阅读说明：本技术 一种智能膜覆盖生物除臭系统 (Intelligent membrane covering biological deodorization system ) 是由 路杨 张正坤 李启云 隋丽 温嘉伟 夏蕾 邹晓威 于 2019-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明的目的是提供一种智能膜覆盖生物除臭系统,解决了现有技术中恶臭气体处理中存在的问题。具体涉及一种智能膜覆盖生物除臭系统,该系统包括：臭气监测单元、排风控制单元、膜覆盖生物过滤除臭单元、智能控制单元。本发明除臭适合有机废弃物处理企业、畜禽养殖场、污水处理厂、化工企业等单位臭气处理,也适合应用本发明对现有生物过滤装置进行改造。具有智能除臭、除臭效果好、可全天候运行、维护方便、节省能耗等优势。(The invention aims to provide an intelligent membrane covering biological deodorization system, which solves the problems in malodorous gas treatment in the prior art. In particular to an intelligent membrane covering biological deodorization system, which comprises: odor monitoring unit, air exhaust control unit, membrane covering biological filtration deodorization unit, intelligent control unit. The invention is suitable for odor treatment of organic waste treatment enterprises, livestock and poultry farms, sewage treatment plants, chemical enterprises and other units, and is also suitable for applying the invention to reform the existing biological filtering device. The intelligent deodorization device has the advantages of being good in intelligent deodorization and deodorization effects, capable of operating all weather, convenient to maintain, energy-saving and the like.)

一种智能膜覆盖生物除臭系统

技术领域

本发明属于环境保护和畜禽健康养殖技术领域，涉及一种智能膜覆盖生物除臭系统。

背景技术

恶臭指凡是能刺激人的嗅觉器官，普遍引起不愉快或厌恶、损害人体健康的气味。恶臭气体主要以畜禽养殖、城市生活和工业生产排放为主，产生于畜禽养殖、废弃物处理、污水处理、食品和海产品加工、屠宰、冶金、石油冶炼、制药、化工等各种行业，具有广泛性，其中NH₃、H₂S和CH₃SH 浓度是主要臭气成分。恶臭气体污染是世界七大环境公害之一，已成为环境污染的重大问题之一，还会引起地球温室效应，世界各国对恶臭气体污染控制和治理都给予了高度重视。

恶臭气体会引起人体反射性地抑制吸气，妨碍正常呼吸功能；嗅觉脱失，继而使大脑皮层兴奋与抑制的调节功能失调；食欲不振、恶心呕吐，可能导致消化系统功能减退以及内分泌系统紊乱，影响机体的代谢活动；眼睛、鼻和咽喉部受刺激以及咳嗽、头痛、烦恼、沉郁等症状。恶臭气体还会导致动物应激，大大影响畜禽的生长速率和料肉比，降低畜禽的抗病力。目前，治理恶臭气体的主要方法有物理法、化学法和生物法3类。物理法不改变恶臭的化学性质，利用其它物质将臭味掩蔽，稀释，或者将恶臭物质由气相转移至液相或固相。化学法是使用其它物质与恶臭物质进行化学反应，改变其化学结构，使之转变为无臭物质或臭味较低的物质。在以往相当长的时间内，主要采用物理、化学脱臭，主要通过酸碱吸收、化学吸附和催化燃烧3种方式。这些方法虽然有效，但都存在着工艺复杂、设备投入大、技术要求高、易造成二次污染、再生困难、后处理过程复杂和能耗高等缺陷。

生物除臭是从上世纪50年代逐渐发展起来的新型除臭技术，是利用除臭滤床来吸附气流中的臭气，然后由生长在除臭滤床填料表面的微生物进一步吸附，通过好氧代谢活动将恶臭转化为CO₂、H₂O、细胞代谢物和无机盐，从而达到无臭化、无害化目的。相对于传统的物理、化学处理方法，生物除臭法具有装置简单、投资少、能耗低、见效快、运行成本低、除臭效率高、可避免或减少二次污染等诸多优点，是真正的绿色环保方法，正逐渐成为主流的除臭技术。

