申請日2013.08.28
公開(公告)日2016.02.03
IPC分類號B01D53/85; B01D53/58; B01D53/52
摘要
一種生物除臭填料及裝置，生物除臭填料由生物炭、礦化垃圾和聚氨酯以2-4︰3-5︰1-5的質(zhì)量比均勻混合而成，其填充密度為0.5-1.0g/cm3，粒徑范圍為5-50mm，比表面積為200-300m2/g;裝置包括相互連通的洗滌塔和生物填料塔，該生物填料塔為密封容器，由基礎(chǔ)單元和若干反應(yīng)單元上下相疊連接而成，每一反應(yīng)單元包括置于桶體內(nèi)部的由聚氨酯料塊構(gòu)成的聚氨酯填料層和由所述生物除臭填料構(gòu)成的生物填料層。本發(fā)明提高了去除惡臭效率，縮短了啟動時間，增強(qiáng)了抗沖擊能力，不容易堵塞，具有原料來源廣泛、成本低廉、制備簡單、可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了垃圾惡臭的有效控制，適用于污水和垃圾處理場、屠宰場、養(yǎng)殖場及化工廠等場所。
權(quán)利要求書
1.一種采用生物除臭填料的生物除臭裝置，包括相互連通的洗滌塔和生物填料塔，所述生物除臭填料由生物炭、礦化垃圾和聚氨酯以2-4︰3-5︰1-5的質(zhì)量比均勻混合而成，其填充密度為0.5-1.0g/cm3，粒徑范圍為5-50mm，比表面積為200-300m2/g;其特征在于：所述的生物填料塔為密封容器，其由一基礎(chǔ)單元和若干反應(yīng)單元上下相疊連接而成;所述基礎(chǔ)單元位于該生物填料塔的最底部，該基礎(chǔ)單元包括桶體和設(shè)置于該桶體內(nèi)的石子墊層，一排水管和用以連通所述洗滌塔的進(jìn)氣管穿過該桶體的側(cè)壁插入石子墊層內(nèi);所述若干反應(yīng)單元依次疊置于所述基礎(chǔ)單元之上，每一反應(yīng)單元包括桶體、聚氨酯填料層和生物填料層，位于下層的聚氨酯填料層與位于上層的生物填料層填置于所述桶體內(nèi)部，該聚氨酯填料層由聚氨酯料塊構(gòu)成，該生物填料層由所述生物除臭填料構(gòu)成，一營養(yǎng)液添加管穿過桶體的側(cè)壁插入該聚氨酯填料層內(nèi);所述基礎(chǔ)單元和各反應(yīng)單元的桶體通過法蘭緊密連接，位于所述生物填料塔最上部的反應(yīng)單元的桶體頂部設(shè)置有出氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物除臭裝置，其特征在于：所述的洗滌塔為裝有清水或堿性溶液的密封容器，其設(shè)有通入惡臭氣體的進(jìn)口和連通所述生物填料塔的出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物除臭裝置，其特征在于：所述的惡臭氣體包含有NH3和 H2S，NH3的濃度為0.4-5.0mg/m3，H2S的濃度為0.01-0.3mg/m3，該惡臭氣體的氣體流量為 0.8-3.0m3/h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物除臭裝置，其特征在于：所述的反應(yīng)單元的直徑為20-100 cm，高度為30-150cm;所述的聚氨酯填料層的高度為5-20cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物除臭裝置，其特征在于：所述的生物炭是由污泥處在 