)，在加溼過程中，易溶性惡臭物質在傳質過程中溶於水汽，惡臭物質由氣相轉變為液相，進入主體除臭裝置後，通過布氣管路進入到填料區，易溶性惡臭物質通過微生物的細胞壁和細胞膜被微生物吸收，不溶於水的惡臭氣體先附著在微生物體外，由微生物分泌的細胞外酶分解為可溶性物質再滲入細胞，惡臭物質進入細胞後在體內作為營養物質被微生物所分解、利用，使惡臭物質在填料層內得以去除。

將上述的微生物填料應用到生物除臭箱，用來吸附、降解氣體中的惡臭成分，為了延長生物除臭箱的運行時間、改善除臭效果，可將所述的除臭組合物與水混合，經模具壓合成型，製得除臭填料層。

所述除臭填料製備過程中，除臭組合物與水混合過程中，腐熟汙泥：生物炭：水泥：高爐礦渣：水的重量份比為20-30：60-80：2-4：6-12：60-85。

上述的微生物填料與水混合、使物料粘連，隨後經模具壓合成型，壓合成型的強度為1-3Mpa。

該除臭填料的製備方法中，利用水泥的膠凝性，將腐熟汙泥、生物炭及高爐礦渣膠結在一起，形成規則的填料。水泥與水接觸後，發生如下化學反應：

2(3CaO·SiO2)+6H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2

2(2CaO·SiO2)+4H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

3CaO·Al2O3+6H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O

4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O

高爐礦渣作為填料內的骨料。高爐礦渣可消耗水泥水化產物Ca(OH)2，使礦渣水泥中骨料和膠結料之間界面區域Ca(OH)2量減少，C-S-H凝膠填充界面孔隙，改善了界面結構，從而提高了界面凝膠強度；促使低C/S比的C-S-H凝膠形成，將腐熟汙泥、生物炭包裹在裡面，使硬化的填料結構強度更高。

所述除臭填料製備過程中，除臭組合物與水混合過程中，腐熟汙泥：生物炭：水泥：高爐礦渣：水的重量份比為20-30：60-80：2-4：6-12：60-85。

本實施例中的過濾土壤構成的二級除臭層503，經過微生物填料一級除臭後的氣體通過自由逸散進入到土壤過濾層除臭，土壤濾層由腐熟汙泥、生物炭及壤土按重量比例15-25:15-25:50-70混合而成，惡臭氣體通過土壤及植物根莖的吸附固定作用停留在土壤層，再經過土壤微生物的降解，達到進一步除臭的目的。

除臭箱5設置一級除臭層的填料區高度為1.5m，二級除臭系統土壤層高度0.3m，在土層的底部鋪放破碎石塊、卵石，臭氣通過卵石及石塊的縫隙自由逸散到土壤層，土壤表層鋪種綠色草皮，臭氣通過土壤微生物被淨化。經過結構、壓強核算，將兩級除臭系統安置在同一除臭裝置上，提高除臭裝置的集成化程度。

以下以兩個具體應用實例對本實施例的生物組合協同除臭工藝及裝置進行具體效果說明。

應用實例1

將上述實施例按照附圖製成小試裝置，除臭箱的L×B×H為1.2m×0.8m×1.5m，高程方向上，除臭箱底部距離布氣管0.2m為液體收集區，布氣管路到微生物填料層0.1m，微生物填料層高0.8m，微生物填料層頂部至土壤過濾層底部0.1m，土壤過濾層高0.3m，表面鋪種綠色草皮，忽略布氣管路內徑高度。利用本發明工藝生物除臭系統(採用超聲波加溼器，在臭氣管路內完成加溼過程；兩級生物除臭系統的集成設置)除臭，通入汙泥幹化所產生的臭氣，控制進氣量130m3/h，停留時間30s，環境溫度為25-32℃，系統連續運行30d。重複做3組平行試驗，試驗結果去除離散值，取其平均值，收集裝置排放的惡臭氣體，氣體採用博睿1080-B可攜式惡臭氣體檢測儀檢測，將測定試驗結果與《惡臭汙染物排放標準》(GB14554-93)中一級排放標準對比，結果如表1所示：

表1為本例運行效果數據

經上述條件運行30d，微生物生長狀況良好，系統內各部分運行狀態良好，出氣濃度符合《惡臭汙染物排放標準》(GB14554-93)中一級排放標準。

應用實例2

為上述實施例裝置在相同條件下與同類產品之間的比較

除臭箱L×B×H為1.2m×0.8m×1.5m，高程方向上，裝置底部距離布氣管0.2m為液體收集區，布氣管路到微生物填料層0.1m，微生物填料層高0.8m，微生物填料層頂部至土壤過濾層底部0.1m，土壤過濾層高0.3m，忽略布氣管路內徑高度。利用本發明工藝生物除臭系統(採用超聲波加溼器，在臭氣管路內完成加溼過程；兩級生物除臭系統的集成設置)除臭。

製作生物過濾塔L×B×H為1.2m×0.8m×1.5m，上部設置噴淋系統，下部設置營養液收集區，營養液循環使用，噴淋系統間接式噴淋，設置填料區高度0.8m。

製作生物滴濾塔L×B×H為1.2m×0.8m×1.5m，上部設置噴淋系統，下部設置營養液收集區，營養液循環使用，噴淋系統持續噴淋，設置填料區高度0.8m。

同時對本實施例以及上述生物過濾塔、生物滴濾塔通入汙泥幹化所產生的臭氣，控制進氣量130m3/h，停留時間30s，環境溫度為25-32℃，系統連續運行30d。重複做3組平行試驗，試驗結果去除離散值，取其平均值，收集裝置排放的惡臭氣體，體採用博睿1080-B可攜式惡臭氣體檢測儀檢測，經測定試驗結果與《惡臭汙染物排放標準》(GB14554-93)中一級排放標準對比，結果如表2所示：

表2為本例在相同條件下與同類產品間的運行效果比較

經上述條件運行本發明，運行30d，微生物生長狀況良好，系統內各部分運行狀態良好，出氣濃度符合《惡臭汙染物排放標準》(GB14554-93)中一級排放標準。同類產品部分排放指標超標，隨著系統運行營養液逐漸變黑，並伴有異味產生，微生物活性隨著除臭系統的運行越來越低，除臭效果逐漸降低。

以上實施例是對本發明的說明，並非對本發明的限定，本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的具體工作原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內，本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。