生物膜反应器-生物除臭塔组合装置及处理臭气的方法
【专利摘要】一种生物膜反应器-生物除臭塔组合装置：冷凝装置壳体内设有盘管，该盘管设的出气口通过曝气机连接至臭气生物处理集成装置的曝气盘；曝气盘上方设有填料架，填料架上生长有好氧生物膜；多孔板上铺设一层土工布，土工布上填装有生物填料；生物填料上方设有喷淋头；臭气生物处理集成装置顶部的出气孔连接至光催化降解反应装置的曝气盘；光催化降解反应装置装置底部开设有排泥孔，排泥孔上方设置有曝气盘，曝气盘上设置有紫外灭菌灯，催化降解反应装置装置内填充有半导体负载填料，上方设置有多孔隔板；光催化降解反应装置装置顶部出气口连接至臭气输入臭气吸附柱。本发明还公开了利用上述装置进行处理臭气的方法。
【专利说明】生物膜反应器-生物除臭塔组合装置及处理臭气的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种处理垃圾堆肥、污水处理、工业制造过程中产生的高温恶臭气体的组合工艺，是物理法、化学法及生物法的高度耦合。
[0002]本发明还涉及利用上述装置处理臭气的方法。
【背景技术】
[0003]随着社会经济的飞速发展及城市化进程的不断加速，环境污染问题日益突出。而近年来工业制造、垃圾处理、污水处理过程中产生的恶臭严重困扰着居民的生活，尤其污水处理厂、垃圾处理厂周边居民怨声载道、苦不堪言。臭气排放标准日益严格，寻找一种臭气深度彻底的处理工艺刻不容缓。
[0004]恶臭是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快和损坏生物环境的物质，有别于大气污染的产生和传播，其处理方法也较为多样，如生物分解法、吸收吸附法、化学氧化法、稀释扩散法等。现有工艺虽然对臭气有一定的处理作用，但其效果仍然不尽人意。由于垃圾处理场及养殖制造业产生的臭气多温度较高，臭气中不但含有多种无机致臭物质(如S02，H2S等)，还含有很多有机致臭基团(如烃类、含氧的有机物等)。本发明设计一种光催化降解反应装置使用纳米曝气的方式提高.0H产生率，由于微气泡具有庞大的数量、比表面积、缓慢的上升速度，大大增加了气液接触面积、接触时间，有利于臭氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺点。微气泡内部具有较大的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧烈改变产生的化学能促使产生更多的羟基自由基，增强臭氧氧化分解有机物的能力。臭氧在紫外光的照射作用下产生.0Η，臭氧能带走二氧化钛光致电子空穴对中的电子，从而产生了更多的羟基自由基，加速了有机物的降解，通过.0H的强氧化作用对有机污染物进行处理。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种生物膜反应器-生物除臭塔组合装置。
[0006]本发明的又一目的碍提供一种利用上述装置处理臭气的方法。
[0007]为实现上述目的生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，主要结构为:
[0008]一冷凝装置(I)，其内部设有盘管(2)，该盘管(2)沉浸在冷却液中，该盘管(2)的出气口通过曝气机(23)连接至臭气生物处理集成装置(8)的曝气盘(18)；
[0009]臭气生物处理集成装置(8)底部设有排泥孔(20)，曝气盘(18)设置在排泥孔
(20)上方，曝气盘(18)上方设有填料架(5)，填料架(5)上竖直方向设有填料(24)，填料
(24)上生长有好氧生物膜；填料(24)沉浸在水中；
[0010]水面上方设有多孔板(12)，多孔板(12)上铺设一层土工布，土工布上填装有生物填料(7);生物填料(7)上方设有喷淋头￠)，喷淋头(6)通过液压泵(9’ )连接至臭气生物处理集成装置(8)下方的出水孔；
[0011]臭气生物处理集成装置(8)顶部的出气孔通过曝气机(23’)连接至光催化降解反应装置(10)的曝气盘(18’ )；
[0012]光催化降解反应装置(10)内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，光催化降解反应装置(10)底部开设有排泥孔(20’)，排泥孔(20’ )上方设置有曝气盘(18’)，曝气盘(18’ )上设置有紫外灭菌灯(11)，光催化降解反应装置(10)与紫外灭菌灯(11)的空间内填充有半导体负载填料(21)，半导体负载填料(21)上方设置有多孔板(12’)；光催化降解反应装置(10)顶部的出气孔连接至臭气吸附柱(16)；