550-750℃的無氧或缺氧狀態(tài)下，通過厭氧/缺氧熱解過程獲得，其BET為100-500m2/g，顆粒尺寸為5-50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物除臭裝置，其特征在于：所述的污泥是排水管道、泵站或污水處理廠的剩余污泥，含水率為60-90%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物除臭裝置，其特征在于：所述的礦化垃圾為生活垃圾填埋 6-15年后獲得的穩(wěn)定或半穩(wěn)定化的垃圾篩分細(xì)料，其粒徑<50mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物除臭裝置，其特征在于：所述的聚氨酯為不規(guī)則塊狀，顆粒尺寸為20-50mm。
說明書
一種生物除臭填料及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于廢氣處理的材料及裝置，具體涉及一種用于去除生活垃圾惡臭的生物除臭填料及裝置，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
我國城市生活垃圾中有機(jī)質(zhì)的含量(重量)在50-70%左右(其中廚余含量在55%左右，果皮含量約在10%左右)，主要成分為碳?xì)浠衔?(CH2O)6和(CH2O)12)、蛋白質(zhì)(C46H77O17N12S) 和脂肪(C55H104O6)等，呈現(xiàn)出高含水率、高有機(jī)質(zhì)、易腐解等特點(diǎn)。易腐垃圾在降解過程中將釋放大量的惡臭氣體，按照其化學(xué)組成可分為5類：(1)含硫物質(zhì)，包括硫化氫、硫醇、硫醚等;(2)含氮物質(zhì)，包括氨、胺、吲哚等;(3)含氧物質(zhì)，包括醇、酚、醛酮和有機(jī)酸等;(4)含鹵物質(zhì)，主要是鹵代烴類;(5)烴類物質(zhì)，主要是長鏈烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等;其中硫和氮物質(zhì)是導(dǎo)致惡臭的主要成分。
目前生活垃圾惡臭污染控制方法主要有除臭劑除臭法、物理除臭法、化學(xué)除臭法、生物除臭法等。噴灑除臭劑的種類通常有氣味屏蔽中和劑、植物提取液、化學(xué)酶制劑除臭液和微生物除臭劑等。物理除臭法主要采用掩蔽中和、吸收吸附、稀釋等方法，但這只是將惡臭物質(zhì)從一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種形態(tài)，或?qū)⑵錆舛冉档�，并未從根本上改變其臭味污染特性，其處理效果持續(xù)時間較短�；瘜W(xué)除臭法是利用惡臭污染物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)特性將其轉(zhuǎn)化為無臭物質(zhì)，主要有燃燒法、氧化法、等離子體分解等技術(shù)。生物法除臭法是利用微生物的代謝活動將惡臭組分轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚臒o臭物質(zhì)或微生物細(xì)胞，主要有生物吸收、生物過濾和生物滴濾三種生物除臭方式。
生物除臭技術(shù)存在著啟動時間長(除臭菌群的生長周期一般在一個月以上)、占地面積大(氣體停留時間在30-60s左右)、抗沖擊能力低等問題，并且其一般只適用于處理水溶性的惡臭氣體，并需要外加營養(yǎng)鹽等�，F(xiàn)有的除臭填料一般為陶粒、塑料空心球、樹皮等木質(zhì)纖維素、竹炭等，但這些材料要么價格高，要么易碎不穩(wěn)定，因此選擇具有穩(wěn)定除臭效率、成本低廉的新型填料，并構(gòu)建有效的除臭系統(tǒng)成為其中的關(guān)鍵。