CN103613214A - 移动式沼液浓缩集成设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式沼液浓缩集成设备，该设备包括：集装箱、沼液贮存池、砂滤罐、芯式过滤器以及碟管式反渗透膜浓缩装置，其中，集装箱内限定出操作空间；沼液贮存池设在操作空间内，用于存放待处理沼液；砂滤罐设在操作空间内且与沼液贮存池相连，用于对待处理沼液进行一次过滤；芯式过滤器设在操作空间内且与砂滤罐相连，用于对经过所述一次过滤的沼液进行二次过滤；碟管式反渗透膜浓缩装置设在操作空间内且与芯式过滤器相连，用于对经过二次过滤的沼液进行浓缩处理，以便获得浓缩沼液和渗透液。根据本发明实施例的移动式沼液浓缩集成设备结构简单、运行稳定、沼液利用率高、易操作管理、运行方便、具有可扩展性以及能够同时实现沼液的体积减量和营养物质的浓缩。

Description

移动式沼液浓缩集成设备

技术领域

本发明涉及化工领域，具体而言，本发明涉及移动式沼液浓缩集成设备。

背景技术

我国是畜禽养殖业大国，肉、蛋产量均居世界第一位。近年来随着养殖水平的提高，我国畜禽养殖业中规模化养殖占养殖总比例逐渐增加。目前，畜禽养殖产业化组织已经占全国农业产业化组织的50%以上。然而规模化畜禽养殖带来经济效益的同时，也给环境带来了很大压力。据《第一次全国污染源普查公报》显示，2007年全国猪、牛、鸡三大类畜禽粪便总排放量高达27亿多吨。

针对畜禽养殖的污染问题，我国近年来兴建了一批大中型沼气工程。沼气工程采用厌氧消化技术，可以在厌氧条件下促使养殖废水等污染废物发酵产生沼气，同时产生沼液和沼渣。沼气作为一种清洁能源能得到再次利用，用于发电或者燃烧，沼液沼渣可以用作农肥，因而使沼气工程既实现了污染废物处理，又实现了资源化利用。目前，沼气工程已经在规模化养殖行业中得到广泛的推广。

然而在实际应用过程中，沼气工程中“三沼”的资源化利用面临很多限制。其中，与沼气不同，沼液沼渣，尤其是沼液，面临着尤为突出的资源化利用难的局面。其主要原因是沼液的农业应用需要大量的消纳土地，其农用需求也存在明显的季节性，但沼液的产生量却常年巨大，沼气工程附近往往没有足够的用于消纳沼液的农用土地，从而导致了高额的储存和运输费用。此外，沼液中氮磷及氨基酸等营养元素的含量相对偏低，也限制了沼液的高值利用。

因此，目前大中型沼气工程的沼液消纳问题亟待解决。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出移动式沼液浓缩集成设备，该设备可以实现沼液体积减量和营养物质的浓缩，显著降低了沼液的运输和贮存成本。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种移动式沼液浓缩集成设备，包括：集装箱，所述集装箱内限定出操作空间；沼液贮存池，所述沼液贮存池设在所述操作空间内，用于存放待处理沼液；砂滤罐，所述砂滤罐设在所述操作空间内且与所述沼液贮存池相连，用于对所述待处理沼液进行一次过滤；芯式过滤器，所述芯式过滤器设在所述操作空间内且与所述砂滤罐相连，用于对经过所述一次过滤的沼液进行二次过滤；碟管式反渗透膜浓缩装置，所述碟管式反渗透膜浓缩装置设在所述操作空间内且与所述芯式过滤器相连，用于对经过所述二次过滤的沼液进行浓缩处理，以便获得浓缩沼液和渗透液。利用该设备可以显著降低沼液运输贮存成本，并进一步提高其农用价值。

另外，根据本发明上述实施例的移动式沼液浓缩集成设备还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述碟管式反渗透膜浓缩装置包括多个彼此串联的反渗透膜柱。由此可以对滤液进行多次循环浓缩处理，以便进一步达到沼液体积减量和营养物质的浓缩。