实际使用中发现目前生物除臭方法仍存在着一些缺点：(1)开放式生物除臭滤池除臭效果易受到不利气候影响，降雨易造成除臭滤床填料中通气缝隙堵塞，导致滤床压力增加；在炎热天气下，除臭滤床中水分散失快，臭气吸附能力差，均能导致除臭效果下降；(2)易长杂草，大量草籽会随风带入生物除臭滤池内，从而长出杂草，在生物除臭滤池表面生长的杂草根系会堵塞通气缝隙从而降低除臭效率，因而需要经常性喷施除草剂进行除草，但除草剂会对填料中微生物有很大影响，在一定程度上影响除臭效果；(3)除臭的过程中生物滤池中细菌、真菌孢子以及生物气溶胶易随净化空气飘散到空气中对从业人员及周边居民健康造成一定影响；(4)大多数臭气产生场地缺乏实时臭气监测处理系统，仅在员工工作时才打开排风或者采用定时排风对场地内臭气进行处理，无法使臭气浓度始终保持在合理范围内，还会造成不必要的动力消耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能膜覆盖生物除臭系统，解决了现有技术中恶臭气体处理中存在的问题。

本发明所采用的技术方案如下所示：

本发明提供一种智能膜覆盖生物除臭系统，该系统包括：臭气监测单元、排风控制单元、膜覆盖生物过滤除臭单元、智能控制单元。本发明适合有机废弃物处理企业、畜禽养殖场、污水处理厂、化工企业等单位臭气处理，也适合应用本发明对现有生物过滤装置进行改造。

所述的臭气监测单元是指由一至多个臭气探测器(1)组成；所述的排风控制单元由风机控制器和排风风机(2)组成；所述的膜覆盖生物过滤除臭单元包括生物过滤除臭装置、覆盖膜支撑骨架(3)、覆盖膜；所述的智能控制单元是由物联网主机、处理器和智能控制程序组成。

所述的臭气监测单元是由一至多个臭气探测器(1)组成。所述的臭气探测器(1)是具有同时监测NH₃浓度、H₂S浓度和CH₃SH的防爆、防水探测器。臭气探测器与智能控制单元的物联网主机相连。在同一场地内应在不同位置处距离地面1.5m～2.5m处安装3个或3个以上臭气探测器。

所述的排风控制单元由风机控制器和排风风机(2)组成。风机控制器与智能控制单元的物联网主机相连，物联网主机实时接收臭气监测单元监测得到的臭气监测数据，并将风机(2)开闭时长等运行参数上传至智能控制单元。所述的风机控制器具有定时、自动和微信遥控三种控制模式，并设置本地保存模式，断网不影响风机控制。排风风机(2)排风量由处理场地决定，一般要求5min～30min将场地内臭气处理完毕，优选15～20min。

所述的膜覆盖生物过滤除臭单元包含排风风机(2)、生物过滤除臭装置、覆盖膜支撑骨架(3)、覆盖膜。生物过滤池设计参数尺寸按照臭气空床接触时间(empty bed contacttime，ECBT)为0.75 min～1.50min，填料高度0.8m～1.5m和排风风机(2)排风量进行设计。生物过滤除臭装置是由水泥防渗地面(12)、空心砖(5)、有孔支撑材料(6)、除臭滤床(7)、除臭滤床湿度控制单元和边墙(4)组成。所述的水泥防渗地面(12)厚度应≥10cm，地面最小设计坡度为0.003，远离风机(2)的一端最低，并在远离风机(2)的一端墙体下方安装一个直径5cm～20cm排污管(10)。空心砖(5)放置在地面上，且空心砖(5) 孔朝向风机(2)，用于承载有孔支撑材料(6)及除臭滤床(7)。有孔支撑材料(6)为厚度大于25mm，单格尺寸不大于50mm×50mm的玻璃钢格栅，其上覆盖一层单格尺寸不大于10mm×10mm的尼龙或塑料网布。所述的除臭滤床(7)填充由玉米芯(长度小于10cm)和腐熟堆肥按照60:40～80:20(w/w)混合而成填料。边墙(4)一般是24cm厚砖墙构成，内侧做防渗处理，墙体高度不低于除臭滤床(7)中填料高度。生物过滤除臭装置顶部安装覆盖膜支撑骨架(3)，骨架材料可以是玻璃纤维棒、镀锌钢管或其他耐腐蚀材料。生物过滤除臭装置边墙(4)四周距离顶部0.3m～0.5m安装卡膜槽。覆盖膜通过卡簧固定在边墙(4)四周的卡膜槽内。除臭滤床(7)湿度控制单元是由湿度监测器(8)、加湿单元(9)和物联网主机组成。湿度监测器(8)长50cm，***滤床(7)中央，用于实时监测滤床(7)中心湿度；加湿单元(9)由电磁阀及分布在滤床(7)顶部的滴灌带或微喷组成。

