CN102942973B - 一种组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废水的多级处理技术领域，具体涉及一种组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫的方法和系统。本发明在添加剂的调节下，利用循环气体将沼液中的高浓度氨氮通过吹脱方式脱除，吹脱后的气体经过酸液吸收作为铵肥施用，从而增加沼液利用附加值，降低系统运行费用，同时在吹脱装置中加入添加剂后可实现沼液中磷和有机物等絮凝沉淀，其经过收集和处理后可作为缓释肥施用。在有效地杀灭沼液中粪大肠杆菌的同时，利用余热为吹脱装置进行供热，提高了氨氮的吹脱效率，达到系统热能最优化利用。直接利用吹脱和杀菌后的沼液吸收沼气中的硫化氢、二氧化碳，实现沼气提纯和脱硫净化，同时，降低处理沼液的pH和硬度。

Description

一种组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫的方法和系统
技术领域
本发明属于废水的多级处理技术领域，具体涉及一种组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫的方法和系统。
背景技术
利用厌氧发酵产沼气技术处理畜禽养殖废弃物、作物秸秆、生活垃圾以及其它有机废弃物，既可治理环境污染，又能实现废弃物的资源化利用，取得较好的能源、环保和经济效益。近年来，我国大中型沼气工程出现了前所未有的增长势头，但沼气生产之后的厌氧发酵液的深度处置仍是后顾之忧。就我国实际情况而言，大中型沼气工程的厌氧发酵液产生量大，完全就地消纳利用有一定难度。远距离输送，能耗大、成本高，建设单位难以承受；随意排放，其中的氨氮和粪大肠杆菌，会对土壤和水体造成污染。因此，探究适宜的沼液处理技术，使沼液高效利用，这一工作也成为了世界难题。
在厌氧发酵液不能完全被土地消纳利用时，则需要对其进行深度处理，达标排放，避免产生二次污染。由于厌氧发酵液中的氨氮含量多在1000mg/L以上，如何降低氨氮浓度满足达标要求和氮素的有效回收是厌氧发酵液深度处理的一个重要方面。目前，处理高浓度氨氮废水的方法主要有吹脱汽提法、生物脱氮法、离子交换法、化学沉淀法、膜分离法等，其中除了吹脱汽提法外，其它方法一般存在工艺复杂、运行费用较高的缺陷。现在国内吹脱装置一般采用填料布水法或者塔板式吹脱塔，由于絮凝沉积作用，装置往往会很快产生一层积垢，形成较大压差，影响系统工作效率。
大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，厌氧发酵液中含有大量的粪大肠杆菌，最大可能数（MPN）为35000个/100mL。粪大肠杆菌对人类健康的影响众所周知，因此在沼液达标排放之前，有效的杀灭粪大肠杆菌是非常重要的。
除此之外，沼气的主要成分为甲烷（60-70%）和二氧化碳（30-40%），但在沼气产生过程中也会伴随产生少量的硫化氢等有害气体。沼气生产过程中产生的硫化氢不仅对人体产生很大危害，同时对管道、仪表及设备具有强烈的腐蚀作用。因此，沼气工程中必须采取适当措施进行脱硫。其脱硫方法一般分为生物法和物化法两种，其中生物法以其设备简单、能耗低、产生二次污染少的特点而广受关注，但是控制条件严格。物化法虽已被广泛地应用且积累了丰富的经验，但该方法存在着运行费用高、投资大、产生二次污染等缺点。因此，如何选取建设和运行成本低、设备简单和运行维护简易的脱硫方法和设备对于沼气净化是十分重要的。
发明内容
针对上述问题，本发明采用了一种组合吹脱沼液深度处理和沼气脱硫的方法和系统，即可以满足沼液中高浓度氨氮的去除、氮素的有效回收以及大肠杆菌的杀灭，同时脱除沼气中硫化氢，从而实现沼气工程清洁生产。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫的方法，其特征在于：所述方法包括氨气吹脱和吸收步骤、杀灭粪大肠杆菌步骤以及沼气提纯和脱硫净化步骤；其中，
