一种推流组合式生物-电化学协同处理设备及其应用制造技术

本发明专利技术属于环境工程技术领域，涉及一种推流组合式生物‑电化学协同处理挥发性有机物和含氮含硫恶臭物质的处理设备及其应用。所述设备包括推流式氧化容器、固‑液膜分离容器、生物‑电化学反应器容器。所述设备将含氮和含硫恶臭物质氧化与挥发性有机物的生物‑电化学转化两个反应过程结合，含氮和含硫恶臭物质在推流式氧化器发生好氧反应，转化为硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐。通过循环泵将恶臭物质的氧化产物输入到生物‑电化学氧化器，为挥发性有机物的厌氧氧化提供电子受体。挥发性有机物在生物‑电化学氧化器被硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐氧化为二氧化碳。挥发性有机物的氧化采用厌氧条件，不需要补充额外的氧气，节省能耗。

A push flow combined biological electrochemical collaborative treatment equipment and its application

【技术实现步骤摘要】
一种推流组合式生物-电化学协同处理设备及其应用
：本专利技术属于环境工程
，涉及一种利用生物-电化学反应器协同处理含多种物质的混合废气的设备，特别涉及一种推流组合式生物-电化学协同处理挥发性有机物和含氮含硫恶臭物质的处理设备及其应用。
技术介绍
：生活垃圾和生活污水中含有大量的有机物，在垃圾填埋、堆肥以及污水厌氧水解、污泥浓缩与消化等过程中，有机物的生物降解和分解反应是在无氧或缺氧环境中发生的。因此处理过程中会有大量的含硫(如硫化氢、甲硫醇、甲硫醚)和含氮(如氨、三甲胺)的恶臭物质产生。这些物质会带来感官上的不悦，对人体健康及生态环境造成严重危害。许多国家制定了相关的法律法规，严格控制恶臭物质的排放。恶臭物质产生的同时，还有大量的挥发性有机物(volatileorganiccompounds,VOCs)产生,一些VOCs对人体健康有不利影响。有研究发现苯的暴露可导致血液异常，甚至白血病。逸散到大气中的VOCs是雾霾和细粒子(PM2.5)的重要前体物。因此，研究经济有效的VOCs与恶臭物质的协同控制技术，对于消除安全隐患、保护大气环境具有重要的意义。与物理化学方法相比，生物法处理VOCs与恶臭物质因投资少、运行费用低、不产生二次污染等特点而得到广泛的研究和应用。恶臭物质和挥发性有机物的组分主要是硫化氢、硫醇、氨、三甲胺、挥发性有机酸、甲烷、苯、乙苯、二甲苯等。其中硫化氢和氨是两种主要的恶臭物质。在生物反应器中，臭味气体中的氨(NH3)溶于水生成NH4+；在好氧条件下，被氨氧化菌、硝化菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐；然后在厌氧条件下，亚硝酸盐和硝酸盐通过反硝化转化为氮气。在微生物氧化硫化氢的过程中，具有生物降解功能的微生物是硫细菌，在好氧条件下硫细菌以O2作为电子受体，将硫化氢氧化为硫酸盐。在厌氧条件下，有机物的降解菌，可以利用硫酸盐、亚硝酸盐或硝酸盐作为电子受体，将挥发性有机物氧化为二氧化碳。恶臭物质硫化氢和氨的生物降解产物分别为硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐，均可以作为挥发性有机物氧化的氧化剂。将硫化氢氧化、氨硝化与挥发性有机物的厌氧氧化相结合，利用含氮和含硫恶臭物质的氧化产物，为挥发性有机物的厌氧氧化提供氧化剂，同时，挥发性有机物为硫酸盐、亚硝酸盐和和硝酸盐的还原提供碳源，脱氮硫杆菌耦合硝酸盐亚硝酸还原与硫离子氧化，从而将挥发性有机物转化为二氧化碳，氨转化为氮气，硫化氢转化为单质硫，实现挥发性有机物与含氮含硫恶臭物质的协同处理。但是，硫氧化菌、氨氧化菌和硝化菌氧化硫化氢和氨需要好氧环境，利用硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐氧化挥发性有机物的挥发性有机物降解菌则需要缺氧或厌氧环境。挥发性有机物降解菌、硫氧化菌、氨氧化菌和硝化菌的生长环境不同，很难在同一个反应区内生长。另外，大部分的挥发性有机物分子较大，为疏水性物质，或者为生物难降解物质如苯等，通常氧化速度较慢，尤其是厌氧氧化过程更慢。挥发性有机厌氧氧化过程的气体产物中除了二氧化碳以外，通常还含有一定量未被氧化的挥发性有机物，降低了挥发性有机物的净化效果，引起挥发性有机物与含硫含氮恶臭物质不能有效协同生物处理的问题。物质的反应过程，尤其是氧化还原过程，实质是电子传质过程。生物电化学技术利用电极反应及相关过程，通过直接和间接的氧化还原、生物降解和协同转化等综合作用，对有机物、硫酸盐、硝酸盐等污染具有优良的去除效果，特别是对难生物降解有机物的去除，效果明显。在固体电极上电活性生物膜，是一类可以通过氧化还原反应与导电材料交换电子的生物膜，在污染物治理以及有机物的电合成等方面发挥了重要作用。在一定的电辅助条件下，通过强化电子转移，可以显著提高有机物的转化效果。