CN106552503A - 一体化生物氧化脱氨气装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种一体化生物氧化脱氨气装置及方法，该装置包括：第一生物氧化反应室，用以进行氨气生物氧化反应；以及填料承托层，设置在该第一生物氧化反应室内中部，该填料承托层之上设有微生物挂膜填料，其中该微生物挂膜填料是由高分子聚合物材料制成的透水且透气的成型模块，其模块的形状和尺寸与该第一生物氧化反应室的中部容纳空间相适配，在该微生物挂膜填料内容纳有微生物活性污泥。本装置的使用年限可达15年以上，对氨的处理效率可达80％以上。

Description

一体化生物氧化脱氨气装置及方法

本发明涉及一种一体化生物氧化脱氨气装置及方法，其可以用于资源与环境技术领域、节能减排领域的含氨气体的治理，具体而言，可用于处理工业或农业生产过程中产生的含氨气体，亦可改善城市雾霾水平，适用场合包括畜禽养殖、污水处理、好氧堆肥、粪污处理、石油化工、印染皮革、有机原料加工等。

背景技术

大气的氨气防控对于构建区域大气污染联防联控技术体系具有重要作用，其中在北京，针对大气中氨排放的分析与控制，已成为首都蓝天专项行动的重点任务之一。针对氨气末端排放，排放到大气中的氨气控制技术我国还没有实际生产的应用案例，氨气绝对排放量相关的规范性法律法规或标准也未出台。

从国内外目前的研究来看，氨气治理的方法基本上是采用物理、化学和生物手段，或者这几种方法的组合。物理法有活性炭吸附、分子筛吸附法，该方法将氨气通过由活性炭或分子筛组成的滤层，进行吸附，但该方法只能将氨气暂时吸附，未能有效处理，存在二次污染问题，且需要配合化学法进行处理。化学法有酸液吸收法，处理成本高，一般采用过量酸液进行吸收，因此吸收后的废液存在二次污染。

生物法可以有效克服物理法和化学法可能出现的二次污染问题。目前生物法采用的，微生物挂膜填料多为火山岩颗粒、陶粒、树皮、干草、椰壳等天然生物质填料，其使用寿命期短、传质性能无法完全满足工业需求，其填料寿命直接影响生物法脱氨设备的寿命及运行费用，而且填料的粒径小、易掉落，对承托层有很高的要求，这些均给生物脱氨法的推广应用带来不便。

发明内容

为克服现有技术运行成本高、处理不稳定、设备寿命短以及造成危险化学品二次污染的缺陷，本发明提供一种一体化生物氧化脱氨气装置及方法。不仅能有效克服系统气体过流压降大所导致的系统引风能耗大、填料性能不足的缺点，而且运行成本低，运行稳定，安全易操作，设备寿命长，能方便的实现生物氧化脱氨气设备的一体化、成套化撬装。

根据本发明的一个实施例，一种一体化生物氧化脱氨气装置，包括：第一生物氧化反应室，用以进行氨气生物氧化反应；以及填料承托层，设置在该第一生物氧化反应室内中部，该填料承托层之上设有微生物挂膜填料，其中该微生物挂膜填料是由高分子聚合物材料制成的透水且透气的成型模块，其模块的形状和尺寸与该第一生物氧化反应室的中部容纳空间相适配，在该微生物挂膜填料内容纳有微生物活性污泥。

其中该微生物挂膜填料的成型模块是由多个高分子聚合物材料层叠加制成，该成型模块在三维空间内外形成多个相互连通的微小腔孔，该微生物挂膜填料自身具有结构强度。

其中该微生物挂膜填料的比表面积大于400m²/m³，承载力大于自身重力10倍，能够根据尺寸需求在长、宽、高三个维度上进行自由切割和组装。

其中该微生物挂膜填料的成型模块呈立方体形。

该一体化生物氧化脱氨气装置还包括：雾化喷淋装置，设置在该第一生物氧化反应室内上部，使用蠕动泵或污泥泵将含有该微生物活性污泥的喷淋循环液泵入该雾化喷淋装置进行喷淋挂膜，其喷出的喷淋循环液向下进入该微生物挂膜填料中形成生物膜，继而又一部分喷淋循环液落在该第一生物氧化反应室内的下部，再通过由该蠕动泵或该污泥泵组成的循环装置输送至该雾化喷淋装置；进气口，设置在该生物氧化反应室侧壁上并位于该填料承托层下方，待处理气体经由该进气口进入该第一生物氧化反应室内部；以及气体分布器，设置在该填料承托层下方，该待处理气体通过该气体分布器均匀布气，并向上穿过该微生物挂膜填料，在该微生物挂膜填料中与该喷淋循环液逆流接触。

