基于生物膜法的堆肥臭氣組合處理裝置設計方法

李彤彤+++席北斗++王雷++張列宇++蔡明軒++劉慧

摘 要：本發明設計一種光催化降解反應裝置使用納米曝氣的方式提高·OH產生率，由于微氣泡具有龐大的數量、比表面積、緩慢地上升速度，大大增加了氣液接觸面積、接觸時間，有利于臭氧溶于水中，克服了臭氧難溶于水的缺點。微氣泡內部具有較大的壓力且納米氣泡破裂時界面消失，周圍環境劇烈改變產生的化學能促使產生更多的羥基自由基，增強臭氧氧化分解有機物的能力。臭氧在紫外光的照射作用下產生·OH，臭氧能帶走二氧化鈦光致電子空穴對中的電子，從而產生了更多的羥基自由基，加速了有機物的降解，通過·OH的強氧化作用對有機污染物進行處理。

關鍵詞：生物膜法；除臭；設計方法

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A

0.背景

隨著社會經濟的飛速發展及城市化進程的不斷加速，環境污染問題日益突出。而近年來工業制造、垃圾處理、污水處理過程中產生的惡臭嚴重困擾著居民的生活，尤其污水處理廠、垃圾處理廠周邊居民怨聲載道、苦不堪言。臭氣排放標準日益嚴格，尋找一種臭氣深度徹底的處理工藝刻不容緩。

惡臭是指一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快和損壞生物環境的物質，有別于大氣污染的產生和傳播，其處理方法也較為多樣，如生物分解法、吸收吸附法、化學氧化法、稀釋擴散法等。現有工藝雖然對臭氣有一定的處理作用，但其效果仍然不盡人意。由于垃圾處理場及養殖制造業產生的臭氣多溫度較高，臭氣中不但含有多種無機致臭物質（如SO2，H2S等），還含有很多有機致臭基團（如烴類、含氧的有機物等）。

因此本設計方法就是用來處理垃圾堆肥、污水處理、工業制造過程中產生的高溫惡臭氣體。

1.組成結構和工作原理

本裝置的目的在于提供一種生物膜反應器-生物除臭塔組合裝置，有效的處理垃圾堆肥、污水處理、工業制造過程中產生的高溫惡臭氣體。為實現上述目的，本技術提供的液體滾筒分選機，其主要結構為：冷凝裝置，其內部設有盤管，該盤管沉浸在冷卻液中，該盤管的出氣口通過第一曝氣機連接至臭氣生物處理集成裝置的第一曝氣盤；臭氣生物處理集成裝置底部設有第一排泥孔，第一曝氣盤設置在第一排泥孔上方，第一曝氣盤上方設有填料架，填料架上豎直方向設有填料，填料上生長有好氧生物膜；填料沉浸在水中；水面上方設有第一多孔板，第一多孔板上鋪設一層土工布，土工布上填裝有生物填料；生物填料上方設有噴淋頭，噴淋頭通過第二液壓泵連接至臭氣生物處理集成裝置下方的出水孔；臭氣生物處理集成裝置頂部的出氣孔通過第二曝氣機連接至光催化降解反應裝置的第二曝氣盤；光催化降解反應裝置內壁均勻負載一層非金屬摻雜光催化劑，光催化降解反應裝置底部開設有第二排泥孔，第二排泥孔上方設置有第二曝氣盤，第二曝氣盤上設置有紫外滅菌燈，光催化降解反應裝置與紫外滅菌燈的空間內填充有半導體負載填料，半導體負載填料上方設置有第二多孔板；光催化降解反應裝置頂部的出氣孔連接至臭氣吸附柱；臭氣吸附柱內分為三層，上層為無紡布填充層，中層為赤泥改性分子篩填充層，下層為活性炭填充層；活性炭填充層連接排氣塔。

