李彤彤+++席北斗++王雷++張列宇++蔡明軒++劉慧

摘 要：本發(fā)明設(shè)計(jì)一種光催化降解反應(yīng)裝置使用納米曝氣的方式提高·OH產(chǎn)生率，由于微氣泡具有龐大的數(shù)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(shí)間，有利于臭氧溶于水中，克服了臭氧難溶于水的缺點(diǎn)。微氣泡內(nèi)部具有較大的壓力且納米氣泡破裂時(shí)界面消失，周?chē)h(huán)境劇烈改變產(chǎn)生的化學(xué)能促使產(chǎn)生更多的羥基自由基，增強(qiáng)臭氧氧化分解有機(jī)物的能力。臭氧在紫外光的照射作用下產(chǎn)生·OH，臭氧能帶走二氧化鈦光致電子空穴對(duì)中的電子，從而產(chǎn)生了更多的羥基自由基，加速了有機(jī)物的降解，通過(guò)·OH的強(qiáng)氧化作用對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行處理。

關(guān)鍵詞：生物膜法；除臭；設(shè)計(jì)方法

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.背景

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及城市化進(jìn)程的不斷加速，環(huán)境污染問(wèn)題日益突出。而近年來(lái)工業(yè)制造、垃圾處理、污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的惡臭嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)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(jué)器官引起人們不愉快和損壞生物環(huán)境的物質(zhì)，有別于大氣污染的產(chǎn)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(xué)氧化法、稀釋擴(kuò)散法等。現(xiàn)有工藝雖然對(duì)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(chǎng)及養(yǎng)殖制造業(yè)產(chǎn)生的臭氣多溫度較高，臭氣中不但含有多種無(wú)機(jī)致臭物質(zhì)（如SO2，H2S等），還含有很多有機(jī)致臭基團(tuán)（如烴類(lèi)、含氧的有機(jī)物等）。

因此本設(shè)計(jì)方法就是用來(lái)處理垃圾堆肥、污水處理、工業(yè)制造過(guò)程中產(chǎn)生的高溫惡臭氣體。

1.組成結(jié)構(gòu)和工作原理

本裝置的目的在于提供一種生物膜反應(yīng)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(yè)制造過(guò)程中產(chǎn)生的高溫惡臭氣體。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供的液體滾筒分選機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)為：冷凝裝置，其內(nèi)部設(shè)有盤(pán)管，該盤(pán)管沉浸在冷卻液中，該盤(pán)管的出氣口通過(guò)第一曝氣機(jī)連接至臭氣生物處理集成裝置的第一曝氣盤(pán)；臭氣生物處理集成裝置底部設(shè)有第一排泥孔，第一曝氣盤(pán)設(shè)置在第一排泥孔上方，第一曝氣盤(pán)上方設(shè)有填料架，填料架上豎直方向設(shè)有填料，填料上生長(zhǎng)有好氧生物膜；填料沉浸在水中；水面上方設(shè)有第一多孔板，第一多孔板上鋪設(shè)一層土工布，土工布上填裝有生物填料；生物填料上方設(shè)有噴淋頭，噴淋頭通過(guò)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(guò)第二曝氣機(jī)連接至光催化降解反應(yīng)裝置的第二曝氣盤(pán)；光催化降解反應(yīng)裝置內(nèi)壁均勻負(fù)載一層非金屬摻雜光催化劑，光催化降解反應(yīng)裝置底部開(kāi)設(shè)有第二排泥孔，第二排泥孔上方設(shè)置有第二曝氣盤(pán)，第二曝氣盤(pán)上設(shè)置有紫外滅菌燈，光催化降解反應(yīng)裝置與紫外滅菌燈的空間內(nèi)填充有半導(dǎo)體負(fù)載填料，半導(dǎo)體負(fù)載填料上方設(shè)置有第二多孔板；光催化降解反應(yīng)裝置頂部的出氣孔連接至臭氣吸附柱；臭氣吸附柱內(nèi)分為三層，上層為無(wú)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(yīng)器-生物除臭塔組合裝置中的光催化降解反應(yīng)裝置內(nèi)壁均勻負(fù)載非金屬摻雜光催化劑；光催化降解反應(yīng)裝置內(nèi)填充的半導(dǎo)體負(fù)載填料為納米TiO2粉體負(fù)載在立體網(wǎng)狀聚丙烯填料上組成。臭氣生物處理集成裝置的外壁設(shè)有保溫層，冷凝裝置與臭氣生物處理集成裝置之間設(shè)有一個(gè)第一液壓泵，通過(guò)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(huán)。冷凝裝置內(nèi)的冷卻液用油仃作為熱介質(zhì)。所述的第一曝氣機(jī)和第二曝氣機(jī)均為納米曝氣機(jī)，第一曝氣機(jī)和第二曝氣機(jī)均連接流量計(jì)。所述的生物膜反應(yīng)器-生物除臭塔組合裝置，其光催化降解反應(yīng)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(shù)提供的生物膜反應(yīng)器-生物除臭塔組合裝置，聯(lián)合物理法、化學(xué)法及生物法協(xié)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(jí)氧化進(jìn)一步處理滅活，最后使用物理吸附，對(duì)惡臭氣體進(jìn)行深度處理，處理后的氣體完全可以直接排放至大氣環(huán)境。工藝具有極強(qiáng)的除臭效果，可廣泛應(yīng)用于垃圾處理、污水處理、工業(yè)制造及養(yǎng)殖行業(yè)產(chǎn)生的氣體處理工程。