该一体化生物氧化脱氨气装置还包括出气口，设置在该第一生物氧化反应室上方，通过该微生物挂膜填料后的气体经由该出气口流出该第一生物氧化反应室。

该一体化生物氧化脱氨气装置还包括：第二生物氧化反应室，其设置在该第一生物氧化反应室附近，并具有与该第一生物氧化反应室相同的结构。

该一体化生物氧化脱氨气装置还包括排气口，设置在第二生物氧化反应室的顶部，在该排气口中设有负压排气装置，在该负压排气装置之下设有旋流板。

该一体化生物氧化脱氨气装置还包括气室，设置在该第一生物氧化反应室与第二生物氧化反应室之间，其中该气室与该第一生物氧化反应室和该第二生物氧化反应室连通；以及支架，设置在该第一生物氧化反应室、该第二生物氧化反应室及该气室下方用于支撑。

根据本发明的另一个实施例，一种一体化生物氧化脱氨气方法，包括以下步骤：在第一生物氧化反应室中，雾化后的喷淋循环液向下流动，在微生物挂膜填料的成型模块的中形成喷淋挂膜，并在挂膜过程完成后继续循环喷淋，同时待处理气体向上流动，在微生物挂膜填料中形成气液逆流接触，实现生物氧化反应。

该一体化生物氧化脱氨气方法还包括以下步骤：在第二生物氧化反应室中进行与该第一生物氧化反应室中同样的喷淋挂膜和生物氧化反应过程。

该一体化生物氧化脱氨气方法还包括以下步骤：在该第一生物氧化反应室中，反应后气体通过出气口进入气室，并向下流动至该气室侧壁处与第二生物氧化反应室连通的进气口，进入该第二生物氧化反应室中并在其中再次实现该生物氧化反应，处理后气体经由排气口排出该一体化生物氧化脱氨气装置之外。

其中该挂膜过程包括：该喷淋挂膜时间耗时在24小时以内，然后对微生物进行驯化，所述驯化包括：按处理气量负荷的20％通入待处理气体对微生物进行驯化，通过排气口处的氨气检测仪器实时检测处理后气体的氨气含量；当氨气减量超过80％时，将通入待处理气体量提高至负荷的50％，通过该氨气检测仪器实时检测处理后气体的氨气含量；当氨气减量超过80％时，将通入待处理气体量提高至负荷的80％，通过该氨气检测仪器实时检测处理后气体的氨气含量；以及当氨气减量超过80％时，即可按设计负荷通入待处理气体，此时喷淋挂膜过程全部完成，整个过程耗时60日以内。

其中设置在第一生物氧化反应室和第二生物氧化反应室中的雾化喷淋装置的喷流角度范围为60°～170°，使得第一和第二生物氧化反应室内的相对湿度大于90％。

其中在进行该喷淋挂膜和该生物氧化反应时，第一生物氧化反应室和第二生物氧化反应室的室内温度达5-65℃，喷淋循环液的PH值为5-9。

采用高分子聚合物PU和PVC等材料制成的高比表面积的生物亲和性填料，确保了气液充分接触；通过调整风量、微生物生长pH、湿度、气体停留时间、填料层高度、循环液成分来优化设计参数，降低了填料层压降、提高了氨气去除率、实现了一体化装置结构和处理过程。将含氨气体通入反应装置中，循环液通过水泵从填料上方喷淋下来，采用气液逆流的方式使含氨气体通过生物填料，通过优势降解微生物的氧化作用实现氨气的转化脱除，处理后的气体通过负压排气装置排放，排放气体中的水分通过旋流板分离而留在反应室内。

