餐厨垃圾高温有机废气一体化生物处理装置及方法.pdf

本发明涉及餐厨垃圾高温有机废气处理的技术领域，提供一种高温有机废气一体化生物处理装置及方法，该套处理装置主要包括冷凝装置和生物除臭装置；冷凝装置包括管道、风机、冷凝器，汽水分离器；生物除臭装置自下而上依次包括气体分布层、油脂选择层、气体分布层、惰性填料层、气体分布层、生物填料层和PP植被层。用于处理的方法是在该套装置中将90℃～120℃的高温有机废气经冷凝装置凝结、汽水分离降温至25℃～40℃，并除去部分水溶性硫化氢、氨气等废气，再经生物除臭池自下而上相间分布的三层布气层，与夹在布气层之间的三层填料层以及植被层，通过各填料层上微生物吸附、吸收、降解作用，先后除去废气中的油脂，有机废气等臭味气体，使废气转化为无毒无害的CO2、H2O、细胞质、还原性S、溶解性硝态盐等物质。成套装置是全封闭的，采用PLC进行控制，不排放任何二次污染物；处理能耗低、效率高、工艺和操作简便，可用于各种规模的餐厨垃圾处理厂。

1、  一种餐厨垃圾高温有机废气的处理装置，其特征在于：该装置主要包括冷凝装置和生物除臭装置；冷凝装置包括管道、风机、冷凝器，汽水分离器；生物除臭装置自下而上依次包括气体分布层、油脂选择层、气体分布层、惰性填料层、气体分布层、生物填料层和PP植被层。

2、  根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高温有机废气处理的装置，其特征在于：所述的生物除臭装置中的气体分布层由PC多孔网构成，厚度为5～20cm，布气层可承受的压力为1～5×10³kg/m²。

3、  根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高温有机废气处理的装置，其特征在于：所述的生物除臭装置中的油脂选择层中填料为吸脂性海绵，海绵上接种油脂降解菌如芽孢杆菌等；该层厚度为10～50cm。

4、  根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高温有机废气处理的装置，其特征在于：所述的生物除臭装置中的生物填料层的填料为由餐厨垃圾好氧堆制而成，生物填料层厚度为10～50cm。

5、  根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高温有机废气处理的装置，其特征在于：所述的生物除臭装置中的惰性填料层为塑料环、海绵体、PVC网，填料上接种真菌，填料层厚度为10～50cm。

6、  根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高温有机废气处理的装置，其特征在于：所述的生物除臭装置中，在生物填料层上部装有PP植被层，即在PP网中填充堆肥产品和腐殖土，堆肥产品上种植有石竹等植被，植被层的高度为30～50cm。

7、  根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾高温有机废气处理的装置，其特征在于：所述的生物除臭装置中的湿度、pH值、温度等由湿度仪、pH计、温度仪等探测，并采用PLC控制。湿度、PH值、温度分别控制在60％～85％、5～9、25℃～40℃。

8、  一种餐厨垃圾高温有机废气处理的方法，其特征在于：使用权利要求1-7中任一项所述的餐厨垃圾高温有机废气处理装置。

9、  根据权利要求8所述的方法，其特征在于：将温度为90℃～120℃高温废气经冷凝器冷凝后，降低到25℃～40℃，有机废气中的水蒸气冷凝为水滴，凝结水经汽水分离器排出，废气再进入生物除臭装置中，从而降低废气臭味强度。

10、  根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：冷凝后的废气进入生物除臭装置，装置中的油脂选择层填料为吸脂性材料，同时接种油脂降解菌来快速吸收油脂，并有效分解为CO₂和H₂O。

11、  根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：冷凝后的废气进入生物除臭装置，装置中的惰性填料选择层为耐腐的塑料环、PVC网，填料为密度小、孔隙率高、风压小、不易被生物降解，惰性填料在适宜的水分、温度条件下，接种生物降解菌，吸附、吸收、分解有机废气。