一般除臭填料要求具有以下特性：較低的密度、多孔性、高度的濕潤性、均勻和較大的比表面積。生物除臭濾池作為一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，填料空隙率將隨生物膜的生長而變化，空隙率的變化反過來又影響氣體的流速、傳質(zhì)過程和生物膜生長，顯然這是一個相互影響的動態(tài)過程，填料的選擇必須考慮相關(guān)反應(yīng)。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專利號為ZL200520026504.7的中國專利《惡臭生物處理用填料》披露了如下內(nèi)容：“由網(wǎng)狀聚氨酯泡沫塑料和硬質(zhì)塑料環(huán)形填料兩種填料組成。該實(shí)用新型填料克服了單獨(dú)使用網(wǎng)狀聚氨酯多孔泡沫塑料作為填料時出現(xiàn)的填料易壓實(shí)、氣體短流、固定微生物不易更新和填料中央易產(chǎn)生厭氧區(qū)等缺點(diǎn)，以及單獨(dú)使用硬質(zhì)塑料環(huán)形填料時出現(xiàn)的填料比表面積小、孔隙率低、不易掛膜等缺點(diǎn)�！保欢撎盍现饕鳛閽炷び貌牧�，而不具有自帶的生物特性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有生物除臭技術(shù)存在的啟動時間長、占地面積大、抗沖擊能力低的不足，提供一種成本低廉、制備簡單、使用壽命長的生物除臭填料及裝置，利用生物炭的載體作用、礦化垃圾的除臭微生物接種作用以及聚氨酯類物質(zhì)的彈性疏松作用，使得在高效處理生活垃圾產(chǎn)生的惡臭的同時，有效延長裝置的運(yùn)行壽命，從而極大地提高社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種生物除臭填料，其由生物炭、礦化垃圾和聚氨酯均勻混合而成，該生物炭︰礦化垃圾︰聚氨酯的質(zhì)量比為2-4︰3-5︰1-5。
所述的混合形成的生物除臭填料的填充密度為0.5-1.0g/cm3，粒徑范圍為5-50mm，比表面積為200-300m2/g。
所述的生物炭是由污泥處在550-750℃的無氧或缺氧狀態(tài)下，通過厭氧/缺氧熱解過程獲得，其BET為100-500m2/g，顆粒尺寸為5-50mm;所述的污泥是排水管道、泵站或污水處理廠的剩余污泥，含水率為60-90%。
所述的礦化垃圾為生活垃圾填埋6-15年后獲得的穩(wěn)定或半穩(wěn)定化的垃圾篩分細(xì)料，其粒徑<50mm。
所述的聚氨酯為不規(guī)則塊狀，顆粒尺寸為20-50mm。
本發(fā)明另一技術(shù)方案為：
一種采用上述生物除臭填料的生物除臭裝置，包括相互連通的洗滌塔和生物填料塔，所述的生物填料塔為密封容器，其由一基礎(chǔ)單元和若干反應(yīng)單元上下相疊連接而成;所述基礎(chǔ)單元位于該生物填料塔的最底部，該基礎(chǔ)單元包括桶體和設(shè)置于該桶體內(nèi)的石子墊層，一排水管和用以連通所述洗滌塔的進(jìn)氣管穿過該桶體的側(cè)壁插入石子墊層內(nèi);所述若干反應(yīng)單元依次疊置于所述基礎(chǔ)單元之上，每一反應(yīng)單元包括桶體、聚氨酯填料層和生物填料層，位于下層的聚氨酯填料層與位于上層的生物填料層填置于所述桶體內(nèi)部，該聚氨酯填料層由聚氨酯料塊構(gòu)成，該生物填料層由所述生物除臭填料構(gòu)成，一營養(yǎng)液添加管穿過桶體的側(cè)壁插入該聚氨酯填料層內(nèi);所述基礎(chǔ)單元和各反應(yīng)單元的桶體通過法蘭緊密連接，位于所述生物填料塔最上部的反應(yīng)單元的桶體頂部設(shè)置有出氣口。