在所述氨气吹脱和吸收步骤中，还包括：打开第一电磁阀3，厌氧发酵液经过沼液输送管2从顶部进入吹脱塔4，启动电动搅拌装置5，添加剂自动计量投放装置6向吹脱塔4中投入一定量的添加剂，调节沼液的pH值；同时启动气泵7，在吹脱塔4中进行气液交换；通过传质和吹脱作用将氨气带出沼液，同时所述添加剂可实现沼液中的磷和有机物等絮凝沉淀过程；从沼液中吹带出的氨气随循环气体通过循环气体输送管8从底部进入氨气吸收塔9，同时打开第二液体泵10，使酸液经由酸液输送管11从位于氨气吸收塔9顶部的布水器流入，底部吹入的携氨循环气体与顶部流入的酸液充分传质，吸收氨气；
在所述杀灭粪大肠杆菌步骤中，还包括：经过所述的氨气吹脱和吸收步骤后，打开第一三通电磁阀13-1，吹脱塔4中的上层清液由灭菌装置进液管12-1进入灭菌装置14，加热灭菌装置14杀灭粪大肠杆菌；然后打开第二三通电磁阀13-2及第一液体泵15，使高温处理过的沼液进入热交换装置16，并经由与第一三通电磁阀13-1连接的高温管17形成环路；
在所述沼气提纯和脱硫净化步骤中，还包括：当灭菌装置14中沼液的温度低于吹脱塔4的温度时，启动第三液体泵18，沼液经沼气净化装置进液管12-2从位于沼气净化装置19顶部的布水器进入沼气净化装置19，同时打开第二电磁阀20，待净化的沼气由沼气净化装置19的底部进入，直接利用吹脱和杀菌后的沼液吸收沼气中的硫化氢和二氧化碳，同时降低沼液的pH值和硬度，最后经由沼气输送管21输出。
在所述氨气吹脱和吸收步骤中，气泵7的两端分别连接吹脱塔4的底部和氨气吸收塔9的顶部，从沼液中吹带出的氨气随空气进入氨气吸收塔9被吸收后，在气泵7的作用下，空气从氨气吸收塔9再次进入吹脱塔4中，形成循环气体。
在所述氨气吹脱和吸收步骤中，酸液输送管11的两端分别连接氨气吸收塔9的顶部和底部，吸收过氨气的酸液在第二液体泵10的作用下，经由酸液输送管11再次从位于氨气吸收塔9顶部的布水器流入，形成循环。
在所述氨气吹脱和吸收步骤中，投入添加剂后，吹脱塔4中的沼液的pH值不小于11。
自动控制装置1自动控制第一电磁阀3、电动搅拌装置5、添加剂自动计量投放装置6、气泵7、第二液体泵10、第一三通电磁阀13-1、第二三通电磁阀13-2、第一液体泵15、第三液体泵18以及第二电磁阀20。
在所述氨气吹脱和吸收步骤中，添加剂自动计量投放装置6向吹脱塔4中投入的添加剂为氧化钙、氢氧化钙以及碳酸钙中的一种或几种。
在所述杀灭粪大肠杆菌步骤中，加热灭菌装置14加热至60℃并维持5分钟，以杀灭粪大肠杆菌。
一种组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫的系统，包括自动控制装置1，氨气吹脱和吸收装置，灭粪大肠杆菌及余热利用装置以及沼气净化装置19，其中,
所述氨气吹脱和吸收装置包括吹脱塔4、电动搅拌装置5、添加剂自动计量投放装置6、气泵7、循环气体输送管8以及氨气吸收塔9，其中，吹脱塔4与添加剂自动计量投放装置6相连接，其顶部与安装有第一电磁阀3的沼液输送管2相连接，并且通过循环气体输送管8与氨气吸收塔9的底部相连接；吹脱塔4内部设有电动搅拌装置5，吹脱塔4底部与气泵7的一端相连通；气泵7的另一端与氨气吸收塔9的顶部相连通，设有第二液体泵10的酸液输送管11分别连接氨气吸收塔9的底部和顶部的布水器；
所述灭粪大肠杆菌及余热利用装置包括灭菌装置14、热交换装置16以及高温管17，其中，灭菌装置14通过与第一三通电磁阀13-1相连接的灭菌装置进液管12-1与吹脱塔4相连接，并且通过第二三通电磁阀13-2和第一液体泵15与热交换装置16相连接，热交换装置16围绕在吹脱塔4的外侧且与一端与第一三通电磁阀13-1相连接的高温管17的另一端相连接；
沼气净化装置19，其顶部的布水器与一端连接第二三通电磁阀13-2且设有第三液体泵18的沼气净化装置进液管12-2相连接，底部与第二电磁阀20相连接，顶部与沼气输送管21相连接；其中，
自动控制装置1自动控制第一电磁阀3、电动搅拌装置5、添加剂自动计量投放装置6、气泵7、第二液体泵10、第一三通电磁阀13-1、第二三通电磁阀13-2、第一液体泵15、第三液体泵18以及第二电磁阀20。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）在添加剂的调节下，利用循环气体可有效地将沼液中的高浓度氨氮通过吹脱方式在沼液中脱除，吹脱后的气体经过酸液吸收（吸收率可达99%）可作为铵肥施用，从而增加沼液利用附加值，降低系统运行费用，同时在沼液吹脱装置中加入添加剂后可实现沼液中的磷和有机物等絮凝沉淀过程，其经过收集和处理后可作为缓释肥施用。