2.具體實(shí)施方式

待處理氣體自盤(pán)管進(jìn)氣口流入，由盤(pán)管的出氣口流出，盤(pán)管沉浸在冷卻液中，氣體在盤(pán)管流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行熱交換，降低臭氣溫度；冷凝裝置的冷卻液通過(guò)第一液壓泵送至臭氣生物處理集成裝置的保溫層內(nèi)用于對(duì)臭氣生物處理集成裝置保溫；經(jīng)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(guò)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(nèi)部的生物填料表面，并通過(guò)生物填料表面的微生物的代謝作用使臭氣降解；經(jīng)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(yīng)裝置中，由第二曝氣機(jī)中產(chǎn)生的羥基自由基對(duì)臭氣進(jìn)行芬頓高級(jí)氧化，惡臭氣的活性基團(tuán)經(jīng)過(guò)氧化后失活，消除刺激性氣味；其中光催化降解反應(yīng)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(fā)極具氧化力的自由負(fù)離子，同時(shí)在納米曝氣過(guò)程中以及超聲波發(fā)生過(guò)程激發(fā)的能量亦可發(fā)生并加強(qiáng)自由負(fù)離子的產(chǎn)生，達(dá)成光催化效果；而自由負(fù)離子以及其擺脫共價(jià)鍵的束縛后留下空位，與納米氣泡表面帶有的電荷同時(shí)產(chǎn)生微電解效果，可滅殺細(xì)菌、病原菌和微生物等，分解殘留難降解有機(jī)化合物及有毒物質(zhì)，持久安全的對(duì)濁度污水進(jìn)行消毒降解。針對(duì)難降解致臭成分的處理方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)光催化降解反應(yīng)裝置處理過(guò)的臭氣輸入臭氣吸附柱中，臭氣首先通過(guò)無(wú)紡布填充層，吸收氣體所帶水分，然后經(jīng)過(guò)赤泥改性分子篩填充層對(duì)臭氣進(jìn)行離子交換及物理吸附，最后通過(guò)活性炭填充層對(duì)殘余致臭物質(zhì)進(jìn)行最后的吸附，直接排放至大氣環(huán)境。

臭氣生物處理集成裝置內(nèi)的生物填料含水率低于30%時(shí)啟動(dòng)第一液壓泵。臭氣生物處理集成裝置內(nèi)的生物填料是采用填埋場(chǎng)礦化垃圾或垃圾堆肥的腐殖產(chǎn)物。臭氣生物處理集成裝置內(nèi)的溫度為25℃～35℃，臭氣生物處理集成裝置處理進(jìn)氣為O2，用于清潔填料；光催化降解反應(yīng)裝置的進(jìn)氣為O3，通過(guò)納米曝氣大量獲得羥基自由基，起強(qiáng)氧化作用。endprint

本發(fā)明具有極強(qiáng)的除臭效果，可廣泛應(yīng)用于垃圾處理、污水處理、工業(yè)制造及養(yǎng)殖等各行業(yè)產(chǎn)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(qū)擴(kuò)張，工廠基地大多聚集在郊區(qū)，人們離產(chǎn)生惡臭氣體的企業(yè)距離越近。傳統(tǒng)的將產(chǎn)生的惡臭氣體的設(shè)施搬離人們居住區(qū)很遠(yuǎn)的位置已不再適用。生物膜法的反應(yīng)器-除臭塔組合裝置利用細(xì)菌和生物分解臭氣中惡臭成分，采用芬頓高級(jí)氧化進(jìn)一步處理滅活，最后使用物理吸附，對(duì)惡臭氣體進(jìn)行深度處理，處理后的氣體完全可以直接排放至大氣環(huán)境，表現(xiàn)出較強(qiáng)的變通性和實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1]樊耀波，王菊思.水與廢水處理中的膜生物反應(yīng)器技術(shù)[J].環(huán)境科學(xué)，1995（5）：79-81.

[2]顧國(guó)維，何叉憲.膜生物反應(yīng)器———在污水處理中的研究及應(yīng)用口川[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3] Chu L B， Xing X H， Yu A F， et al. Enhanced ozonation of simulated dyestuff wasterwater by microbubbles. Chemosphere， 2007， 68： 1854～1860.

[4]初里冰，邢新會(huì)，于安峰，等.微氣泡強(qiáng)化臭氧氧化機(jī)理的作用研究. 環(huán)境化學(xué)，2007，26（5）：622-625.

[5]Xu Q Y， Nakajima M， Ichikawa S， et al. A comparative study of microbubble generation by mechanical agitation and sonication. Innovative Food Science and Emerging Technologies， 2008， in press.

[6]高航.高級(jí)氧化、高效吸附與生物膜法聯(lián)用對(duì)城市污水深度處理試驗(yàn)研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2012.

[7]馬生柏，汪斌.惡臭氣體處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].污染防治技術(shù)，2008（5）：46-49.

[8]王剛.HAZOP技術(shù)及其在惡臭氣體處理裝置的應(yīng)用[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012（s1）：61-65.endprint