12、  根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：冷凝后的废气进入生物除臭装置，装置中的生物团粒填料层中富含微生物，每克垃圾中含有10⁶～10⁸个细菌、真菌等，且填料有机质丰富，可持续用来供微生物繁殖生长。

13、  根据权利要求12所述的方法，其特征在于：在生物团粒填料层上部，装有PP植被层，即在PP网中填充堆肥品和腐殖土，堆肥产品生长有石竹等植被。

14、  根据权利要求9所述的方法，其特征在于：生物除臭装置中的湿度、PH值、温度分别控制在60％～85％、6～8、25℃～40℃；超出设定范围，将自动启动喷洒装置喷洒营养液予以调节。

餐厨垃圾高温有机废气一体化生物处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种废气处理技术，特别是涉及一种餐厨垃圾高温有机废气处理的装置及方法。
技术背景
餐厨垃圾是一种水分含量高、有机物含量丰富的有机垃圾，为了使餐厨垃圾减量化、无害化、资源化，首先需要对餐厨垃圾进行脱水干燥处理，然后再剔除玻璃、石子、塑料等杂物，以便使餐厨垃圾中的有机物能进一步加工成肥料或饲料。餐厨垃圾干燥过程是在密闭的干燥器中进行的，为了保证干燥化效率，干化温度需控制在90℃～120℃之间，这个温度下水分气化为水蒸气，餐厨垃圾中的一些易挥发的有机物分解会释放出乙酸、乙硫醚、乙硫醇、硫化氢、苯乙烯等物质，这些高温有机废气往往带有刺激性臭味，如果直接排放至大气会对空气环境造成污染，对人体健康非常有害，进一步影响人们的生活质量。
餐厨垃圾高温有机废气一般的处理方法有燃烧法、化学法、活性碳吸附法、生物滤池法等。燃烧法即把高温有机废气引入燃烧室直接燃烧去除臭味，然而由于有机废气湿度大、热量低，燃烧停留时间短，臭味气体去除不完全，如果要保证充分燃烧，需要补充大量的天然气、柴油、汽油等，处理费用将显著增加。有机废气中含有的还原性硫化物，在燃烧过程中转化为硫氧化物，与水结合形成亚硫酸、硫酸类物质，对燃烧设备有较强的腐蚀性，这也是制约燃烧法处理高温有机废气应用的原因之一。另外，燃烧时产生烟尘、尾气等二次污染物，有时难以达到国家排放标准要求，如不妥善处理，也将造成环境污染。
化学法则为把有机废气通入含有某些化学成分的溶液中，或把化学药剂直接喷入有机废气出口，使化学药剂与有机废气中某些成分反应，吸附或吸收部分臭气物质，如酸溶液可以与溶解性氨类物质反应，碱溶液可与硫化氢等废气反应，一些水溶性物质也在此过程被水溶液吸附吸收，从而减少有机废气中该类物质的排放量，但由于有机废气中组分复杂，发臭基团丰富，单纯一种或几种化学吸附吸收介质，很难同时去除臭气中所有成分，吸附吸收法药剂消耗量往往较大，费用较高，使化学法用于餐厨垃圾高温有机废气处理有很大的局限性。另外，化学吸附后的有机废气形成的水溶液，需要进一步净化处理才能排放，否则会造成二次污染。
活性碳吸附法即通过活性碳载体对高温高湿度的臭气物质吸附，活性碳容易吸附饱和，再生或者更换活性碳，去除有机废气费用都非常高。
餐厨垃圾高温有机废气如果直接进入传统的生物除臭装置如生物滤池、生物滴滤池、生物洗涤塔，不仅造成微生物降解菌热灭活，而且有机废气中的油脂会堵塞除臭装置中的滤料，造成进气阻力增大，整个系统无法正常运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种高温有机废气一体化生物处理方法及装置，即根据餐厨垃圾高温有机废气的特性，通过换热冷凝、油脂吸附、生物降解等一体化工艺过程，使废气转化为无毒无害的CO2、H2O等的技术。
