一种生物除臭处理系统及其处理方法与流程

本发明属于恶臭气体治理，具体涉及一种生物除臭处理系统及其处理方法。

背景技术：

1、生物除臭系统的核心是生物除臭箱（生物滤池），其内部装填比表面积大的多孔填料，填料表面附着驯化培养的功能微生物（如硫氧化菌、硝化细菌等）。

2、生物除臭箱在长期运行中面临运行难题：一是填料层堵塞，进气中的粉尘颗粒被填料截留，以及生物膜过度生长和老化生物膜的累积，导致填料层压差升高、引风量下降、除臭效率降低；二是菌群活性波动，冬季低温、营养失衡、ph异常或受到冲击负荷时，填料表面微生物代谢活性显著下降，除臭效率降低甚至出口排放超标；三是含水率失衡，填料层过干时菌群脱水死亡，过湿时形成局部厌氧区反而产生恶臭。这些难题相互关联，共同构成生物除臭箱的运行瓶颈。

3、中国专利文献cn112023683a公开了一种异味净化用防堵型生物滤池，包括预洗池和生物滤池，生物滤池侧面设置有臭氧水冲洗装置，生物滤池的进、出口均设置有风压计用于监控填料堵塞情况。当发现填料堵塞时，启动电机驱动隔板开启，三轴机械臂伸入填料上方或下方对堵塞填料进行高浓度的臭氧水冲洗。该方案需要预设进、出口两处风压计测点，仅能判断堵塞是否发生而无法定位堵塞在填料层的具体位置；同时维护依赖三轴机械臂配合臭氧水冲洗，需启闭侧向隔板，结构复杂、不能在线维护，且采用单一的臭氧水冲洗手段不能区分堵塞成因进行针对性处理。

4、中国专利文献cn109692555a公开了一种集成式的生物除臭装置及生物除臭方法，包括生物反应单元、检测单元、电气控制及传输显示单元和动力源单元。检测单元包括用于检测进、出口压差的压差计、温湿度仪、ph计等检测部件，电气控制及传输显示单元通过plc控制器实现现场监测显示和远程控制显示。该方案公开了多种参数的检测和数据采集功能，但压差检测仅限进、出口两处，未公开多截面压差监测；控制逻辑以采集+显示+远程操控为主，未公开基于多参数耦合判别堵塞类型并执行分因施策的具体判别算法。

5、中国专利文献cn104353353a公开了一种自动调控微生物分布的生物滴滤池，通过在进气管和出气管上安装四个电动通风碟阀连接plc，控制上、下端轮流进气，使微生物均匀分布在填料层上。该方案通过改变气流方向间接防止生物膜在某处过度生长，但进气切换为定时控制，并非基于压差诊断的针对性维护，无法应对粉尘堵塞、干燥板结等其他成因的堵塞。

6、公开号为cn223209278u的实用新型专利公开了一种一体式多级防堵塞的生物除臭净化装置，其在左、右处理腔各设置一个压力传感器，反冲洗装置的触发条件是腔内压力超过设定压力值，启动反冲洗装置对生物填料床进行冲洗。该方案仅设置左、右两腔压差测点且触发条件为单一阈值，不能定位堵塞位置和判别堵塞类型。

7、此外，恶臭气体治理领域还存在通过在线气体浓度监测进行反馈控制的方案。一种自动高效生物除臭反应器在进气口安装硫化氢气体在线检测仪，在排空装置上安装硫化氢气体和氨气在线检测仪，各在线监测点与plc控制系统连接。一种新型智能复合式恶臭气体处理装置在进气管入口和出气口设置两个气体在线监测反馈单元，电控单元根据气体组分及浓度控制多个气体处理单元的启停组合、风量控制阀的开启角度和三通分流阀的开启方向。上述方案公开了进、出口气体浓度在线监测并据此进行宏观工艺切换或风量调节的反馈控制方式，但其控制对象为多级处理单元的工艺组合切换，属于宏观层面的工艺调配；且均未公开将去除率与压差进行联合解耦判别，用于单级生物滤池的堵塞型与活性型效率下降的区分及差异化维护。

