一种用于废气处理的浮球顶盖耦合生物膜装置及方法

1.本发明属于废气处理技术领域，尤其涉及一种用于废气处理的浮球顶盖耦合生物膜装置及方法。


背景技术：

2.目前，污水处理厂在生物处理单元以及污泥浓缩单元会产生大量的臭气和废气，主要包括氨气、硫化氢以及vocs等气体，给周围的环境带来了严重的影响。污水厂处理废气时，主要采用异位处理，即通过加盖收集废气进入输气管，运送到集中处理点集中处理。集中处理常采用的方法有物理吸附、化学洗涤、生物滤池。三种处理方式的效果都比较好，但是也有各自的缺陷，异位处理也面临污染物泄露的风险。
3.现今大多数的生物处理单元均为敞开液面式。为减少污水及废水处理中臭气与vocs的逸散，污水厂常添加阳光板、玻璃钢、反吊膜结构、浮动顶盖等加盖设施。整体的加盖设施与对应的回收设备往往需要根据其形态以及池的改造进行改变，在这一过程中，容易造成能耗的增加与成本的提升。浮动顶盖则有着灵活性好、适应性强的优势。
4.现有浮动顶盖技术的单体主要为六边形结构。数量巨大的浮动顶盖单体，通过边与边的接合，可以实现对污废水产生气体的源头覆盖。六边形浮动顶盖理论上可以完全覆盖整个水面，但实际情况中，由于水面受自然风的波动、现有工艺的局限(池中搅拌设备等)、生物处理池的形状等影响，拼合时往往会留下许多缝隙，甚至边与边无法贴合、浮动顶盖单体彼此重叠，导致处理效果无法达到预期。也即浮动顶盖单体的形状仍具有一定的局限性。而圆形相对六边形具有更好的自分散性能，同时塑料单体小球之间贴合更紧密，可以有效解决上述问题。
5.此外，浮动顶盖的添加，仅仅对臭气、挥发性气体进行阻断，并没有从根本上吸收处理气体，仍需要将气体收集，并运送到集中处理点进行降解处理。异位处理又面临成本的增加与臭气泄露的风险。而在小球表面附着生物膜实现可以避免异位处理的诸多弊端，实现在哪产生，在哪解决的原位处理，处理效果也相当。
6.综上，将圆形小球和生物膜结合，形成的浮球顶盖耦合生物膜进行臭气的原位处理可以有效解决上述问题。
7.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
8.(1)现有技术采用的浮动顶盖主要为六边形结构，数量巨大，在拼合时往往留下许多缝隙，导致对废气的阻挡效果不佳；
9.(2)现有技术仅采用浮动顶盖无法完全吸收处理臭气、挥发性气体，仍耗费人力将气体收集，进行异位处理，导致成本增加的同时提高了废气泄露的风险。