臭气探测器(1)安装在距离生物过滤除臭装置1m高的支架上，用于实时监测臭气处理效果。臭气产生场地的臭气经排风风机(2)压缩进入到生物过滤除臭装置有孔支撑材料(6)下面，自下而上依次穿过有孔支撑材料(6)、除臭滤床(7)填料和覆盖膜，臭气经过除臭滤床(7)填料时被填料表面水层吸附，随即被填料表面附着的微生物吸附、吸收并转化成CO₂、H₂O、细胞代谢物和无机盐，使臭味转化为无味或较少气味的气体后排出。

所述的物联网主机支持LoRa(远距离无线电)/WIFI/GPRS/3G/4G通讯传输，实时将臭气发生场地内臭气气体浓度、湿度监测和处理后气体数据上传至智能处理单元，接收智能处理单元或微信客户端指令控制排风风机(2)、加湿单元(9)，同时将数据上传至云端，由云端将系统各项信息提供给微信客户端。所述的智能控制单元是由物联网主机、处理工作站和智能控制程序组成。处理工作站中安装智能除臭控制程序和智能湿度控制程序。智能除臭控制程序为当NH₃浓度高于15mg/m³或H₂S浓度高于10mg/m³或CH₃SH浓度高于0.1mg/m³开启排风进行生物除臭；当NH₃浓度低于5mg/m³，H₂S 浓度低于5mg/m³，CH₃SH浓度低于0.05mg/m³或NH₃浓度和H₂S浓度均低于5mg/m³，或风机(2) 运行30min以上，关闭排风。智能湿度控制程序为滤床(7)中心湿度小于50％时开启电磁阀启动加湿；滤床(7)中心湿度浓度高于60％时关闭电磁阀停止加湿。所述的微信客户端从云端接收系统中各项信息，并可对系统进行远程监测及手动进行排风、加湿等操作。

所述的覆盖膜从外至内分别由抗紫外线的疏水性防水尼龙外层面料、具有疏水疏油性的微孔高分子防水透气微孔膜中间层与经抗酸碱及亲水性处理的抗撕内层面料组成。外层尼龙面料丹尼尔 (Denier)值为250D～600D。内层面料可以为尼龙面料也可以为特里克特(TRICOT)经编织物轻质内层面料组成。覆盖膜具有下述特征：厚度：0.30～0.50mm；克重：200～300g/m²；防紫外线性能： UPF值50+，T(UVA)_AV/％<5；200Pa透气性(m³/m²/h)为6000～1000；撕裂强度(N)：1600～2000；防泼等级：5级；耐水压：8000-10000。

所述的微孔高分子防水透气微孔膜可以由任何种类的聚合物材料制成，如聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚酯含氟聚烯烃或其他聚烯烃。含氟聚合物，如聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等因其固有疏水性、优良加工特性、耐温性、化学惰性、抗微生物侵袭性、抗紫外线老化性而优选。最优选的是聚四氟乙烯微孔膜。微孔膜孔径：1μm～9 μm，优选2.5μm～7.5μm。

所述覆盖膜所有接缝缝合处内侧都用热风缝口密封工艺或软性透明胶水密封处理。覆盖膜四周用PVC抗老化防雨夹网布或其他防水耐磨面料包边，包边宽度为0.4m～1.0m。覆盖膜与包边外侧缝合处每隔0.5m-1m处缝合宽2.5cm～10cm，长60cm～150cm尼龙或聚酯纤维编织带，形成一个U 型拉手。

本发明的有益效果是：

1、智能除臭、保护健康

通过臭气发生场地臭气探测器实时监测臭气浓度，在智能控制程序中设定了影响从业人员或畜禽健康的臭气阈值范围，智能启动除臭系统的运行，使场地内臭气浓度始终保持在合理浓度内，保障了从业人员或畜禽的健康。