8、上述现有技术均存在以下不足：一是压差监测点均为两处（进/出口或左/右腔），无法定位填料层内部不同位置的堵塞；二是维护决策仅依赖压差等物理指标，无法反映菌群实际降解能力，在菌群活性下降（如低温、营养失衡、中毒）而压差正常时，出口排放超标无感知；三是菌群活性的感知依赖在线气体浓度仪，浓度仪成本高、维护难度大、响应滞后，多数工程未配置导致活性监测缺失，且未利用微生物降解放热特性通过温差低成本感知菌群活性；四是效率下降时无法区分堵塞型与活性型两种成因，维护动作容易误选；五是循环水酸化来源无法区分（硫型酸化与硝化型酸化机理不同）且投碱存在检测滞后，投碱不精准容易造成震荡和对菌群的二次扰动；六是反冲洗等维护动作的效果评估仅依据压差恢复，无法量化评估菌群降解能力的恢复情况；七是缺乏对出口浓度超标的前兆预警，只能事后报警，偶发高浓度冲击易导致瞬时排放超标。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、针对现有生物除臭处理系统存在维护决策仅依赖压差等物理指标而无法感知菌群实际活性、菌群活性下降（低温、中毒、营养失衡）时出口排放超标无低成本感知手段、循环水酸化来源无法区分导致投碱不精准且存在检测滞后、以及出口浓度超标只能事后报警无法前兆预警等技术不足，本发明的第一个目的在于提供一种生物除臭处理系统，该系统通过填料层温度与进气温度的差值经温度修正后构建代谢活性热指标，结合进、出口气体浓度计算的去除率形成双通道菌群活性监测，由plc控制器依据去除率、压差与代谢活性热指标联合解耦判别效率下降类型，并依据ph变化率限时定量前馈与循环液电导率区分酸化来源实现精准投碱，依据出口浓度上升趋势进行超标前兆预警，实现生物除臭系统的菌群状态精细感知与智能维护。

3、本发明的第二个目的在于提供一种生物除臭处理方法，该方法包括多截面压差采集、代谢活性热指标与去除率计算、效率下降类型解耦判别、差异化维护、精准投碱、超标前兆预警和去除率恢复评估等步骤，实现生物除臭系统的菌群健康精细维护。

4、（二）技术方案

5、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

6、一种生物除臭处理系统，包括生物除臭箱、离心风机和烟囱，生物除臭箱包括箱体以及设置在箱体内的填料层、喷淋组件和排液池。还包括沿气流方向布置于填料层的多截面压差监测组件，其包括至少四个压力测点，相邻两个压力测点构成一个压差测段；仪表系统，用于检测填料层温度、进气温度、进口气体浓度、出口气体浓度、循环液ph值、循环液电导率及填料层含水率；执行组件，包括喷淋主管路上的循环水泵、反冲洗阀、碱液加药泵、营养液加药泵和循环液回流管路；循环液回流管路连通排液池与循环水箱，排液池收集的循环水经循环液回流管路回流至循环水箱，与循环水泵、喷淋主管路、喷淋组件及填料层构成喷淋循环水的闭路循环；plc控制器的输入端与多截面压差监测组件和仪表系统信号连接，输出端与执行组件和离心风机控制连接；plc控制器配置为依据填料层温度与进气温度之差计算代谢活性热指标，依据进、出口气体浓度计算去除率，依据各压差测段压差值与变化率定位堵塞位置；去除率降低且压差升高时判定堵塞型并联动冲洗维护，去除率降低且压差正常时判定活性型并联动养护维护，代谢活性热指标处于有效状态且收窄时亦判定活性型并联动养护维护；碱液投加量依据循环液ph值及变化率前馈并结合电导率区分酸化来源确定，前馈投碱限定时长和剂量；依据出口浓度呈上升趋势且变化率超过阈值时预警超标前兆，并依据去除率恢复情况评估维护效果闭环复核。

7、其中，仪表系统包括填料层含水率传感器、填料层温度传感器、进气温度传感器、ph传感器、循环液电导率传感器、进口气体浓度传感器和出口气体浓度传感器；填料层含水率传感器和填料层温度传感器设置于填料层内部，进气温度传感器设置于进气风管上，ph传感器和循环液电导率传感器设置于排液池与循环水箱之间的循环液回流管路上，进口气体浓度传感器设置于进气风管上，出口气体浓度传感器设置于净化气体管路上。

8、其中，多截面压差监测组件的压力测点数量为四至六个，各压力测点沿气流方向等间距或不等间距布置；压差测段包括位于第一压力测点与第二压力测点之间的第一压差测段、位于第二压力测点与第三压力测点之间的第二压差测段、以及位于第三压力测点与第四压力测点之间的第三压差测段。