在本发明的一些实施例中，所述移动式沼液浓缩集成设备，还包括：高压泵，所述高压泵连接在所述芯式过滤器与所述碟管式反渗透膜浓缩装置之间，用于对从所述芯式过滤器中排出的经过所述二次过滤的沼液加压泵入所述碟管式反渗透膜浓缩装置中。由此可以为膜浓缩提供动力，以便进一步提高浓缩效率。

在本发明的一些实施例中，所述移动式沼液浓缩集成设备进一步包括循环增压泵，所述循环增压泵与所述碟管式反渗透膜浓缩装置相连，用于对所述浓缩沼液循环回所述碟管式反渗透膜浓缩装置中进行循环浓缩处理。由此可以对二次过滤的沼液进行循环处理，以便进一步实现体积减量和营养物质的浓缩。

在本发明的一些实施例中，所述移动式沼液浓缩集成设备进一步包括清洗液储存池，所述清洗液贮存池与所述碟管式反渗透膜浓缩装置相连，用于对所述反渗透膜柱进行清洗。由此可以改善反渗透膜的污染情况，以便进一步提高反渗透膜的浓缩效率。

在本发明的一些实施例中，所述移动式沼液浓缩集成设备进一步包括：自动控制装置，所述自动控制装置分别与所述碟管式反渗透膜浓缩装置和所述清洗液储存池相连，用于实时监测所述碟管式反渗透膜浓缩装置的操作压力，并基于监测结果控制所述清洗液储存池对所述碟管式反渗透膜浓缩装置进行清洗。由此可以实时在线监测沼液水质以及膜系统的操作压力，以便进一步保证系统运行稳定。

在本发明的一些实施例中，当所述碟管式反渗透膜浓缩装置的操作压力小于2bar时，所述自动控制装置控制所述清洗液储存池对所述碟管式反渗透膜浓缩装置进行清洗。以便进一步提高渗透膜的浓缩效率。

在本发明的一些实施例中，所述砂滤罐过滤所述待处理沼液中的粒径为10～20微米的颗粒，所述芯式过滤器的过滤精度小于等于10微米。由此避免过量悬浮颗粒进入模柱后对膜表面造成损伤，以便进一步提高渗透膜的浓缩效率。

在本发明的另一方面，本发明提出了利用反渗透膜进行沼液浓缩处理的方法，所述方法采用上述的移动式沼液浓缩集成设备对所述沼液进行浓缩处理。由此该方法可以实现沼液的体积减量和营养物质的浓缩，以便进一步降低沼液的运输和贮存成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的移动式沼液浓缩集成装置结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现有技术的沼液处理需要消纳大量土地，同时农用需求沼液存在明显的季节性，但往往沼气工程附近农田有限，加之沼液的产量常年巨大，沼液不能得到就近和及时的消纳，因此增大了沼液处理的存储和运输成本。同时，沼液中氮磷及氨基酸等营养元素的含量相对偏低，也限制了沼液的高值利用。为此，本发明的发明人通过艰苦努力的探索，旨在对沼液进行体积减量和营养物质的浓缩，从而从根本上解决沼液的存储和运输成本过高问题。

为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种移动式沼液浓缩集成设备，下面结合图1对本发明的设备进行详细表述。

根据本发明的实施例，该设备包括：集装箱10、沼液贮存池20、砂滤罐30、芯式过滤器40以及碟管式反渗透膜浓缩装置50。其中，集装箱10内限定出操作空间60；沼液贮存池20设在操作空间60内，用于存放待处理沼液；砂滤罐30设在操作空间60内且与沼液贮存池20相连，用于对待处理沼液进行一次过滤；芯式过滤器40设在操作空间60内且与砂滤罐30相连，用于对经过一次过滤的沼液进行二次过滤；碟管式反渗透膜浓缩装置50设在操作空间60内且与芯式过滤器40相连，用于对经过二次过滤的沼液进行浓缩处理，以便获得浓缩沼液和渗透液。

