[發(fā)明專利]甲烷與惡臭物質(zhì)協(xié)同處理的一體化設(shè)備及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210238668.0
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN103537188A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李琳;劉俊新;張夢竹
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號: B01D53/84
• 分類號: B01D53/84;B01D53/52;B01D53/58;B01D53/72;B01D53/22
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于利用生物反應(yīng)器處理廢氣的設(shè)備，特別涉及一種甲烷與惡臭物質(zhì)協(xié)同處理的一體化設(shè)備及其方法。

背景技術(shù)

在污水厭氧處理、污泥濃縮與消化、以及垃圾處置過程中，有大量的揮發(fā)性有機物和惡臭物質(zhì)產(chǎn)生。由于帶來感官上的不悅和對人體健康及生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害，惡臭污染問題已經(jīng)引起越來越多的關(guān)注。許多發(fā)達國家制定了相關(guān)的法律法規(guī)，嚴格控制惡臭物質(zhì)的排放。我國于20世紀90年代也制定了惡臭污染物的排放標準（GB14554－93）。目前處理惡臭物質(zhì)的方法有物理法、化學(xué)法和生物法。與其它物理化學(xué)方法相比，生物除臭法因投資少、運行費用低、不產(chǎn)生二次污染等特點而得到廣泛的研究和應(yīng)用。

惡臭物質(zhì)和揮發(fā)性有機物的組分主要是硫化氫、氨、甲烷、硫醇、揮發(fā)性有機酸等。其中硫化氫和氨是兩種主要的惡臭物質(zhì)。在生物反應(yīng)器中，臭味氣體中的氨（NH₃）溶于水生成NH₄⁺；在好氧條件下，被氨氧化菌、硝化菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽；然后在厭氧條件下，亞硝酸鹽和硝酸鹽通過反硝化轉(zhuǎn)化為氮氣。臭味氣體中的硫化氫的生物降解則是在好氧條件下被硫氧化菌氧化為硫酸鹽。在污水厭氧處理、污泥濃縮與消化以及垃圾填埋過程中，伴隨惡臭物質(zhì)產(chǎn)生的同時，還有大量的甲烷生成。然而，無論是物化法還是生物法，目前主要是去除惡臭氣體中的硫化氫、氨和揮發(fā)性有機酸等污染物質(zhì)，對甲烷的去除效果甚微。惡臭氣體中的甲烷濃度通常不高，作為能源回收利用在經(jīng)濟上不合算，通常是將處理后的仍含甲烷的氣體通過空氣稀釋高空排放。

但是，甲烷屬于溫室氣體，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的26倍。而且甲烷還是危險氣體，其在空氣中的濃度為5%-15%時極易發(fā)生爆炸。因此，研究經(jīng)濟有效的甲烷與惡臭物質(zhì)的協(xié)同控制技術(shù)，對于消除安全隱患、保護大氣環(huán)境具有重要的意義。

在厭氧條件下，甲烷氧化菌可以利用硫酸鹽、亞硝酸鹽和硝酸鹽將甲烷氧化為二氧化碳。惡臭物質(zhì)硫化氫和氨的生物降解產(chǎn)物分別為硫酸鹽、亞硝酸鹽和硝酸鹽，均可以作為甲烷氧化的氧化劑。將硫化氫氧化、氨硝化與甲烷厭氧氧化相結(jié)合，將甲烷轉(zhuǎn)化為二氧化碳，氨轉(zhuǎn)化為氮氣，硫化氫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，硫化氫氧化和氨硝化的產(chǎn)物可以為甲烷的氧化提供氧化劑，而被循環(huán)利用。這樣，可以實現(xiàn)甲烷與惡臭物質(zhì)的協(xié)同去除。

但是，硫氧化菌、氨氧化菌和硝化菌氧化硫化氫和氨需要好氧環(huán)境，利用硫酸鹽、亞硝酸鹽和硝酸鹽氧化甲烷的甲烷氧化菌則需要厭氧環(huán)境。在實際中，混有甲烷和惡臭物質(zhì)的氣體中還有大量的氧氣，氧氣雖然可以被硫氧化菌、氨氧化菌和硝化菌利用，但是，卻不能保持甲烷氧化的厭氧環(huán)境，引起在降解硫化氫、氨等惡臭物質(zhì)的同時不能處理甲烷的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決甲烷與惡臭物質(zhì)不能同時生物處理的問題，利用氣體膜組件的分離作用，將氣體中的惡臭物質(zhì)和氧氣與甲烷分離，使惡臭物質(zhì)和氧氣進入好氧區(qū)，甲烷進入?yún)捬鯀^(qū)，通過循環(huán)泵將好氧區(qū)中的惡臭物質(zhì)的氧化產(chǎn)物輸入到厭氧區(qū)，為甲烷的氧化提供氧化劑，從而提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，能耗較低，不僅能夠高效利用氣體中的氧氣氧化惡臭物質(zhì)，而且不需要額外添加氧化劑，利用惡臭物質(zhì)的氧化產(chǎn)物有效氧化甲烷，實現(xiàn)甲烷與惡臭物質(zhì)協(xié)同處理，減少投資和運行費用的甲烷與惡臭物質(zhì)協(xié)同處理的一體化設(shè)備。

本發(fā)明的另一目的是提供利用甲烷與惡臭物質(zhì)協(xié)同處理的一體化設(shè)備進行甲烷與惡臭物質(zhì)協(xié)同處理的方法。

本發(fā)明的甲烷與惡臭物質(zhì)協(xié)同處理的一體化設(shè)備，包括氣體膜分離區(qū)、下向流式好氧區(qū)、升流式厭氧區(qū)、滲透氣導(dǎo)流區(qū)和滲余氣導(dǎo)流區(qū)；

所述的氣體膜分離區(qū)由第一容器構(gòu)成，所述的下向流式好氧區(qū)由第二容器構(gòu)成，所述的升流式厭氧區(qū)由第三容器構(gòu)成；

在所述的第一容器與所述的第二容器之間有一構(gòu)成所述的滲透氣導(dǎo)流區(qū)的第四容器，在所述的第一容器與所述的第三容器之間有一構(gòu)成所述的滲余氣導(dǎo)流區(qū)的第五容器；

所述的第一容器的底部開有一進氣口，在所述的第一容器的內(nèi)部安裝有多個氣體膜組件，所述的多個氣體膜組件之間通過管道相連通，且所述的多個氣體膜組件的每一個氣體膜組件的頂部通過各自的管道與一總管道相連通；所述的總管道通過所述的第一容器的一側(cè)壁的上部與所述的第四容器的下部相接處設(shè)置的第二氣體導(dǎo)流孔，與所述的第四容器相連通；所述的多個氣體膜組件中的一端的氣體膜組件的底部設(shè)有的進氣口與所述的第一容器的底部的進氣口相連通；所述的多個氣體膜組件中的另一端的氣體膜組件通過管道與所述的第一容器的另一側(cè)壁上設(shè)置的第一氣體導(dǎo)流孔與所述的第五容器相連通；