（2）通过灭大肠杆菌装置可以有效地杀灭沼液中粪大肠杆菌，同时利用余热为氨氮吹脱装置进行供热，达到整套系统热能最优化利用，此装置不仅杀灭了沼液中的粪大肠杆菌，同时提高了氨氮的吹脱效率。
（3）直接利用吹脱和杀菌后的沼液吸收沼气中的硫化氢、二氧化碳，实现沼气提纯和脱硫净化，同时，降低处理沼液的pH和硬度。
附图说明
图1为本发明的组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫系统的结构示意图。
附图标记
1        自动控制装置（PLC）     2        沼液进管
3        第一电磁阀              4        吹脱塔
5        电动搅拌装置            6        添加剂自动计量投放装置
7        气泵                    8        循环气体输送管
9        氨气吸收塔              10       第二液体泵
11       酸液输送管              12-1     灭菌装置进液管
12-2     沼气净化装置进液管      13-1     第一三通电磁阀
13-2     第二三通电磁阀          14       灭菌装置
15       第一液体泵              16       热交换装置
17       高温管                  18       第三液体泵
19       沼气净化装置            20       第二电磁阀
21       沼气输送管
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的具体实施方法做进一步的详细说明。
一种组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫的方法，包括下列步骤：氨气吹脱和吸收、杀灭粪大肠杆菌以及沼气提纯和脱硫净化，并且主要通过自动化控制装置（PLC）1对系统中的相关部件的自动化控制，实现组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫。
本发明可以采取间歇式进料或连续进料的方式工作，通过自动化控制装置1发出指令，以实现整个系统的自动化控制。其中，自动控制装置1自动控制第一电磁阀3、电动搅拌装置5、添加剂自动计量投放装置6、气泵7、第二液体泵10、第一三通电磁阀13-1、第二三通电磁阀13-2、第一液体泵15、第三液体泵18以及第二电磁阀20。
氨气吹脱和吸收步骤如下：打开第一电磁阀3，厌氧发酵液经过沼液输送管2从顶部进入吹脱塔4，启动电动搅拌装置5，添加剂自动计量投放装置6向吹脱塔4中投入一定量的添加剂，调节沼液的pH值，同时启动气泵7，在吹脱塔4中进行气液交换，通过传质和吹脱作用将氨气带出沼液；同时所述添加剂可实现沼液中的磷和有机物等絮凝沉淀过程；从沼液中吹带出的氨气随空气通过循环气体输送管8从底部进入氨气吸收塔9，同时打开第二液体泵10，使酸液经由酸液输送管11从位于氨气吸收塔9顶部的布水器流入，底部吹入的携氨循环气体与顶部流入的酸液充分传质，吸收氨气。
其中，上述添加剂可以是氧化钙、氢氧化钙以及碳酸钙中的一种或几种。优选地，加入添加剂后，沼液的pH不小于11。
优选地，气泵7的两端分别连接吹脱塔4的底部和氨气吸收塔9的顶部，经过氨气吹脱步骤，从沼液中吹带出的氨气随空气进入氨气吸收塔9被吸收后，在气泵7的作用下，空气从氨气吸收塔9再次进入吹脱塔4中，形成循环气体。
优选地，酸液输送管11的两端分别连接氨气吸收塔9的顶部和底部，吸收过氨气的酸液在第二液体泵10的作用下，经由酸液输送管11再次从位于氨气吸收塔9顶部的布水器流入，形成循环。其中，酸液可以是硫酸。
其中，在氨气吹脱和吸收步骤中，通过在沼液中加入添加剂，并辅以机械搅拌调节沼液的pH不小于11，使得沼液中氨氮离解率高达90%以上，同时利用循环气体吹脱，通过传质作用将氨气吹带出沼液，降低氨氮浓度，吹脱后的气体经过酸液吸收（吸收率可达99%）可作为铵肥施用，从而增加沼液利用附加值，降低系统运行费用，同时在沼液吹脱装置中加入添加剂后可实现沼液中的磷和有机物等絮凝沉淀过程，其经过收集和处理后可作为缓释肥施用。