9、其中，还包括反冲洗管路、反冲洗喷头、反冲洗调节阀和喷淋调节阀，反冲洗管路的一端连通循环水泵的出口，另一端延伸至填料层的进气侧并连接反冲洗喷头，反冲洗阀设置于反冲洗管路上，反冲洗喷头的喷射方向沿逆气流方向朝上设置；喷淋组件的喷头沿填料层的出气侧上方布置且喷射方向朝下；反冲洗调节阀设置于反冲洗管路上，喷淋调节阀设置于喷淋主管路上，反冲洗阀开启时由plc控制器调节反冲洗调节阀与喷淋调节阀的开度分配两路流量；冲洗维护时，同时开启反冲洗阀和循环水泵，反冲洗喷头在填料层进气侧逆气流方向喷射循环水，直接冲散沉积于进气侧的粉尘颗粒，喷淋组件在出气侧顺气流方向喷射循环水冲刷填料层表面，双向水流在填料层内对冲交汇，将填料层内部的堵塞物自填料层孔隙中剥离并随水流自排液池排出，冲洗完成后关闭反冲洗阀恢复正常运行。

10、其中，plc控制器还配置为执行代谢活性热指标的温度修正与有效性判据：以预设滑动窗口时长内填料层温度与进气温度之差的滑动平均值作为代谢活性热指标的判据值，排除进气温度的昼夜波动干扰；当进气温度处于预设正常运行温度区间内时，代谢活性热指标作为菌群活性监测的有效判据，当进气温度超出预设正常运行温度区间时，代谢活性热指标降级为参考信号，仅依据去除率判别效率下降类型，代谢活性热指标收窄不作为活性型效率下降的独立判据；将代谢活性热指标与去除率构成双通道菌群活性监测：在代谢活性热指标处于有效状态时，当代谢活性热指标收窄且去除率降低时判定菌群活性下降；在代谢活性热指标处于有效状态时，当代谢活性热指标收窄而出口气体浓度传感器的检测值正常时，以代谢活性热指标为维护决策依据并输出营养补强或保温提示；当进口气体浓度传感器或出口气体浓度传感器故障或校准时，以代谢活性热指标替代去除率作为菌群活性监测信号。

11、本发明还提供一种生物除臭处理方法，应用于前述生物除臭处理系统，包括如下步骤：采集各压差测段的压差值以及填料层温度、进气温度、进口气体浓度、出口气体浓度、循环液ph值、循环液电导率和填料层含水率的检测值；根据各压差测段的压差值与压差变化率定位填料层的堵塞位置，并计算代谢活性热指标与去除率；结合去除率、压差与代谢活性热指标判别效率下降类型；当判别为堵塞型效率下降时联动循环水泵与反冲洗阀执行冲洗维护，冲洗维护时开启反冲洗阀，循环水经反冲洗喷头在进气侧逆气流方向喷射，同时喷淋组件在出气侧顺气流方向喷射，形成双向冲洗剥离并排出填料层内的堵塞物；当判别为活性型效率下降时联动执行活性养护维护；维护动作完成后，依据去除率恢复情况评估维护效果并闭环复核，同时依据出口浓度呈上升趋势且变化率超过阈值时进行超标前兆预警。

12、其中，采集步骤还包括：沿气流方向在填料层的各压力测点处采集压力信号，并同步采集进口气体浓度传感器、出口气体浓度传感器、填料层温度传感器、进气温度传感器、ph传感器和循环液电导率传感器的检测值；以预设滑动窗口时长内填料层温度与进气温度之差的滑动平均值作为代谢活性热指标的判据值，去除率等于一减去出口浓度与入口浓度之比。

13、其中，堵塞位置定位步骤还包括：计算各压差测段的压差占沿气流方向首末两个压力测点之间总压差的比例，得到各压差测段压差占比；当第一压差测段压差占比大于第一占比阈值且持续时长大于第一时长阈值时，判定填料层的进气侧发生堵塞；当第二压差测段压差占比大于第二占比阈值且持续时长大于第二时长阈值时，判定填料层的中段发生堵塞；当第三压差测段压差占比大于第三占比阈值且持续时长大于第三时长阈值时，判定填料层的出气侧发生堵塞。

14、其中，效率下降类型判别步骤还包括：将去除率、各压差测段的压差值及代谢活性热指标进行比较，当去除率低于预设去除率阈值且任一压差测段的压差值或压差占比超过对应阈值时，判别为堵塞型效率下降；当去除率低于预设去除率阈值且各压差测段的压差值均未超过对应阈值、或代谢活性热指标处于有效状态且收窄时，判别为活性型效率下降，并将填料层温度传感器的温度检测值、填料层含水率传感器的含水率检测值、ph传感器的ph检测值和循环液电导率传感器的电导率检测值输入预置的活性养护判别规则，输出低温低活性、冲击负荷、填料干燥、填料层酸化中的至少一种活性养护类型；当进气温度超出预设正常运行温度区间导致代谢活性热指标处于降级状态时，代谢活性热指标收窄不作为活性型效率下降的独立判据，仅以去除率偏低且压差正常作为活性型的判定依据。