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于解决挥发性有机物与含硫含氮恶臭物质不能有效协同生物处理的问题，将含氮和含硫恶臭物质氧化与挥发性有机物的生物-电化学转化两个反应过程结合，含氮和含硫恶臭物质在推流式氧化器发生好氧反应，转化为硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐。通过真空泵将恶臭物质的氧化产物输入到生物-电化学氧化器，为挥发性有机物的厌氧氧化提供电子受体。挥发性有机物在生物-电化学氧化器被硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐氧化为二氧化碳。同时，在生物-电化学氧化器中，附着在阳极的电活性微生物可以氧化挥发性有机物，将电子传递给电极；附着在阴极的电活性微生物可以接受来自阴极的电子还原硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐。挥发性有机物的氧化采用厌氧条件，不需要补充额外的氧气，节省能耗；生物反应器和生物电化学反应器结合，在各自区域最大发挥优势功能菌群的作用，保证了协同处理的效果。从而提供一种结构紧凑，操作简便，能耗较低，利用电极和电活性生物膜的导电特性，强化电子转移，利用恶臭物质的氧化产物有效氧化挥发性有机物，实现挥发性有机物与恶臭物质协同处理，减少投资和运行费用的推流组合式生物-电化学协同处理挥发性有机物和含氮含硫恶臭物质的处理设备及其应用。所述含氮恶臭物质包括但不限于无机氮、胺类或酰胺类；所述无机氮包括但不限于氨、硫化铵、二氧化氮；所述胺类包括但不限于一甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、乙二胺；所述酰胺类包括但不限于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺；所述含硫恶臭物质包括但不限于无机硫、硫醇类或硫醚类；所述无机硫包括但不限于硫化氢、二硫化碳、二氧化硫；所述硫醇类包括但不限于甲硫醇、乙硫醇、丙硫醇；所述硫醚类包括但不限于甲硫醚、二甲基二硫醚、二乙硫醚；所述挥发性有机物包括但不限于苯系物、氯代烃、烷烃类或酮、醇和醛类；所述苯系物包括但不限于苯、甲苯、乙苯，苯乙烯；所述氯代烃包括但不限于二氯甲烷、三氯甲烷、氯乙烯、二氯乙烯、四氯化碳；所述烷烃类包括但不限于甲烷、乙炔、丁烯、丁二烯；所述酮、醇和醛类包括但不限于丙酮、丁酮、己酮，甲醇、乙醇、丁醇，甲醛、乙醛；本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种推流组合式生物—电化学协同处理挥发性有机物和含氮含硫恶臭物质的设备，包括推流式氧化容器、固-液膜分离容器、生物-电化学反应器容器；所述推流式氧化容器包括升流式脱氮区和固定式脱硫区，由多孔隔板分隔；所述升流式脱氮区下部的一侧壁上开有第一进气口，在第一进气口的内端处安装有多孔的第一穿孔管；升流式脱氮区上部侧壁设有第一喷淋液进口，在第一喷淋液进口的内端处安装有带有多个液体喷淋头的水管；升流式脱氮区另一侧壁设置第一出水口；升流式脱氮区底部开有第一排泥口；所述第一出水口高于第一排泥口，低于第一进气口；第一排泥口通过第一循环泵与第一喷淋液进口相连；所述的固定式脱硫区上部侧壁设有第二喷淋液进口，在喷淋液进口的内端处安装有带有多个液体喷淋头的水管；在固定式脱硫区的顶部设置第一排气口，第一排气口高于第二喷淋液进口；在固定式脱硫区一侧壁的下部开有第二排泥口；第二排泥口通过第二循环泵与第二喷淋液进口相连；固定式脱硫区另一侧壁开有第二出水口，第二出水口高于第二排泥口；所述的固定式脱硫区内部安装有带有多个孔的气体分布板，且气体分布板高于第二出水口；所述的气体分布板上装填有填料，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种推流组合式生物—电化学协同处理挥发性有机物和含氮含硫恶臭物质的设备，其特征在于，包括推流式氧化容器(1)、固-液膜分离容器(2)、生物-电化学反应器容器(3)；/n所述推流式氧化容器(1)包括升流式脱氮区(4)和固定式脱硫区(5)，由多孔隔板(22)分隔；/n所述的固-液膜分离容器(2)内部设置隔板(23)，隔板(23)将固液膜分离容器(2)分成第一膜分离区(6)和第二膜分离区(7)；所述的第一膜分离区(6)和第二膜分离区(7)分别装有膜组件(24)；/n所述的生物-电化学反应容器(3)的内部设置1个阴极(32)和1个阳极(33)，通过电源(34)提供电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种推流组合式生物—电化学协同处理挥发性有机物和含氮含硫恶臭物质的设备，其特征在于，包括推流式氧化容器(1)、固-液膜分离容器(2)、生物-电化学反应器容器(3)；
所述推流式氧化容器(1)包括升流式脱氮区(4)和固定式脱硫区(5)，由多孔隔板(22)分隔；
所述的固-液膜分离容器(2)内部设置隔板(23)，隔板(23)将固液膜分离容器(2)分成第一膜分离区(6)和第二膜分离区(7)；所述的第一膜分离区(6)和第二膜分离区(7)分别装有膜组件(24)；
所述的生物-电化学反应容器(3)的内部设置1个阴极(32)和1个阳极(33)，通过电源(34)提供电压。