该装置主要包括冷凝装置和生物除臭装置；冷凝装置包括管道、风机、冷凝器，汽水分离设备。冷凝装置的主要作用是将高温有机废气通过风机收集，并输送到冷凝器中进行冷凝降温，使降温后的气体温度满足生物除臭装置的工作条件，同时使水蒸气凝结，冷凝水通过汽水分离设备从气体中分离并排出。生物除臭装置自下而上依次包括气体分布层、油脂选择层、气体分布层、惰性填料层、气体分布层、生物填料层和PP植被层。生物除臭装置中的布气层由PC多孔网构成，厚度为5～20cm，布气层可承受的压力为1～5×10³kg/m²。油脂选择层中填料为吸脂性海绵，海绵上接种油脂降解菌如芽孢杆菌等；该层厚度为10～50cm。生物填料层的填料为由餐厨垃圾好氧堆制而成，填料中富含微生物，每克垃圾中含有10⁶～10⁸个细菌、真菌等，且填料有机质含量为5～25％，生物填料层厚度为10～50cm。惰性填料层为塑料环、海绵体、PVC网，填料上接种真菌，填料层厚度为10～50cm。在生物填料层上部，装有PP植被层，即在PP网中填充堆肥产品和腐殖土，堆肥产品种植有石竹等植被，植被层的高度为30～50cm。在生物除臭装置中的湿度、pH、温度等由湿度仪、pH计、温度仪等探测，并采用PLC控制。
本发明餐厨垃圾高温有机废气处理的方法通过如下方案实现：将餐厨垃圾干化过程中产生的高温废气通过风机收集并送到上述的餐厨垃圾高温有机废气处理装置中进行处理。餐厨垃圾高温有机废气处理装置方法可以是：将温度为90～120℃的高温废气经冷凝装置冷凝后，温度降低到25℃～40℃，有机废气中的水蒸气冷凝为水滴，并通过汽水分离设备将水滴从气体中分离出来。剩余气体进入生物除臭装置中，经过布气层、油脂选择层、布气层、惰性填料层、布气层、生物填料层和PP植被层，经过多层吸收来去除废气，从而降低废气臭味强度。
具体而言，一种餐厨垃圾高温有机废气处理的方法是将高温有机废气通过风机送入冷凝器，使废气温度从90℃～120℃降低为25℃～40℃，有机废气中的水蒸气冷凝为水滴，冷凝水滴被汽水分离设备与气体分离开并排出。冷却后有机废气通过风机加压后导入生物除臭装置。
生物除臭装置利用废气中的污染物从气相主体扩散到填料外层的水膜而被填料吸收，同时氧气也由气相进入水膜，最终填料表面所吸附的微生物消耗氧气而把污染物分解，微生物的活动将废气中有害物质转变成为简单的无机物CO₂、H₂O、细胞质、还原性S、溶解性硝态盐等。
废气进入生物除臭处理装置中，在上升过程中首先经过布气层到达油脂选择分解层，该部分填料为吸脂性材料，同时接种油脂降解菌如芽孢杆菌等能快速吸收油脂，并有效分解油脂为CO₂和H₂O。
废气经过油脂选择分解层后，继续上升经过布气层至惰性填料层，惰性填料为密度小、孔隙率高、风压小、不易被生物降解塑料环、海绵体、PVC网等，惰性填料在适宜的水分、温度条件下，接种生物降解菌，吸附、吸收、分解有机废气。
经惰性填料层处理后的废气经过布气层重新布气后进入生物填料层10，生物填料为由餐厨垃圾堆制而成，填料中富含微生物，每克垃圾中含有10⁶个细菌、真菌等，填料中有机质含量约为5％～25％，可持续用来供微生物繁殖生长。
在生物填料层上部，还装有PP植被层，即在PP网中填充堆肥品和腐殖土，堆肥产品生长有石竹等植被，植被根系分泌物种类繁多，能有效的吸收氮、磷、硫化物等废气，从而去除废气，同时在整个反应装置中，植被生长能改变废气处理装置的感官。