[0013]臭气吸附柱(16)内分为三层，上层为无纺布填充层(15)，中层为赤泥改性分子筛填充层(14)，下层为活性炭填充层(13);活性炭填充层(13)连接排气塔(17)。
[0014]所述的生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，其中，光催化降解反应装置10内壁均匀负载的非金属掺杂光催化剂；光催化降解反应装置10内填充的半导体负载填料为纳米T12粉体负载在立体网状聚丙烯填料上组成。
[0015]所述生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，其中，臭气生物处理集成装置8的外壁设有保温层，冷凝装置I与臭气生物处理集成装置8之间设有一个液压泵9，通过该液压泵9使冷却液在冷却装置I和臭气生物处理集成装置8的保温层之间循环。
[0016]所述生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，其中，冷凝装置I内的冷却液用油仃作为热介质。
[0017]所述生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，其中，所述的曝气机为纳米曝气机，曝气机均连接流量计。
[0018]所述的生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，其光催化降解反应装置外壳及上方遮光板外涂抹一层黑色涂料用以遮光。
[0019]本发明提供的利用上述组合装置处理臭气的方法，其主要过程是:
[0020]待处理气体自盘管进气口流入，由盘管的出气口流出，盘管沉浸在冷却液中，气体在盘管流动过程中进行热交换，降低臭气温度；
[0021]冷凝装置的冷却液通过液压泵送至臭气生物处理集成装置的保温层内用于对臭气生物处理集成装置保温；
[0022]经冷凝装置处理后的臭气输送至臭气生物处理集成装置，通过臭气生物处理集成装置截留具恶臭味的有害气体，吸附在臭气生物处理集成装置内部的生物填料表面，并通过生物填料表面的微生物的代谢作用使臭气降解；
[0023]经臭气生物处理集成装置处理的臭气输送至光催化降解反应装置中，由纳米曝气装置中产生的羟基自由基对臭气进行芬顿高级氧化，恶臭气的活性基团经过氧化后失活，消除刺激性气味；
[0024]其中光催化降解反应装置中纳米二氧化钛晶体作为光触媒在紫外灯照射下激发极具氧化力的自由负离子，同时在纳米曝气过程中以及超声波发生过程激发的能量亦可发生并加强自由负离子的产生，达成光催化效果；而自由负离子以及其摆脱共价键的束缚后留下空位，与纳米气泡表面带有的电荷同时产生微电解效果，可灭杀细菌、病原菌和微生物等，分解残留难降解有机化合物及有毒物质，持久安全的对浊度污水进行消毒降解。针对难降解致臭成分的处理方面具有很大的优势。
[0025]经光催化降解反应装置处理过的臭气输入臭气吸附柱中，臭气首先通过无纺布填充层，吸收气体所带水分，然后经过赤泥改性分子筛填充层对臭气进行离子交换及物理吸附，最后通过活性炭填充层对残余致臭物质进行最后的吸附，直接排放至大气环境。
[0026]所述的方法，其中，臭气生物处理集成装置内的生物填料含水率低于30%时启动液压泵。
[0027]所述的方法，其中，臭气生物处理集成装置内的生物填料是采用填埋场矿化垃圾或垃圾堆肥的腐殖产物。
[0028]所述的方法，其中，臭气生物处理集成装置内的温度为25_35°C，臭气生物处理集成装置处理进气为O2，用于清洁填料；光催化降解反应装置的进气为O3，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，起强氧化作用。
[0029]本发明联合物理法、化学法及生物法协同处理臭气，采用微生物吸附、分解臭气中恶臭成分，采用芬顿高级氧化进一步处理灭活，最后使用物理吸附，对恶臭气体进行深度处理，处理后的气体完全可以直接排放至大气环境。本工艺具有极强的除臭效果，可广泛应用于垃圾处理、污水处理、工业制造及养殖行业产生的气体处理工程。
[0030]本发明具有极强的除臭效果，可广泛应用于垃圾处理、污水处理、工业制造及养殖等各行业产生的气体处理工程。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明的组合装置结构示意图。
[0032]附图中主要组件符号说明:
[0033]I冷凝装置；2盘管；3指针式张力计；4探头；5填料架；6喷淋头；7生物填料；8臭气生物处理集成装置；9、9’液压泵；10光催化降解反应装置；11紫外灭菌等；12、12’多孔板；13活性炭填充层；14赤泥改性分子筛填充层；15无纺布填充层；16臭气吸附柱；17排气塔；18、18’曝气盘；19防水套筒；20、20’排泥孔；21半导体负载填料；22、22’流量计；23、23’纳米曝气机；24填料。
