[发明专利]甲烷与恶臭物质协同处理的一体化设备及其方法

说明书

技术领域

本发明属于利用生物反应器处理废气的设备，特别涉及一种甲烷与恶臭物质协同处理的一体化设备及其方法。

背景技术

在污水厌氧处理、污泥浓缩与消化、以及垃圾处置过程中，有大量的挥发性有机物和恶臭物质产生。由于带来感官上的不悦和对人体健康及生态环境造成严重危害，恶臭污染问题已经引起越来越多的关注。许多发达国家制定了相关的法律法规，严格控制恶臭物质的排放。我国于20世纪90年代也制定了恶臭污染物的排放标准（GB14554－93）。目前处理恶臭物质的方法有物理法、化学法和生物法。与其它物理化学方法相比，生物除臭法因投资少、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、氨、甲烷、硫醇、挥发性有机酸等。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。臭味气体中的硫化氢的生物降解则是在好氧条件下被硫氧化菌氧化为硫酸盐。在污水厌氧处理、污泥浓缩与消化以及垃圾填埋过程中，伴随恶臭物质产生的同时，还有大量的甲烷生成。然而，无论是物化法还是生物法，目前主要是去除恶臭气体中的硫化氢、氨和挥发性有机酸等污染物质，对甲烷的去除效果甚微。恶臭气体中的甲烷浓度通常不高，作为能源回收利用在经济上不合算，通常是将处理后的仍含甲烷的气体通过空气稀释高空排放。

但是，甲烷属于温室气体，其温室效应是二氧化碳的26倍。而且甲烷还是危险气体，其在空气中的浓度为5%-15%时极易发生爆炸。因此，研究经济有效的甲烷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。

在厌氧条件下，甲烷氧化菌可以利用硫酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐将甲烷氧化为二氧化碳。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，均可以作为甲烷氧化的氧化剂。将硫化氢氧化、氨硝化与甲烷厌氧氧化相结合，将甲烷转化为二氧化碳，氨转化为氮气，硫化氢转化为单质硫，硫化氢氧化和氨硝化的产物可以为甲烷的氧化提供氧化剂，而被循环利用。这样，可以实现甲烷与恶臭物质的协同去除。

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甲烷的甲烷氧化菌则需要厌氧环境。在实际中，混有甲烷和恶臭物质的气体中还有大量的氧气，氧气虽然可以被硫氧化菌、氨氧化菌和硝化菌利用，但是，却不能保持甲烷氧化的厌氧环境，引起在降解硫化氢、氨等恶臭物质的同时不能处理甲烷的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决甲烷与恶臭物质不能同时生物处理的问题，利用气体膜组件的分离作用，将气体中的恶臭物质和氧气与甲烷分离，使恶臭物质和氧气进入好氧区，甲烷进入厌氧区，通过循环泵将好氧区中的恶臭物质的氧化产物输入到厌氧区，为甲烷的氧化提供氧化剂，从而提供一种结构紧凑，操作简便，能耗较低，不仅能够高效利用气体中的氧气氧化恶臭物质，而且不需要额外添加氧化剂，利用恶臭物质的氧化产物有效氧化甲烷，实现甲烷与恶臭物质协同处理，减少投资和运行费用的甲烷与恶臭物质协同处理的一体化设备。

本发明的另一目的是提供利用甲烷与恶臭物质协同处理的一体化设备进行甲烷与恶臭物质协同处理的方法。

本发明的甲烷与恶臭物质协同处理的一体化设备，包括气体膜分离区、下向流式好氧区、升流式厌氧区、渗透气导流区和渗余气导流区；

所述的气体膜分离区由第一容器构成，所述的下向流式好氧区由第二容器构成，所述的升流式厌氧区由第三容器构成；

在所述的第一容器与所述的第二容器之间有一构成所述的渗透气导流区的第四容器，在所述的第一容器与所述的第三容器之间有一构成所述的渗余气导流区的第五容器；

所述的第一容器的底部开有一进气口，在所述的第一容器的内部安装有多个气体膜组件，所述的多个气体膜组件之间通过管道相连通，且所述的多个气体膜组件的每一个气体膜组件的顶部通过各自的管道与一总管道相连通；所述的总管道通过所述的第一容器的一侧壁的上部与所述的第四容器的下部相接处设置的第二气体导流孔，与所述的第四容器相连通；所述的多个气体膜组件中的一端的气体膜组件的底部设有的进气口与所述的第一容器的底部的进气口相连通；所述的多个气体膜组件中的另一端的气体膜组件通过管道与所述的第一容器的另一侧壁上设置的第一气体导流孔与所述的第五容器相连通；