杀灭粪大肠杆菌步骤如下：经过氨气吹脱和吸收步骤后，打开第一三通电磁阀13-1，吹脱塔4中的上层清液由灭菌装置进液管12-1进入灭菌装置14，加热灭菌装置14杀灭粪大肠杆菌；然后打开第二三通电磁阀13-2及第一液体泵15，使高温处理过的沼液进入热交换装置16，并经由与第一三通电磁阀13-1连接的高温管17形成环路。优选地，加热灭菌装置14维持在60℃时15分钟，以杀灭90%沼液中的粪大肠杆菌。
其中，在杀灭粪大肠杆菌步骤中，经过高温加热，可以有效的杀灭大肠杆菌，灭菌后，将加热后的沼液通过吹脱塔4外的热交换装置16可以为正在吹脱的沼液提供外源热量，降低氨气在液体中的溶解度，提高吹脱效率。
沼气提纯和脱硫净化步骤如下：当灭菌装置14中沼液的温度低于吹脱塔4的温度时，启动第三液体泵18，沼液经沼气净化装置进液管12-2从位于沼气净化装置19顶部的布水器进入沼气净化装置19，同时打开第二电磁阀20，待净化的沼气由沼气净化装置19的底部进入，直接利用吹脱和杀菌后的沼液吸收沼气中的硫化氢和二氧化碳，同时降低沼液的pH值和硬度，最后经由沼气输送管21输出。
沼气提纯和脱硫净化步骤主要利用吹脱和杀菌后的沼液作为沼气提纯净化液，将沼气通入其中，使沼气中的硫化氢、二氧化碳等气体在沼气净化装置中被吸收，一方面实现了厌氧发酵系统产生沼气的提纯和脱硫工作，同时可以降低处理液pH和硬度，再次絮凝掉部分悬浮物和磷等，从而实现沼气提纯和脱硫净化。
如图1所示，本发明的组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫的系统包括自动控制装置1，氨气吹脱和吸收装置，灭粪大肠杆菌及余热利用装置以及沼气净化装置19。
氨气吹脱和吸收装置包括吹脱塔4、电动搅拌装置5、添加剂自动计量投放装置6、气泵7、循环气体输送管8以及氨气吸收塔9。其中，吹脱塔4与添加剂自动计量投放装置6相连接，吹脱塔4顶部与安装有第一电磁阀3的沼液输送管2相连接，以及通过循环气体输送管8与氨气吸收塔9的底部相连接；吹脱塔4内部设有电动搅拌装置5，底部与气泵7的一端相连通；气泵7的另一端与氨气吸收塔9的顶部相连通，设有第二液体泵10的酸液输送管11分别连接氨气吸收塔9的底部和顶部的布水器。
灭粪大肠杆菌及余热利用装置包括灭菌装置14，热交换装置16，高温管17，其中，灭菌装置14通过与第一三通电磁阀13-1相连接的灭菌装置进液管12-1与吹脱塔4相连接，并且通过第二三通电磁阀13-2和第一液体泵15与热交换装置16相连接，热交换装置16围绕在吹脱塔4的外侧且与一端与第一三通电磁阀13-1相连接的高温管17的另一端相连接。
沼气净化装置19，其顶部的布水器与一端连接第二三通电磁阀13-2且设有第三液体泵18的沼气净化装置进液管12-2相连接，底部与第二电磁阀20相连接，顶部与沼气输送管21相连接。
其中，自动控制装置1自动控制第一电磁阀3、电动搅拌装置5、添加剂自动计量投放装置6、气泵7、第二液体泵10、第一三通电磁阀13-1、第二三通电磁阀13-2、第一液体泵15、第三液体泵18以及第二电磁阀20。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫的方法，其特征在于：所述方法包括氨气吹脱和吸收步骤、杀灭粪大肠杆菌步骤以及沼气提纯和脱硫净化步骤；其中，
在所述氨气吹脱和吸收步骤中，还包括：打开第一电磁阀（3），厌氧发酵液经过沼液输送管（2）从顶部进入吹脱塔（4），启动电动搅拌装置（5），添加剂自动计量投放装置（6）向吹脱塔（4）中投入一定量的添加剂，调节沼液的pH值，投入添加剂后，吹脱塔（4）中的沼液的pH值不小于11；同时启动气泵（7），在吹脱塔（4）中进行气液交换；通过传质和吹脱作用将氨气带出沼液，同时所述添加剂可实现沼液中的磷和有机物絮凝沉淀过程；从沼液中吹带出的氨气随循环气体通过循环气体输送管（8）从底部进入氨气吸收塔（9），同时打开第二液体泵（10），使酸液经由酸液输送管（11）从位于氨气吸收塔（9）顶部的布水器流入，底部吹入的携氨循环气体与顶部流入的酸液充分传质，吸收氨气；
在所述杀灭粪大肠杆菌步骤中，还包括：经过所述的氨气吹脱和吸收步骤后，打开第一三通电磁阀（13-1），吹脱塔（4）中的上层清液由灭菌装置进液管（12-1）进入灭菌装置（14），加热灭菌装置（14）杀灭粪大肠杆菌；然后打开第二三通电磁阀（13-2）及第一液体泵（15），使处理过的沼液进入热交换装置（16），并经由与第一三通电磁阀（13-1）连接的高温管（17）形成环路；