根据本发明实施例的移动式沼液浓缩集成设备可以实现沼液体积减量和营养物质的高值利用。同时该设备通过集成化一体设置，结构简单、运行稳定、沼液利用率高、易操作管理、具有可扩展性,进而能够从根本上解决沼液的存储和运输成本过高问题。

根据本发明的具体实施例，沼液从沼气工程中的沼液储存池中，直接被抽取到沼液贮存池，然后自上而下泵入砂滤罐，通过砂滤罐中填充的石英砂的吸附作用和机械截留作用可以去除沼液中的悬浮颗粒。经过砂滤后，沼液通过芯式过滤器进行再次过滤，由此可以防止过量悬浮颗粒进入膜柱后对膜表面造成损伤。随后沼液经高压泵加压后泵入碟管式反渗透膜浓缩装置，经过反渗透过滤截留后，沼液中氮磷元素和腐殖质、有机质等肥性物质集中在浓缩沼液中，最后浓缩沼液和渗透液体分别从反渗透膜柱中排出。

根据本发明的一个实施例，上述碟管式反渗透膜浓缩装置50可以包括多个彼此串联的反渗透膜柱。单个反渗透膜柱中具有若干个碟状反渗透膜，且膜有限面积为9m²，由此可以通过改变反渗透膜组数量来实现集成设备的系列化和成套化的扩展设计。通过反渗透过滤浓缩后，沼液中氮磷元素和腐殖质、有机质等肥性物质集中在浓缩沼液中，由此实现了沼液中营养物质浓缩的目的。

根据本发明的一个实施例，上述移动式沼液浓缩集成设备还可以包括高压泵70，高压泵70连接在芯式过滤器40与碟管式反渗透膜浓缩装置50之间，用于对从芯式过滤器40中排出的经过二次过滤的沼液加压泵入碟管式反渗透膜浓缩装置50中。由此高压泵可以为膜过滤提供动力，以便进一步提高膜过滤效率。

根据本发明的一个实施例，移动式沼液浓缩集成设备可以进一步包括循环增压泵80，循环增压泵80与碟管式反渗透膜浓缩装置50相连，用于对浓缩沼液循环回碟管式反渗透膜浓缩装置50中进行循环浓缩处理。由此通过对二次过滤的沼液进行多级循环过滤处理，透过液可以回收再利用，同时当浓缩沼液体积减量达到75%以上时，浓缩沼液将从碟管式反渗透膜浓缩装置排出，以便实现沼液体积减量和营养物质的浓缩。

根据本发明的一个实施例，移动式沼液浓缩集成设备还可以进一步包括清洗液储存池90，清洗液贮存池90与碟管式反渗透膜浓缩装置50相连，用于对反渗透膜柱进行清洗。通过周期性的碱洗和酸洗，可以控制反渗透膜的污染情况，进而提高反渗透膜的浓缩效率。

根据本发明的一个实施例，移动式沼液浓缩集成设备还可以进一步包括自动控制装置100，自动控制装置100分别与碟管式反渗透膜浓缩装置50和清洗液储存池80相连，用于实时监测碟管式反渗透膜浓缩装置50的操作压力，并基于监测结果控制清洗液储存池90对碟管式反渗透膜浓缩装置50进行清洗。根据本发明的具体实施例，自动控制装置还可以包括PLC可控制编程元件，液位控制器、在线测试仪、接触器、断路器以及指示灯等，可以实时在线监测沼液水质以及膜系统的操作压力。根据本发明的具体示例，当碟管式反渗透膜浓缩装置的操作压力小于2bar时，自动控制装置控制所述清洗液储存池对碟管式反渗透膜浓缩装置进行清洗。该设备可以实现自动化控制，易操作管理。由此经过碟管式反渗透膜浓缩装置处理后的沼液体积减量达到原始体积的20～25%，浓缩沼液中游离氨基酸含量浓缩富集到3g/L以上，可以用作廉价含氨基酸水溶肥料，也可以加入浓缩沼液中不足的营养元素进一步调配，以满足植物生长需求，以便实现沼液的体积减量和高值加工利用。