【具体实施方式】
[0034]本发明是应用物理法、化学法及生物法的协同作用深度处理恶臭气体。本发明提供的生物膜反应器-生物除臭塔处理臭气的组合工艺，其主要结构包括:
[0035]冷凝装置1，由外壳、盘管2、冷却液组成，待处理气体自盘管2进气端流入，由盘管2另一端流出，盘管2沉浸在冷却液中，气体在盘管流动过程中进行热交换，将降低臭气温度，冷凝装置I内冷却液选用油仃作为热介质。在冷凝装置I与臭气生物处理集成装置8之间设置有一个液压泵9将冷却液输送至臭气生物处理集成装置8的保温层内用于保温；经冷凝装置I处理后臭气在纳米曝气机23作用下输送至臭气生物处理集成装置8中的曝气盘18。臭气生物处理集成装置中曝气盘18通过流量计22与纳米曝气机23连接。
[0036]其中，臭气生物处理集成装置8底部开设有排泥孔20，其内部位于排泥孔20上方设有曝气盘18，曝气盘18上方设有填料架5，填料架5上竖直方向布设有生物填料7，生物填料7沉浸在水中，其上生长有好氧生物膜；水面上50cm处设有多孔板18，多孔板18上铺设一层土工布，土工布上填装生物填料7，该生物填料采用填埋场矿化垃圾或垃圾堆肥的腐殖产物；生物填料7上方设有喷淋装置6，该喷淋装置6通过一液压泵9’连接至臭气生物处理集成装置8下方的出水孔。臭气生物处理集成装置8内设有探测含水率的控头4，该探头4的信号由指针式张力计3控制，指针式张力计3与液压泵9连接，当指针式张力计3指示生物填料7含水率低于30%时启动液压泵。剩余污泥由排泥孔20排出。
[0037]臭气生物处理集成装置8顶部的出气孔通过曝气机23’连接至光催化降解反应装置10的曝气盘18’，光催化降解反应装置9中曝气盘18’通过流量计22’与纳米曝气机23’连接。
[0038]光催化降解反应装置10内壁均匀负载一层非金属掺杂纳米二氧化钛光催化剂，光催化降解反应装置10底部开设有排泥孔20’，排泥孔20’上方设置有曝气盘18’，曝气盘18’上设置有紫外灭菌灯11，紫外灭菌灯11外有一防水套筒。光催化降解反应装置10与紫外灭菌灯11的空间内填充有半导体负载填料21 (如纳米T12粉体负载在立体网状聚丙烯填料)，半导体负载填料21上方设置有多孔板12’ ；光催化降解反应装置10顶部的出气孔连接至臭气吸附柱16。光催化降解反应装置10会产生大量的羟基自由基，对臭气进行芬顿高级氧化，恶臭气的活性基团经过氧化后失活，刺激性气味即消失。同时杀死臭气中的病原菌、细菌等，提高净化效能。
[0039]经过光催化降解反应装置10处理过的臭气输入臭气吸附柱16。臭气吸附柱16内自上而下的分为三层:无纺布填充层15、赤泥改性分子筛填充层14和活性炭填充层13。
[0040]以下结合附图作详细说明。
[0041]本发明的生物膜反应器-生物除臭塔处理臭气的组合装置，主要包括五个部分:冷凝装置、臭气生物处理集成装置、光催化降解反应装置、臭气吸附柱、排气塔。
[0042]待处理气体首先通过冷凝装置1，于盘管2中进行热交换，将高温臭气温度降低至30°C左右；冷凝处理后的臭气进入臭气生物处理集成装置8，在纳米曝气机23和曝气盘18作用下将臭气分割成纳米级气泡，并输送至臭气生物处理集成装置8，纳米气泡在水中可停留4小时左右，大大延长了气泡与水的接触面积和停留时间，提闻臭气在微生物体外附着效率。经过水洗臭气中大部分恶臭成分在水中溶解，并通过微生物的分解消耗，除臭率达到50%。臭气浮出水面后继续向上推进，通过多孔板12上的孔洞在生物填料7中扩散。恶臭成分附着在微生物表面，随其代谢活动降解，除臭率达到70%。
[0043]经过臭气生物处理集成装置8处理的臭气通过纳米曝气机23’在光催化降解反应装置10继续处理，对臭气进行芬顿高级氧化，恶臭气的活性基团经过氧化后失活，刺激性气味即消失，同时去除了臭气中的病原菌及细菌等。经过光催化降解反应装置10处理过的臭气输入臭气吸附柱16，光催化降解反应装置10中的污泥从排泥孔20’排出；臭气首先通过无纺布填充层15吸收气体所带水分；经过赤泥改性分子筛填充层14对臭气进行离子交换及物理吸附；通过活性炭填充层13对残余致臭物质进行最后的吸附；经过上述处理后的气体可通过排气塔17直接排放至大气环境。
【权利要求】