2、除臭效果好

在生物过滤除臭装置上方覆盖核心孔径为1μm～9μm的高分子防水透气微孔膜，可保障气体自由通过。微孔的孔径是最小的水珠的百分之一，将大量水分拦截在膜内层。并且覆盖膜经过亲水处理后使覆盖膜内侧会凝聚水汽形成一层水膜，未被生物过滤除臭装置处理的臭气被这层水膜吸附，随后掉落进除臭滤床中，被填料表面的微生物分解。可将NH₃和H₂S等水溶性臭气除去效果提升10％以上。

3、可全天候运行，节省用水

覆盖膜具有很好的防雨效果，作为一道有效的物理屏障，避免了雨季大量降雨导致的生物过滤除臭装置内除臭滤床填料堵塞，滤床压力增大，除臭效果降低。在气候炎热的夏季，覆盖膜能有效阻断生物过滤除臭装置内水分的散失，可节省大量除臭滤床加湿用水。

4、无需除草，维护方便

覆盖膜不透光，同时阻断了草籽的进入生物过滤除臭装置的可能，除臭滤床中没有杂草，无需除草，极大地减少了维护成本，还避免了因化学除草导致的除臭效果下降的不利后果。生物过滤除臭装置日常检查时只需将一侧的卡簧打开即可，使用方便。

5、减少细菌、真菌孢子和生物气溶胶的外泄

固定在生物过滤除臭装置上方的覆盖膜作为一道物理屏障，通过其特有的微孔过滤结构，有效阻断了细菌、真菌孢子和生物气溶胶的通过，过滤效果≥98％，降低了对从业人员和周边居民的危害几率。

6、实时控制，节省能耗

智能膜覆盖除臭系统可实现臭气实时监测、处理，摆脱了以往定时控制排风除臭效果差，能耗高的窘境。

7、数据集中处理、节省投入、可远程监控

本发明采用了物联网主机使场地内所有臭气浓度、湿度传感器、排风风机、加湿单元和智能控制工作站相连接，只需设置一个智能控制单元即可满足场地内所有信息处理、排风和加湿控制，无需为每一个配备一个PLC，节省大量投入的同时实现了场地各单元的统一管理。无需安装APP，采用微信客户端适用性强，可远程监测及控制排风和除臭滤床加湿。

8、为现有生物除臭装置升级改造提高解决方案

可根据本发明为为现有生物除臭装置提供臭气检测单元、智能控制单元，或膜覆盖等升级改造方案。

附图说明

图1：智能膜覆盖生物除臭系统正视图

图2：智能膜覆盖生物除臭系统侧视图

具体实施方式

实施例

试验地点：长春市双阳区双营子乡尹家村六社长春市荣丰农民专业合作社有机肥加工场地 (N43°35′55″，E125°37′57″)。

发酵厂房为55m×15m×6m(L×W×H)，总体积为4950m³，引风口设置在厂房顶部，气体排风风机(2)功率5.5kw、风量275m³/min，在厂房两侧进口和中部距离地面1.5m处安装3个臭气探测器。

所述的臭气探测器(1)是具有同时监测NH₃浓度、H₂S浓度和CH₃SH的防爆、防水探测器。臭气探测器(1)与智能控制单元的物联网主机相连。在同一场地内应在不同位置处距离地面1.5m～2.5m处安装3个臭气探测器。

所述的膜覆盖生物过滤除臭单元包含排风风机(2)、生物过滤除臭装置、覆盖膜支撑骨架(3)、覆盖膜。生物过滤池设计参数尺寸按照臭气空床接触时间(empty bed contacttime，ECBT)为0.75 min～1.50min，填料高度0.8m～1.5m和排风风机(2)排风量进行设计。生物过滤除臭装置是由水泥防渗地面(12)、空心砖(5)、有孔支撑材料(6)、除臭滤床(7)、除臭滤床湿度控制单元和边墙(4)组成。所述的水泥防渗地面(12)厚度应≥10cm，地面最小设计坡度为0.003，远离风机(2)的一端最低，并在远离风机(2)的一端墙体下方安装一个直径5cm～20cm排污管(10)。空心砖(5)放置在地面上，且空心砖(5) 孔朝向风机(2)，用于承载有孔支撑材料(6)及除臭滤床(7)。有孔支撑材料(6)为厚度大于25mm，单格尺寸不大于50mm×50mm的玻璃钢格栅，其上覆盖一层单格尺寸不大于10mm×10mm的尼龙或塑料网布。所述的除臭滤床(7)填充由玉米芯(长度小于10cm)和腐熟堆肥按照60:40～80:20(w/w)混合而成填料。边墙(4)一般是24cm厚砖墙构成，内侧做防渗处理，墙体高度不低于除臭滤床(7)中填料高度。生物过滤除臭装置顶部安装覆盖膜支撑骨架(3)，骨架材料可以是玻璃纤维棒、镀锌钢管或其他耐腐蚀材料。生物过滤除臭装置边墙(4)四周距离顶部0.3m～0.5m安装卡膜槽。覆盖膜通过卡簧固定在边墙(4)四周的卡膜槽内。除臭滤床湿度控制单元是由湿度监测器(8)、加湿单元(9)和物联网主机组成。湿度监测器(8)长50cm，***滤床(7)中央，用于实时监测滤床(7)中心湿度；加湿单元(9)由电磁阀及分布在滤床(7)顶部的滴灌带或微喷组成的。