高分子聚合物材料制成的微生物挂膜填料成型模块透水且透气性能良好，挂膜效果比传统的天然生物质填料有很大改善，对填料承托层的要求得以降低，彻底解决了填料易掉落及其引起的后续问题，可使本装置的使用年限达15年以上。本装置对氨的处理效率可达80％以上。

附图说明

图1为本发明中的一体化生物氧化脱氨气装置结构示意图；

图2为微生物挂膜填料成型模块的立体示意图。

其中的附图标记说明如下：

1、进气口；2、排气口；3、雾化喷淋装置；4、微生物挂膜填料；5、第一生物氧化反应室；6、填料承托层；7、喷淋循环液；8、出气口；9、旋流板；10、负压排气装置；11、气室；12、气体分布器；13、支架；14、第二生物氧化反应室；40、高分子聚合物材料层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的装置和方法以及运行方式进行详细描述。

如图1所示，为本发明中的一体化生物氧化脱氨气装置结构示意图。

根据本发明的一个实施例，一体化生物氧化脱氨气装置包括：第一生物氧化反应室5，用以进行氨气生物氧化反应；以及填料承托层6，可具有杆状结构并设置在该第一生物氧化反应室5内中部，该填料承托层6之上设有微生物挂膜填料4，该微生物挂膜填料4是由高分子聚合物材料制成的透水且透气的成型模块，其模块的形状和尺寸与该第一生物氧化反应室5的中部容纳空间相适配，在该微生物挂膜填料4内容纳有微生物活性污泥。

如图2所示，该微生物挂膜填料4的成型模块是由多个高分子聚合物材料层40叠加制成，该成型模块在三维空间内外形成多个相互连通的微小腔孔，该微生物挂膜填料4自身具有结构强度。该微生物挂膜填料4的比表面积大于400m²/m³，承载力大于自身重力10倍。该成型模块可以适应不同尺寸的设计，能够根据尺寸需求在长、宽、高三个维度上进行自由切割和组装。

该微生物挂膜填料4在反应室内的填料区内可填充整个填料区(根据填料区尺寸和模数可设置两层或三层微生物挂膜填料4，图1中有相应表示)。

其中该微生物挂膜填料4的成型模块可以呈立方体形，也可以是与生物氧化反应室的形状相适配的其他任意三维形状。

该一体化生物氧化脱氨气装置还包括：雾化喷淋装置3，设置在该第一生物氧化反应室5内上部，使用蠕动泵或污泥泵将含有该微生物活性污泥的喷淋循环液7泵入该雾化喷淋装置3进行喷淋挂膜，其喷出的喷淋循环液7向下进入该微生物挂膜填料4中形成生物膜，继而又一部分喷淋循环液7落在该第一生物氧化反应室5内的下部，再通过由该蠕动泵或该污泥泵组成的循环装置输送至该雾化喷淋装置3；进气口1，设置在该生物氧化反应室5侧壁上并位于该填料承托层6下方，待处理气体经由该进气口1进入该第一生物氧化反应室5内部；以及气体分布器12，设置在该填料承托层6下方，该待处理气体通过该气体分布器12均匀布气，并向上穿过该微生物挂膜填料4，在该微生物挂膜填料4中与该喷淋循环液7形成逆流接触。

该一体化生物氧化脱氨气装置还包括出气口8，设置在该第一生物氧化反应室5上方，通过该微生物挂膜填料4后的气体经由该出气口8流出该第一生物氧化反应室5。

该一体化生物氧化脱氨气装置还包括第二生物氧化反应室14，其设置在该第一生物氧化反应室5附近，除了将出气口8换成排气口2之外，该第二生物氧化反应室14具有与该第一生物氧化反应室5基本相同的结构和功能。即，第二生物氧化反应室14同样设置有进气口1、雾化喷淋装置3、填料承托层6、微生物挂膜填料4、以及气体分布器12等。

每个反应室的尺寸越小，则气体的分布越均匀，喷淋吸收的越均匀，使得微生物在水平方向的分布更均匀，空间利用率大。

该排气口2设置在第二生物氧化反应室14的顶部，在该排气口2中设有负压排气装置10，在该负压排气装置10之下设有旋流板9。该旋流板9用于截留排出气体中的水分，从而保持填料层湿度，减少运行过程中水分的散失。