1.一种生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，主要结构为: 一冷凝装置(I)，其内部设有盘管(2)，该盘管(2)沉浸在冷却液中，该盘管(2)的出气口通过曝气机(23)连接至臭气生物处理集成装置(8)的曝气盘(18)； 臭气生物处理集成装置(8)底部设有排泥孔(20)，曝气盘(18)设置在排泥孔(20)上方，曝气盘(18)上方设有填料架(5)，填料架(5)上竖直方向设有填料(24)，填料(24)上生长有好氧生物膜；填料(24)沉浸在水中； 水面上方设有多孔板(12)，多孔板(12)上铺设一层土工布，土工布上填装有生物填料(7);生物填料(7)上方设有喷淋头￠)，喷淋头(6)通过液压泵(9’)连接至臭气生物处理集成装置(8)下方的出水孔； 臭气生物处理集成装置(8)顶部的出气孔通过曝气机(23’)连接至光催化降解反应装置(10)的曝气盘(18’ )； 光催化降解反应装置(10)内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，光催化降解反应装置(10)底部开设有排泥孔(20’)，排泥孔(20’)上方设置有曝气盘(18’)，曝气盘(18’)上设置有紫外灭菌灯(11)，光催化降解反应装置(10)与紫外灭菌灯(11)的空间内填充有半导体负载填料(21)，半导体负载填料(21)上方设置有多孔板(12’)；光催化降解反应装置(10)顶部的出气孔连接至臭气吸附柱(16)； 臭气吸附柱(16)内分为三层，上层为无纺布填充层(15)，中层为赤泥改性分子筛填充层(14)，下层为活性炭填充层(13);活性炭填充层(13)连接排气塔(17)。
2.根据权利要求1所述的生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，其中，光催化降解反应装置内壁均匀负载的非金属掺杂纳米二氧化钛光催化剂；光催化降解反应装置内填充的半导体负载填料为纳米T12粉体负载在立体网状聚丙烯填料上组成。
3.根据权利要求1所述生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，其中，臭气生物处理集成装置的外壁设有保温层，冷凝装置与臭气生物处理集成装置之间设有一个液压泵，通过该液压泵使冷却液在冷却装置和臭气生物处理集成装置的保温层之间循环。
4.根据权利要求1所述生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，其中，冷凝装置内的冷却液用油彳丁作为热介质。
5.根据权利要求1所述生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，其中，所述的曝气机为纳米曝气机，曝气机均连接流量计。
6.根据权利要求1所述的生物膜反应器-生物除臭塔组合装置，其光催化降解反应装置外壳及上方遮光板外涂抹一层黑色涂料用以遮光。
7.一种利用权利要求1所述组合装置处理臭气的方法，其主要过程是: 待处理气体自盘管进气口流入，由盘管的出气口流出，盘管沉浸在冷却液中，气体在盘管流动过程中进行热交换，降低臭气温度； 冷凝装置的冷却液通过液压泵送至臭气生物处理集成装置的保温层内用于对臭气生物处理集成装置保温； 经冷凝装置处理后的臭气输送至臭气生物处理集成装置，通过臭气生物处理集成装置截留具恶臭味的有害气体，吸附在臭气生物处理集成装置内部的生物填料表面，并通过生物填料表面的微生物的代谢作用使臭气降解； 经臭气生物处理集成装置处理的臭气输送至光催化降解反应装置中，由纳米曝气装置中产生的羟基自由基对臭气进行芬顿高级氧化，恶臭气的活性基团经过氧化后失活，消除刺激性气味； 经光催化降解反应装置处理过的臭气输入臭气吸附柱中，臭气首先通过无纺布填充层，吸收气体所带水分，然后经过赤泥改性分子筛填充层对臭气进行离子交换及物理吸附，最后通过活性炭填充层对残余致臭物质进行最后的吸附，直接排放至大气环境。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，臭气生物处理集成装置内的生物填料含水率低于30%时启动液压泵。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，臭气生物处理集成装置内的生物填料是采用填埋场矿化垃圾或垃圾堆肥的腐殖产物。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，臭气生物处理集成装置内的温度为25-35°C，臭气生物处理集成装置处理进气为O2，用于清洁填料；光催化降解反应装置的进气为O3，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，起强氧化作用。
【文档编号】B01D53/75GK104147908SQ201410360089
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】李英军, 席北斗, 王雷, 玄有福 申请人:李英军