设定的臭气空床接触时间(empty bed contact time，ECBT)为1min，经计算除臭滤床(7)体积为 275m³。设定填料高度为1m，则除臭滤床(7)面积为275m²，除臭滤床(7)表面负荷为60m³·m^-2·h^-1。生物过滤除臭装置内除臭滤床(7)尺寸为25m×11m(L×W)边墙(4)。生物过滤除臭装置内水泥防渗地面(12)厚度为10cm，地面最小设计坡度为0.006，远离风机(2)的一端最低，并在远离风机(2)的一端墙体下方安装一个直径5cm排污管(10)。空心砖(5)放置在水泥防渗地面(12)上，且空心砖(5)孔朝向风机(2)，风机(2)通过进气孔(11)为系统通风；空心砖(5)用于承载有孔支撑材料(6)及除臭滤床(7)。有孔支撑材料(6)为厚度25mm，单格尺寸为50mm×50mm的玻璃钢格栅，其上覆盖一层单格尺寸为10 mm×10mm的尼龙或塑料网布。除臭滤床(7)填充由玉米芯(长度小于10cm)和腐熟堆肥按照 60:40～80:20(w/w)混合而成填料。边墙(4)为24cm厚砖墙构成，内侧做防渗处理，墙体高度为1.2m。生物过滤除臭装置顶部安装覆盖膜支撑骨架(3)，骨架材料为焊有卡膜槽的镀锌钢管。生物过滤除臭装置边墙(4)四周距离顶部0.3m安装卡膜槽。覆盖膜通过卡簧固定在骨架和边墙(4)四周的卡膜槽内。除臭滤床(7)湿度控制单元是由湿度监测器(8)、加湿单元(9)和物联网主机组成。湿度监测器(8)长50cm，***滤床(7)中央。加湿单元(9)由电磁阀及分布在滤床(7)顶部的微喷组成的。湿度监测器(8)滤床(7)加湿单元(9)滤床(7)臭气探测器(1)安装在距离生物过滤除臭装置1m高的支架上。

臭气探测器(1)、风机(2)控制器和除臭滤床湿度控制单元分别与物联网主机相连，物联网主机支持LoRa(远距离无线电)/WIFI/GPRS/3G/4G通讯传输，实时将臭气发生场地内臭气气体浓度、湿度监测和处理后气体数据上传至智能处理单元，接收智能处理单元或微信客户端指令控制排风风机(2)、加湿单元(9)，同时将数据上传至云端，由云端将系统各项信息提供给微信客户端。智能除臭控制程序为当NH₃浓度高于15mg/m³或H₂S浓度高于10mg/m³开启排风进行生物除臭；当NH₃浓度低于5 mg/m³，H₂S浓度低于5mg/m³，或NH₃浓度和H₂S浓度均低于5mg/m³，或风机(2)运行30min以上，关闭排风。智能湿度控制程序为滤床(7)中心湿度小于50％时开启电磁阀启动加湿；滤床(7)中心湿度浓度高于60％时关闭电磁阀停止加湿。所述的微信客户端从云端接收系统中各项信息，并可对系统进行远程监测及手动进行排风、加湿等操作。

从表1可以看出，在生物除臭过滤装置上进行膜覆盖后可使NH₃和H₂S除去效果分别提升13.17％和10.27％，有效提高了生物除臭过滤装置对恶臭气体的处理效果。

表1膜覆盖前后恶臭气体去除效果对比试验结果