所述的洗滌塔為裝有清水或堿性溶液的密封容器，其設(shè)有通入惡臭氣體的進(jìn)口和連通所述生物填料塔的出口，所述惡臭氣體包含有NH3和H2S，NH3的濃度為0.4-5.0mg/m3，H2S 的濃度為0.01-0.3mg/m3，該惡臭氣體的氣體流量為0.8-3.0m3/h。
所述的反應(yīng)單元的直徑為20-100cm，高度為30-150cm;所述的聚氨酯填料層的高度為 5-20cm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用一定配比的生物炭、礦化垃圾和聚氨酯混合成生物除臭填料，并以該生物除臭填料為主構(gòu)建成生物填料塔，該生物填料塔是由礦物質(zhì)、有機(jī)物(包括活的有機(jī)體)、水分和氣體等四大組分組成的固、液、氣三相自然體系。
生物除臭填料中的生物炭是主要固體成分，是整個自然體系構(gòu)成的骨架，它的性狀決定了填料床層的親疏水性能。生物炭是由污泥在完全或部分缺氧條件下經(jīng)熱解炭化產(chǎn)生的一類固態(tài)物質(zhì)，其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積巨大，包含有大量表面負(fù)電荷以及高電荷密度;生物炭對無機(jī)物(如NH3、H2S等)和極性/非極性有機(jī)化合物(如VOCs等)都具有較強(qiáng)的吸附和生物降解能力，特別是，生物炭具有改善微生物細(xì)胞附著性能、促進(jìn)特殊類群微生物的棲息生長和團(tuán)聚體形成、強(qiáng)化固氮、硝化與硫氧化還原微生物菌群活性的作用。生物炭填料的多孔結(jié)構(gòu)、良好的保濕性和透氣性，有利于微生物的棲息生長，生物炭還可以強(qiáng)化難溶于水的非極性、弱極性分子的生物降解和物理吸附能力，從而有利于難溶氣體的溶解從液膜控制轉(zhuǎn)變?yōu)闅饽た刂苹蛘邇烧吖餐刂�，提高難溶氣體的生物降解率，同時還能部分提高其抗沖擊能力。
生物除臭填料中的礦化垃圾是垃圾填埋場封場數(shù)年后形成的垃圾降解產(chǎn)物。此時填埋場表面沉降量非常小(如小于1cm/a)，垃圾中易降解物質(zhì)已完全或接近完全降解，垃圾本身已很少或不產(chǎn)生滲濾液和填埋氣，垃圾中可生物降解含量(BDM)較小(如<2.55%)，滲濾液 COD濃度較低，垃圾填埋場達(dá)到穩(wěn)定化狀態(tài)即無害化狀態(tài)，此時的礦化垃圾臭味降低、易自然晾篩，其中的細(xì)料物質(zhì)(Φ≤100mm)外觀類似腐殖質(zhì)、呈微團(tuán)聚體狀、質(zhì)地疏松、具有無數(shù)極微孔隙和巨大的表面積，且富含有機(jī)質(zhì)、通透性好、陽離子交換容量高，加之上面因特殊形成過程而附著生長了種類繁多、數(shù)量龐大、適應(yīng)性強(qiáng)的微生物群落和各種活性酶，對纖維素、木質(zhì)素、多環(huán)芳烴等難降解有機(jī)物有與生俱來的親合性和降解能力，因此礦化垃圾非常適于用作優(yōu)良高效的惡臭凈化基質(zhì)。礦化垃圾具有良好的多孔性結(jié)構(gòu)及巨大的表面積，并富含微生物，尤其是降解型微生物。試驗(yàn)結(jié)果表明：礦化垃圾具有較強(qiáng)的離子交換容量(67.9 meq/100g干垃圾)，較大的吸附比表面積，有機(jī)質(zhì)含量較高(5.41%)，含有種類和數(shù)量可觀的微生物種群(細(xì)菌數(shù)達(dá)4.5×106個)，可應(yīng)用于生物降解，pH值中性，含水率良好(20%左右)，是一種良好的生物填料。