生物膜反應器-生物除臭塔組合裝置中的光催化降解反應裝置內壁均勻負載非金屬摻雜光催化劑；光催化降解反應裝置內填充的半導體負載填料為納米TiO2粉體負載在立體網狀聚丙烯填料上組成。臭氣生物處理集成裝置的外壁設有保溫層，冷凝裝置與臭氣生物處理集成裝置之間設有一個第一液壓泵，通過該第一液壓泵使冷卻液在冷卻裝置和臭氣生物處理集成裝置的保溫層之間循環。冷凝裝置內的冷卻液用油仃作為熱介質。所述的第一曝氣機和第二曝氣機均為納米曝氣機，第一曝氣機和第二曝氣機均連接流量計。所述的生物膜反應器-生物除臭塔組合裝置，其光催化降解反應裝置外殼及上方遮光板外涂抹一層黑色涂料用以遮光。

本技術提供的生物膜反應器-生物除臭塔組合裝置，聯合物理法、化學法及生物法協同處理臭氣，采用微生物吸附、分解臭氣中惡臭成分，采用芬頓高級氧化進一步處理滅活，最后使用物理吸附，對惡臭氣體進行深度處理，處理后的氣體完全可以直接排放至大氣環境。工藝具有極強的除臭效果，可廣泛應用于垃圾處理、污水處理、工業制造及養殖行業產生的氣體處理工程。

2.具體實施方式

待處理氣體自盤管進氣口流入，由盤管的出氣口流出，盤管沉浸在冷卻液中，氣體在盤管流動過程中進行熱交換，降低臭氣溫度；冷凝裝置的冷卻液通過第一液壓泵送至臭氣生物處理集成裝置的保溫層內用于對臭氣生物處理集成裝置保溫；經冷凝裝置處理后的臭氣輸送至臭氣生物處理集成裝置，通過臭氣生物處理集成裝置截留具惡臭味的有害氣體，吸附在臭氣生物處理集成裝置內部的生物填料表面，并通過生物填料表面的微生物的代謝作用使臭氣降解；經臭氣生物處理集成裝置處理的臭氣輸送至光催化降解反應裝置中，由第二曝氣機中產生的羥基自由基對臭氣進行芬頓高級氧化，惡臭氣的活性基團經過氧化后失活，消除刺激性氣味；其中光催化降解反應裝置中納米二氧化鈦晶體作為光觸媒在紫外燈照射下激發極具氧化力的自由負離子，同時在納米曝氣過程中以及超聲波發生過程激發的能量亦可發生并加強自由負離子的產生，達成光催化效果；而自由負離子以及其擺脫共價鍵的束縛后留下空位，與納米氣泡表面帶有的電荷同時產生微電解效果，可滅殺細菌、病原菌和微生物等，分解殘留難降解有機化合物及有毒物質，持久安全的對濁度污水進行消毒降解。針對難降解致臭成分的處理方面具有很大的優勢。經光催化降解反應裝置處理過的臭氣輸入臭氣吸附柱中，臭氣首先通過無紡布填充層，吸收氣體所帶水分，然后經過赤泥改性分子篩填充層對臭氣進行離子交換及物理吸附，最后通過活性炭填充層對殘余致臭物質進行最后的吸附，直接排放至大氣環境。

臭氣生物處理集成裝置內的生物填料含水率低于30%時啟動第一液壓泵。臭氣生物處理集成裝置內的生物填料是采用填埋場礦化垃圾或垃圾堆肥的腐殖產物。臭氣生物處理集成裝置內的溫度為25℃～35℃，臭氣生物處理集成裝置處理進氣為O2，用于清潔填料；光催化降解反應裝置的進氣為O3，通過納米曝氣大量獲得羥基自由基，起強氧化作用。endprint

本發明具有極強的除臭效果，可廣泛應用于垃圾處理、污水處理、工業制造及養殖等各行業產生的氣體處理工程，如圖1所示。

三、展望

隨著城市化加快，居住地不斷向郊區擴張，工廠基地大多聚集在郊區，人們離產生惡臭氣體的企業距離越近。傳統的將產生的惡臭氣體的設施搬離人們居住區很遠的位置已不再適用。生物膜法的反應器-除臭塔組合裝置利用細菌和生物分解臭氣中惡臭成分，采用芬頓高級氧化進一步處理滅活，最后使用物理吸附，對惡臭氣體進行深度處理，處理后的氣體完全可以直接排放至大氣環境，表現出較強的變通性和實用性。

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