2.如权利要求1所述的一种推流组合式生物—电化学协同处理挥发性有机物和含氮含硫恶臭物质的设备，其特征在于，所述升流式脱氮区(4)下部的一侧壁上开有第一进气口(8)，在第一进气口(8)的内端处安装有多孔的第一穿孔管(9)；升流式脱氮区(4)上部侧壁设有第一喷淋液进口(10)，在第一喷淋液进口(10)的内端处安装有带有多个液体喷淋头的水管；升流式脱氮区另一侧壁设置第一出水口(11)；升流式脱氮区(4)底部开有第一排泥口(12)；所述第一出水口(11)高于第一排泥口(12)，低于第一进气口(8)；第一排泥口(12)通过第一循环泵(13)与第一喷淋液进口(10)相连。


3.如权利要求1所述的一种推流组合式生物—电化学协同处理挥发性有机物和含氮含硫恶臭物质的设备，其特征在于，所述的固定式脱硫区(5)上部侧壁设有第二喷淋液进口(14)，在喷淋液进口(14)的内端处安装有带有多个液体喷淋头的水管；在固定式脱硫区(5)的顶部设置第一排气口(15)，第一排气口(15)高于第二喷淋液进口(14)；在固定式脱硫区(5)一侧壁的下部开有第二排泥口(16)；第二排泥口(16)通过第二循环泵(17)与第二喷淋液进口(14)相连；固定式脱硫区(5)另一侧壁开有第二出水口(18)，第二出水口(18)高于第二排泥口(16)；所述的固定式脱硫区(5)内部安装有带有多个孔的气体分布板(20)，且气体分布板(20)高于第二出水口(18)；所述的气体分布板(20)上装填有填料(19)，且填料(19)高度低于第二喷淋液进口(14)；多孔隔板(22)上设有两根以上的通气管(21)，在该通气管的顶端设有弯头或直接将所述的通气管(21)的顶端折弯，所述的通气管(21)的另一端与多孔隔板(22)上的孔一一对应对接，使升流式脱氮区(4)通过通气管(21)与固定式脱硫区(5)连通。


4.如权利要求1所述的一种推流组合式生物—电化学协同处理挥发性有机物和含氮含硫恶臭物质的设备，其特征在于，所述的第一膜分离区(6)一侧壁上端设置第一进水口...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琳，柴风光，郑天龙，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11