礦化垃圾是極端環(huán)境微生物的載體，包括嗜鹽、嗜堿、嗜熱和嗜冷微生物，其中的細(xì)菌以芽孢桿菌屬、變形菌屬和動球菌屬為優(yōu)勢菌屬，古菌以甲烷八疊球菌屬和甲烷嗜熱菌屬為優(yōu)勢菌屬。正是由于礦化垃圾中含有這些具有特殊代謝系統(tǒng)的極端微生物才使其具有強(qiáng)的惡臭生物去除能力，證實(shí)了礦化垃圾是一種性能優(yōu)越的生物介質(zhì)。多孔疏松的礦化垃圾吸附了污泥中的發(fā)臭氣體并提高了污泥與氧氣接觸的程度，礦化垃圾中的鈣、鎂、鐵等金屬離子也與惡臭物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從而降低污泥的臭度。
另外，針對生物填料中的易堵現(xiàn)象，本發(fā)明將多孔性聚氨酯作為生物除臭填料的一個重要組分，開發(fā)抗堵塞惡臭濾池處理技術(shù)，以突破處理系統(tǒng)堵塞的技術(shù)瓶頸。聚氨酯的反應(yīng)主要通過其疏水性，可以使得生成微生物不會在其中得到良好附著體。在其發(fā)生生物濾池作用時，由于聚氨酯類物質(zhì)中眾多孔徑大小介于幾十微米到毫米之間孔隙的存在，惡臭氣體能夠借助于礦化垃圾/生物炭等的空隙以及聚氨酯的類海綿孔隙運(yùn)行，特別由于聚氨酯類物質(zhì)具有疏水性，對水、水溶性有機(jī)物、親水性微生物具有排斥作用，降低了污泥的附著能力，減輕了其生物堵塞作用，有利于系統(tǒng)的滲濾作用。此后，隨著時間延長，生物炭/礦化垃圾等與聚氨酯表面形成了特殊的親水性表面基團(tuán)與疏水性內(nèi)部基團(tuán)構(gòu)成的顆粒化單元，該顆�；瘑卧捎H水性的聚氨酯-礦化垃圾/生物炭混合層與疏水性的聚氨酯滲水通道組成的顆�；瘑卧�，惡臭經(jīng)過該顆�；瘑卧玫絻艋幚�，整個生物填料塔內(nèi)由于擁有大量的這種顆粒化單元，使單元與單元、單元與土壤介質(zhì)之間構(gòu)成了一個有機(jī)的整體，因而不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。而生物炭、礦化垃圾與聚氨酯按照一定的組分進(jìn)行混合，克服了單獨(dú)使用網(wǎng)狀聚氨酯多孔泡沫塑料作為填料時出現(xiàn)的易壓實(shí)、氣體斷流、固定微生物不易更新等缺點(diǎn)。
總之，本發(fā)明充分發(fā)揮了礦化垃圾對生活垃圾的適應(yīng)性以及礦化垃圾的惡臭接種劑作用，利用剩余污泥處理后的生物炭對于微生物的適應(yīng)性，同時結(jié)合聚氨酯物質(zhì)的良好載體作用及一定的疏水性，使得微生物難以在其上面有效生長，從而構(gòu)建了惡臭氣體的生物過濾通道。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)本發(fā)明中的生物炭有效中和與緩解了大容量惡臭氣體負(fù)荷、不同pH值惡臭氣體的沖擊作用，通過其吸附等功效延長惡臭氣體在生物填料中停留時間，提高了生物除臭填料的去除惡臭效率;
(2)礦化垃圾中部分碳物質(zhì)以及內(nèi)含大量微生物，經(jīng)過填埋場穩(wěn)定化長期自然馴化，對惡臭氣體本身具有很好的自適應(yīng)性，礦化垃圾中含有大量的去除惡臭所需要的微生物，為生物除臭填料的快速啟動帶來很好的接種作用，縮短其啟動時間;
(3)聚氨酯提供了疏松的環(huán)境，降低了生物降解過程導(dǎo)致的密度增加;
(4)生物填料塔采用若干反應(yīng)單元的組合結(jié)構(gòu)，解決了惡臭去除過程中，其降解生成的污泥在不同高度填料層中的質(zhì)量分配情況，即使當(dāng)發(fā)生了堵塞現(xiàn)象，通過反應(yīng)單元上下置換或者更換下部某一單元，即可排除其堵塞問題。