本生物除臭装置中的湿度、pH等均由在线检测仪检测，数据传输入中央控制室PLC，湿度、pH、温度分别为60％～85％、6～8、25℃～40℃，超出设定的范围，将自行启动湿度和pH等控制，启动喷洒增湿装置，控制在之间，利用喷洒增湿装置喷洒营养液预以调节。
本发明具有能耗低，费用低，处理效率高，启动快，直接接种后，无需驯化培养和投加营养液，操作方便，整个装置可实现无人值守的自动化运行。整个系统的维护费用极低，是非常适合餐厨垃圾高温废气处理的技术。
餐厨垃圾高温有机废气经生物除臭处理后，臭味去除率大于96％，氨去除率大于98％，硫化氢去除率大于97％，使净化后的气体满足国家《恶臭污染物排放标准》。
附图说明
图1是本发明提出的餐厨垃圾高温有机废气一体化生物处理成套装置的示意图
干燥器1；汽水分离器2、5；风机3、6；冷凝器4；气体分布层7、9、11；油脂选择层8；惰性填料层10；生物除臭层12；植被层13
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的装置和方法作进一步详细的描述。
实施例1
本发明的一体化生物处理装置主要包括冷凝装置与生物除臭装置。冷凝装置包括汽水分离器2、5，风机3、6，冷凝器4。经过干燥器1的高温有机废气通过风机强力通风经管道收集，输送到冷凝器中进行冷凝降温，使水蒸气凝结通过汽水分离设备从气体中分离排出，气体温度降至生物除臭装置的工作条件，通过风机输送至生物除臭装置。该装置自下而上为气体分布层7、油脂选择层8、气体分布层9、惰性填料层10、气体分布层11、生物填料层12、植被层13。生物除臭装置中的湿度、pH、温度分别控制在60％～85％、6～8、25℃～40℃，均由在线检测仪检测，采用PLC中央控制室控制，超出设定的范围，利用喷洒增湿装置喷洒营养液预以调节。气体沿装置底部布气上升，到达油脂选择层，该部分填料接种的油脂降解菌快速吸收油脂，有效分解油脂为CO2和H2O等物质；继续上升经过布气层至惰性填料层，惰性填料在适宜的水分、温度条件下，由生物降解菌，吸附、吸收、分解有机废气。经惰性填料层处理后的废气经过布气层重新布气后进入生物填料层，生物填料由餐厨垃圾堆制而成，填料中富含细菌、真菌等，微生物的活动将废气中有害物质转变成为简单的无机物、H2O、细胞质、还原性S、溶解性硝态盐等。在生物填料层上部，装有PP植被层，即在PP网中填充堆肥品和腐殖土，堆肥产品上生长着石竹等植被，植被根系分泌物种类繁多，能有效的吸收氮、磷、硫化物等废气。
根据本方法青海洁神食品垃圾处理产业有限公司在西宁市建立了8000m3/h的餐厨垃圾高温有机废气处理装置，其中换热冷却加湿装置高9米，直径为6米，气体停留时间T＝2.5秒；生物除臭装置有效容积45m3(8m×2m×3m)，空塔停留时间20s。进气硫化氢浓度为1～15mg/l，氨气为1～10mg/l，TVOC为0.1～6.5mg/l，气体温度为90℃～120℃，湿度为65％～86％；经处理后的气体中的硫化氢浓度为0.01～0.1mg/l，氨气为0.01～0.1mg/l，TVOC未检出，气体温度为35℃，湿度为75％。整个装置运行时，无人值守、无需维护，数据实时传输到中央控制室。餐厨垃圾高温有机废气转化为了无毒无害的CO2、H2O、细胞质、还原性S、溶解性硝态盐等物质；臭味去除率大于96％，氨去除率大于98％，硫化氢去除率大于97％，使净化后的气体满足国家《恶臭污染物排放标准》。