在所述沼气提纯和脱硫净化步骤中，还包括：当灭菌装置（14）中沼液的温度低于吹脱塔（4）的温度时，启动第三液体泵（18），沼液经沼气净化装置进液管（12-2）从位于沼气净化装置（19）顶部的布水器进入沼气净化装置（19），同时打开第二电磁阀（20），待净化的沼气由沼气净化装置（19）的底部进入，直接利用吹脱和杀菌后的沼液吸收沼气中的硫化氢和二氧化碳，同时降低沼液的pH值和硬度，最后经由沼气输送管（21）输出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述氨气吹脱和吸收步骤中，气泵（7）的两端分别连接吹脱塔（4）的底部和氨气吸收塔（9）的顶部，从沼液中吹带出的氨气随空气进入氨气吸收塔（9）被吸收后，在气泵（7）的作用下，空气从氨气吸收塔（9）再次进入吹脱塔（4）中，形成循环气体。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述氨气吹脱和吸收步骤中，酸液输送管（11）的两端分别连接氨气吸收塔（9）的顶部和底部，吸收过氨气的酸液在第二液体泵（10）的作用下，经由酸液输送管（11）再次从位于氨气吸收塔（9）顶部的布水器流入，形成循环。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：自动控制装置（1）自动控制第一电磁阀（3）、电动搅拌装置（5）、添加剂自动计量投放装置（6）、气泵（7）、第二液体泵（10）、第一三通电磁阀（13-1）、第二三通电磁阀（13-2）、第一液体泵（15）、第三液体泵（18）以及第二电磁阀（20）。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述氨气吹脱和吸收步骤中，添加剂自动计量投放装置（6）向吹脱塔（4）中投入的添加剂为氧化钙、氢氧化钙以及碳酸钙中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述杀灭粪大肠杆菌步骤中，加热灭菌装置（14）加热至60℃并维持15分钟，以杀灭粪大肠杆菌。
7.一种用于上述权利要求之一所述方法的组合吹脱沼液深度处理和沼气提纯脱硫的系统，其特征在于：该系统包括自动控制装置（1），氨气吹脱和吸收装置，灭粪大肠杆菌及余热利用装置以及沼气净化装置（19），其中,
所述氨气吹脱和吸收装置包括吹脱塔（4）、电动搅拌装置（5）、添加剂自动计量投放装置（6）、气泵（7）、循环气体输送管（8）以及氨气吸收塔（9），其中，吹脱塔（4）与添加剂自动计量投放装置（6）相连接，其顶部与安装有第一电磁阀（3）的沼液输送管（2）相连接，并且通过循环气体输送管（8）与氨气吸收塔（9）的底部相连接；吹脱塔（4）内部设有电动搅拌装置（5），吹脱塔（4）底部与气泵（7）的一端相连通；气泵（7）的另一端与氨气吸收塔（9）的顶部相连通，设有第二液体泵（10）的酸液输送管（11）分别连接氨气吸收塔（9）的底部和顶部的布水器；
所述灭粪大肠杆菌及余热利用装置包括灭菌装置（14）、热交换装置（16）以及高温管（17），其中，灭菌装置（14）通过与第一三通电磁阀（13-1）相连接的灭菌装置进液管（12-1）与吹脱塔（4）相连接，并且通过第二三通电磁阀（13-2）和第一液体泵（15）与热交换装置（16）相连接，热交换装置（16）围绕在吹脱塔（4）的外侧且与一端与第一三通电磁阀（13-1）相连接的高温管（17）的另一端相连接；
沼气净化装置（19），其顶部的布水器与一端连接第二三通电磁阀（13-2）且设有第三液体泵（18）的沼气净化装置进液管（12-2）相连接，底部与第二电磁阀（20）相连接，顶部与沼气输送管（21）相连接；其中，
自动控制装置（1）自动控制第一电磁阀（3）、电动搅拌装置（5）、添加剂自动计量投放装置（6）、气泵（7）、第二液体泵（10）、第一三通电磁阀（13-1）、第二三通电磁阀（13-2）、第一液体泵（15）、第三液体泵（18）以及第二电磁阀（20）。
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