根据具体的应用场合，该一体化生物氧化脱氨气装置也可以只包括第一生物氧化反应室5，此时应将出气口8替换成排气口2及负压排气装置10等。

该一体化生物氧化脱氨气装置还包括：气室11，设置在该第一生物氧化反应室5与第二生物氧化反应室14之间，其中该气室11通过该出气口8与该第一生物氧化反应室5连通，通过该第二生物氧化反应室14的进气口1余与第二生物氧化反应室14连通(即，第一生物氧化反应室5的出气口8设置在气室11的侧壁上方，第二生物氧化反应室14的进气口1设置在气室11的另一个侧壁下方)；以及支架13，设置在该第一生物氧化反应室5、该第二生物氧化反应室14及该气室11下方用于支撑。

其中，出气口8设计时应避免喷淋循环液的通过，气室11两侧的挡板淹没入喷淋循环液7中，旋流板9安装在负压排气装置10之前。杆状结构的填料承托层6、旋流板9、支架13和挡板均为非核心技术(可采用现有技术或稍加改进)。

根据本发明的另一个实施例，一种一体化生物氧化脱氨气方法，包括以下步骤：

在第一生物氧化反应室5中，雾化后的喷淋循环液7向下流动，在微生物挂膜填料4的成型模块的中形成喷淋挂膜，并在挂膜过程完成后继续循环喷淋，同时待处理气体向上流动，在微生物挂膜填料4中形成气液逆流接触，实现生物氧化反应。

该一体化生物氧化脱氨气方法还包括以下步骤：在第二生物氧化反应室14中进行与该第一生物氧化反应室5中同样的喷淋挂膜和生物氧化反应过程。

该一体化生物氧化脱氨气方法还包括以下步骤：在该第一生物氧化反应室5中，反应后气体通过出气口8进入气室11，并向下流动至该气室11侧壁处与第二生物氧化反应室14连通的进气口1，进入该第二生物氧化反应室14中并在其中再次实现该生物氧化反应，处理后气体经由排气口2排出该一体化生物氧化脱氨气装置之外。

其中该挂膜过程包括：该喷淋挂膜时间耗时在24小时以内，然后对微生物进行驯化，所述驯化包括：按处理气量负荷的20％通入待处理气体对微生物进行驯化，通过排气口2处的氨气检测仪器实时检测处理后气体的氨气含量；当氨气减量超过80％时，将通入待处理气体量提高至负荷的50％，通过该氨气检测仪器实时检测处理后气体的氨气含量；当氨气减量超过80％时，将通入待处理气体量提高至负荷的80％，通过该氨气检测仪器实时检测处理后气体的氨气含量；以及当氨气减量超过80％时，即可按设计负荷通入待处理气体，此时喷淋挂膜过程全部完成，整个过程耗时60日以内。

其中设置在第一生物氧化反应室5和第二生物氧化反应室14中的雾化喷淋装置3的喷流角度范围为60°～170°，使得第一和第二生物氧化反应室内的相对湿度大于90％。

其中在进行该喷淋挂膜和该生物氧化反应时，第一生物氧化反应室5和第二生物氧化反应室14的室内温度达5-65℃，喷淋循环液7的PH值为5-9。

该一体化生物氧化脱氨气装置的喷淋循环液7为不间断喷淋，定期排放换水。

该一体化生物氧化脱氨气装置采用保温岩棉对外表面(含屋面)进行保温。该第一和第二反应室5和14内的气压为负压状态运行，温度为室温。

采用高分子聚合物PU和PVC等材料制成的高比表面积的生物亲和性填料，确保了气液充分接触；通过调整风量、微生物生长pH、湿度、气体停留时间、填料层高度、循环液成分来优化设计参数，降低了填料层压降、提高了氨气去除率、实现了一体化装置结构和处理过程。将含氨气体通入反应装置中，循环液通过水泵从填料上方喷淋下来，采用气液逆流的方式使含氨气体通过生物填料，通过优势降解微生物的氧化作用实现氨气的转化脱除，处理后的气体通过负压排气装置排放，排放气体中的水分通过旋流板分离而留在反应室内。