15、其中，方法还包括精准投碱、超标前兆预警与去除率恢复评估步骤：依据ph传感器的检测值的变化率计算ph下降速率，当ph下降速率超过预设速率阈值时判定为快速酸化，执行限时定量前馈投碱，即依据ph下降速率前馈增大碱液加药泵的投加量且投碱持续时间不超过预设时长上限、累计投加量不超过预设剂量上限，到达预设时长上限后暂停前馈投碱并重新评估；当ph下降速率处于正常区间时，依据循环液电导率传感器的检测值区分酸化来源，当电导率升高且ph下降时判定为硫型酸化并投加碱液中和硫酸，当电导率升高幅度小于ph下降幅度时判定为硝化型酸化并适度投加碱液且同步投加碳酸氢盐补充碱度；依据出口气体浓度传感器的检测值计算出口浓度变化率，当出口浓度检测值在连续采样周期内呈上升趋势且上升速率超过预设变化率阈值、而出口浓度检测值尚未超过排放标准时，判定存在超标前兆，联动降低离心风机的转速延长气体在填料层的停留时间并联动提升循环水泵的输出流量加强喷淋吸收；在维护动作完成后计算去除率恢复速率并同步监测去除率的回落情况，当去除率恢复速率大于预设上阈值且去除率稳定无回落时判定维护有效；当去除率恢复速率处于预设下阈值与预设上阈值之间时判定维护不充分并输出增强维护强度提示；当去除率恢复速率小于预设下阈值、或去除率恢复后快速回落或波动时判定维护过度并输出减弱维护强度提示。

16、（三）有益效果

17、本发明的有益效果在于：

18、本发明通过填料层温度与进气温度的差值构建代谢活性热指标，利用微生物降解过程的放热特性实时反映菌群代谢强度，无需在线气体浓度仪即可低成本感知菌群活性变化，直击现有技术依赖昂贵浓度仪、多数工程不装导致菌群活性下降无感知的技术痛点；通过对代谢活性热指标进行滑动平均温度修正并设置有效温度区间判据，排除季节与昼夜温差对菌群活性判别的干扰，避免低温季节误判菌群活性丧失、高温季节掩盖活性下降；代谢活性热指标与去除率构成双通道菌群活性监测，在浓度仪故障或校准时以代谢活性热指标兜底，保证监测连续性。

19、本发明通过去除率、压差与代谢活性热指标的多指标联合解耦判别，能够将效率下降准确区分为堵塞型与活性型两种成因，并在活性型效率下降时再依据温度、含水率、ph和电导率细分养护类型，克服现有技术仅依赖压差无法感知菌群活性下降、维护动作容易误选的技术缺陷。

20、本发明通过ph变化率限时定量前馈投碱与循环液电导率区分酸化来源，既能够补偿循环水检测管路滞后，又通过投碱时长上限与剂量上限避免冲击性酸化时投碱过量，同时区分硫型酸化与硝化型酸化并采取差异化的投碱策略，实现精准投碱，避免投碱震荡和过度投碱对菌群的二次扰动，克服现有技术仅按ph阈值投碱、不加区分地投碱的不足。

21、本发明通过出口浓度上升趋势与变化率双重判据进行超标前兆预警，仅在出口浓度呈上升趋势且上升速率超过阈值时判定超标前兆，避免正常恢复过程中浓度快速下降被误报，在出口浓度尚未超标但上升趋势异常时提前联动降风量、加强喷淋吸收，将超标防控从事后报警提升为前兆预警，直击废气排放瞬时达标监管的核心要求；并通过循环液电导率监测老化生物膜脱落前兆，避免突然脱落导致出口瞬时超标。

22、本发明通过反冲洗管路与反冲洗喷头在填料层进气侧逆气流方向喷射与喷淋组件在出气侧顺气流方向喷射构成的双向冲洗，能够直接冲散沉积于进气侧的粉尘颗粒并剥离填料层内部堵塞物，克服现有技术仅从顶部顺流冲洗导致进气侧粉尘堵塞清除不彻底的技术缺陷。

23、本发明的方法与系统协同配合，依托同一套多截面压差监测组件、同一温度与浓度监测、同一循环液电导率监测、同一加药系统和同一plc控制器实现菌群状态精细感知、效率下降类型解耦判别、精准投碱、超标前兆预警和去除率恢复评估等功能，无需增设独立机械装置即可实现菌群健康精细维护，结构紧凑、成本可控、维护精准，特别适用于市政污水处理厂、污泥处理车间、垃圾中转站、畜禽养殖场等场所的恶臭气体治理。