技术实现要素：

10.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于废气处理的浮球顶盖耦合生物膜装置及方法。
11.本发明是这样实现的，一种用于废气处理的浮球顶盖耦合生物膜装置，所述用于废气处理的浮球顶盖耦合生物膜装置包括：
12.浮球顶盖，耦合于生物膜，用于遮盖废气，抑制废气逸出；
13.生物膜，上附着于所述浮球顶盖，用于进一步吸收未逸出的废气。
14.进一步，所述浮球顶盖由多个塑料小球组成，所述塑料小球相互挤压、碰撞，可以自分散而均匀排布于水面上，形成浮球顶盖。
15.进一步，所述塑料小球为空心结构，球体表面为粗糙表面，所述表面为一层塑料球壳，厚度约为2～3mm，以abs、pla各种塑料材质为原料制成，小球大小、内部空腔的球径依据各种原材料密度的不同调整。
16.进一步，所述塑料小球之间保持着一定频率和强度的碰撞和剪切，塑料小球与液相之间也保持着一定程度的水力剪切，用于脱落所述生物膜中老化微生物，更新生物膜。
17.进一步，所述浮球顶盖覆盖于水面上时，小球在水面线以下部分的体积和在水面线以上部分的体积各占浮球体积的1/2。
18.进一步，所述生物膜由微生物附着于所述浮球顶盖生长而成，所述微生物包括有硝化菌、反硝化菌等。
19.进一步，所述生物膜包括厌氧层与好氧层。
20.本发明的另一目的在于提供一种用于废气处理的方法，所述用于废气处理的方法先利用浮动顶盖阻断臭气以及挥发性气体；后利用生物膜进一步吸收废气。
21.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
22.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
23.本发明所提供的浮球顶盖耦合生物膜用于废气处理装置环境适应性强，并且浮球顶盖设计灵活且简单，可调整性强，无需安装，使用十分便捷，利用浮球顶盖耦合生物膜实现了对污染性废气的原位处理，大幅度降低了成本。
24.将浮球顶盖投入使用只需要将与生物膜成功耦合的浮球顶盖直接导入需要进行覆盖的液相等介质上即可，使用方便，不需要高度的专业技能。
25.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
26.本发明所采用的浮球顶盖为具有一定厚度的外表面粗糙的球壳，其结构比较简单，因此工程应用中便于实现。此外，根据需求可以采用不同材料如各种塑料来制得浮球顶盖，以满足对浮球顶盖的密度、悬浮特性、化学稳定性、抗腐蚀性等的要求，所制作的浮球顶盖可以根据需要对其大小以及内部空腔大小等进行调整，灵活性强，调整空间广泛。
27.第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
28.(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
29.本发明适用于多种需要对逸散气体进行遮盖和处理的环境，例如城镇污水处理厂的生物处理单元等，对于污水处理具有较大的收益。
30.(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：
31.技术的创新，本发明不同于现有技术仅仅采用浮动顶盖遮盖阻挡，而是结合耦合于浮动顶盖的生物膜增加对臭气的吸收处理，并且无需异位处理，有效降低处理成本以及泄流的风险，而此项技术在国内并未被公开。
32.(3)本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：
33.现阶段常见的对污染性废气的处理方式是“加盖收集、转移、处理”，且最后一步的处理也有利用物理方法、化学方法以及生物方法的。值得注意的是，这三种方式的共同点在于对废气的处理方式采取了异位处理。而本发明以城镇污水处理厂的生物处理单元为例：通过浮球顶盖的物理遮盖作用将污染性废气限制在液相内，并借助浮球顶盖上的生物膜中微生物对废气的吸附与生物降解作用从而实现污染性废气在原位的无害化处理。不仅能省去废气转移管路，也能省去后续的废气处理构筑物，从而使建设成本降低。
附图说明
34.图1是本发明实施例提供的浮球顶盖不带生物膜情况下的轴测图；
35.图2是本发明实施例提供的用于废气处理的浮球顶盖耦合生物膜装置剖面图；
36.图3是本发明实施例提供的浮球顶盖整体轴测图；
37.图4是本发明实施例提供的浮球顶盖整体正视图；
38.图中：1、浮球顶盖球壳部分；2、生物膜。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
40.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
41.本发明实施例提供的用于废气处理的浮球顶盖耦合生物膜装置包括：
42.浮球顶盖，耦合于生物膜，用于遮盖废气，抑制废气逸出；
43.生物膜，上附着于所述浮球顶盖，用于进一步吸收未逸出的废气。
44.进一步，所述浮球顶盖由多个塑料小球组成，受到自然风的扰动，所述塑料小球相互挤压、碰撞，可以自分散而均匀排布于水面上，形成浮球顶盖。
45.进一步，所述塑料小球为空心结构，球体表面为粗糙表面，所述表面为一层塑料球壳，厚度约为2～3mm，以abs、pla各种塑料材质为原料制成，小球大小、内部空腔的球径依据各种原材料密度的不同调整。
46.进一步，所述塑料小球之间保持着一定频率和强度的碰撞和剪切，塑料小球与液相之间也保持着一定程度的水力剪切，用于脱落所述生物膜中老化微生物，更新生物膜。
47.进一步，所述浮球顶盖覆盖于水面上时，小球在水面线以下部分的体积和在水面线以上部分的体积各占浮球体积的1/2。
48.进一步，所述生物膜由微生物附着于所述浮球顶盖生长而成，所述微生物包括有硝化菌、反硝化菌。
49.进一步，所述生物膜包括厌氧层与好氧层。
50.进一步，所述生物膜中含有各类微生物，对氨气、硫化氢、vocs等污染性废气具有吸收与降解作用。
51.二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
52.依据使用者对浮球顶盖的密度、悬浮特性、化学稳定性、耐腐蚀性等性能的要求，选定合适的原材料。根据所使用的相应原材料的密度以及对浮球顶盖的使用要求，调整其外部尺寸以及内部空腔大小，以满足浮球顶盖表观密度的要求，所制成的浮球顶盖在未形成生物膜前如图1所示。
53.在一定条件下利用浮球顶盖为载体，同时正常培养具有特定的吸收与降解污染性废气功能的微生物，使相应的微生物逐渐在浮球顶盖上附着生长，形成生物膜，完成浮球顶盖与生物膜的耦合，此时浮球顶盖整体结构如图2所示，生物膜层包括厌氧层与好氧层。
54.将成功耦合生物膜的塑料小球直接导入需要遮盖废气的单元，例如污水处理厂的生物处理单元，塑料小球的分布如图3所示，液位线与塑料小球球心重合。塑料小球铺于液面上，通过自然风等的扰动使单元球体结构自分散，塑料小球均匀分布，形成浮球顶盖。
55.均匀分布在液面上的浮球顶盖针对液相中的污染性废气具有物理与生物化学两个方面的作用。其物理作用体现在浮球顶盖对污染性废气的物理阻挡作用，能够阻绝废气从液相中逸散，使废气强制停留在液相主体中；其生物化学作用体现在浮球顶盖上形成的生物膜上，生物膜中的微生物能够对污染性废气分子进行充分的吸附与生物降解，从而对液相中的污染性废气实现原位上的无害化处理。
56.此外，考虑到生物膜法具有生物膜老化、脱落等问题，而在该发明中自然风等的扰动将使浮球顶盖各单元之间保持着一定频率和强度的碰撞和剪切，浮球顶盖各单元与液相之间也保持着一定程度的水力剪切，从而能够使浮球顶盖上附着生长的生物膜中老化微生物得以脱落，生物膜得到更新，从而能够长期保持较高的活性和良好的吸附与降解性能。
57.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
58.三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
59.传统未耦合生物膜的六角形浮动顶盖覆盖页面后，油气挥发量减少了65.5％，正己烷挥发量减少了93％，betx挥发量减少了52％，对恶臭气体减排81～96％
60.应用本发明后，除了其他指标处理效果和上述传统六角浮动顶盖相当，氨气的逸
出率降低了80％左右，硫化氢的逸出率降低了64％左右。本发明可以适应水处理技术领域绝大部分的针对污染性废气的有效覆盖，并能实现对污染性废气在原位上的无害化处理。
61.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。