高分子聚合物材料制成的微生物挂膜填料成型模块透水且透气性能良好，挂膜效果比传统的天然生物质填料有很大改善，对填料承托层的要求得以降低，彻底解决了填料易掉落及其引起的后续问题，可使本装置的使用年限达15年以上。本装置对氨的处理效率可达80％以上。

Claims (10)

1.一种一体化生物氧化脱氨气装置，包括：

第一生物氧化反应室(5)，用以进行氨气生物氧化反应；以及

填料承托层(6)，设置在该第一生物氧化反应室(5)内中部，该填料承托层(6)之上设有微生物挂膜填料(4)，其中该微生物挂膜填料(4)是由高分子聚合物材料制成的透水且透气的成型模块，其模块的形状和尺寸与该第一生物氧化反应室(5)的中部容纳空间相适配，在该微生物挂膜填料(4)内容纳有微生物活性污泥。

2.根据权利要求1所述的一体化生物氧化脱氨气装置，其中该微生物挂膜填料(4)的成型模块是由多个高分子聚合物材料层(40)叠加制成，该成型模块在三维空间内外形成多个相互连通的微小腔孔，该微生物挂膜填料(4)自身具有结构强度。

3.根据权利要求2所述的一体化生物氧化脱氨气装置，其中该微生物挂膜填料(4)的比表面积大于400m²/m³，承载力大于自身重力10倍，能够根据尺寸需求在长、宽、高三个维度上进行自由切割和组装。

4.根据权利要求3所述的一体化生物氧化脱氨气装置，其中该微生物挂膜填料(4)的成型模块呈立方体形。

5.根据权利要求1所述的一体化生物氧化脱氨气装置，还包括：

雾化喷淋装置(3)，设置在该第一生物氧化反应室(5)内上部，使用蠕动泵或污泥泵将含有该微生物活性污泥的喷淋循环液(7)泵入该雾化喷淋装置(3)进行喷淋挂膜，其喷出的喷淋循环液(7)向下进入该微生物挂膜填料(4)中形成生物膜，继而又一部分喷淋循环液(7)落在该第一生物氧化反应室(5)内的下部，再通过由该蠕动泵或该污泥泵组成的循环装置输送至该雾化喷淋装置(3)；

进气口(1)，设置在该生物氧化反应室(5)侧壁上并位于该填料承托层(6)下方，待处理气体经由该进气口(1)进入该第一生物氧化反应室(5)内部；以及

气体分布器(12)，设置在该填料承托层(6)下方，该待处理气体通过该气体分布器(12)均匀布气，并向上穿过该微生物挂膜填料(4)，在该微生物挂膜填料(4)中与该喷淋循环液(7)逆流接触。

6.根据权利要求5所述的一体化生物氧化脱氨气装置，还包括：

出气口(8)，设置在该第一生物氧化反应室(5)上方，通过该微生物挂膜填料(4)后的气体经由该出气口(8)流出该第一生物氧化反应室(5)。

7.根据权利要求1至5的任意一个所述的一体化生物氧化脱氨气装置，还包括：第二生物氧化反应室(14)，其设置在该第一生物氧化反应室(5)附近，并具有与该第一生物氧化反应室(5)相同的结构。

8.根据权利要求7所述的一体化生物氧化脱氨气装置，还包括：

排气口(2)，设置在第二生物氧化反应室(14)的顶部，在该排气口(2)中设有负压排气装置(10)，在该负压排气装置(10)之下设有旋流板(9)。

9.根据权利要求7所述的一体化生物氧化脱氨气装置，还包括：

气室(11)，设置在该第一生物氧化反应室(5)与给第二生物氧化反应室(14)之间，其中该气室(11)与该第一生物氧化反应室(5)和该第二生物氧化反应室(14)连通；以及

支架(13)，设置在该第一生物氧化反应室(5)、该第二生物氧化反应室(14)及该气室(11)下方用于支撑。

10.一种一体化生物氧化脱氨气方法，包括以下步骤：

在第一生物氧化反应室(5)中，雾化后的喷淋循环液(7)向下流动，在微生物挂膜填料(4)的成型模块的中形成喷淋挂膜，并在挂膜过程完成后继续循环喷淋，同时待处理气体向上流动，在微生物挂膜填料(4)中形成气液逆流接触，实现生物氧化反应。