根据本发明的一个实施例，上述移动式沼液浓缩集成设备中的砂滤罐中填充有石英砂，可以过滤待处理沼液中的粒径为10～20微米的颗粒，芯式过滤器的过滤精度不大于10微米。由此利用砂滤罐和芯式过滤器可以初步对沼液进行处理，便于进一步将沼液送入进行碟管式反渗透膜浓缩装置50中进行浓缩。

与已有技术相比，本发明的移动式沼液浓缩集成设备还具有下列优点：

(1)根据本发明实施例的移动式沼液浓缩集成设备同时实现了沼液的减量处理和沼液营养物质含量的高值加工。从根本上解决了沼液的运输和储存费用高以及沼液中营养元素相对偏低的问题，推动沼气工程的推广及长期高效稳定运行，具有重要的环境价值和显著社会经济效益。

(2)根据本发明实施例的移动式沼液浓缩集成设备节约占地、使用灵活以及处理规模上易于扩展；采用碟管式反渗透浓缩装置浓缩沼液，抗污染能力强，浓缩效率高，并且设备实现自动化控制，易操作管理。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种利用反渗透膜进行沼液浓缩处理的方法，该方法采用移动式沼液浓缩集成设备对沼液进行浓缩处理。该方法通过碟管式反渗透膜浓缩装置直接对沼液进行循环过滤，可以实现沼液体积减量和营养物质的浓缩。浓缩后沼液可以降低运输储存成本并提高其农用价值。工艺设备结构简单、运行稳定、沼液利用率高、易操作管理、运输方便、具有可扩展性、能实现沼液减量和高值利用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种移动式沼液浓缩集成设备，其特征在于，包括：

集装箱，所述集装箱内限定出操作空间；

沼液贮存池，所述沼液贮存池设在所述操作空间内，用于存放待处理沼液；

砂滤罐，所述砂滤罐设在所述操作空间内且与所述沼液贮存池相连，用于对所述待处理沼液进行一次过滤；

芯式过滤器，所述芯式过滤器设在所述操作空间内且与所述砂滤罐相连，用于对经过所述一次过滤的沼液进行二次过滤；以及

碟管式反渗透膜浓缩装置，所述碟管式反渗透膜浓缩装置设在所述操作空间内且与所述芯式过滤器相连，用于对经过所述二次过滤的沼液进行浓缩处理，以便获得浓缩沼液和渗透液。

2.根据权利要求1所述的移动式沼液浓缩集成设备，其特征在于，所述碟管式反渗透膜浓缩装置包括多个彼此串联的反渗透膜柱。

3.根据权利要求1或2所述的移动式沼液浓缩集成设备，其特征在于，还包括：

高压泵，所述高压泵连接在所述芯式过滤器与所述碟管式反渗透膜浓缩装置之间，用于对从所述芯式过滤器中排出的经过所述二次过滤的沼液加压泵入所述碟管式反渗透膜浓缩装置中。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的移动式沼液浓缩集成设备，其特征在于，进一步包括循环增压泵，所述循环增压泵与所述碟管式反渗透膜浓缩装置相连，用于对所述浓缩沼液循环回所述碟管式反渗透膜浓缩装置中进行循环浓缩处理。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的移动式沼液浓缩集成设备，其特征在于，进一步包括清洗液储存池，所述清洗液贮存池与所述碟管式反渗透膜浓缩装置相连，用于对所述反渗透膜柱进行清洗。

6.根据权利要求5所述的移动式沼液浓缩集成设备，其特征在于，进一步包括：自动控制装置，所述自动控制装置分别与所述碟管式反渗透膜浓缩装置和所述清洗液储存池相连，用于实时监测所述碟管式反渗透膜浓缩装置的操作压力，并基于监测结果控制所述清洗液储存池对所述碟管式反渗透膜浓缩装置进行清洗。

7.根据权利要求6所述的移动式沼液浓缩集成设备，其特征在于，当所述碟管式反渗透膜浓缩装置的操作压力小于2bar时，所述自动控制装置控制所述清洗液储存池对所述碟管式反渗透膜浓缩装置进行清洗。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的移动式沼液浓缩集成设备，其特征在于，所述砂滤罐过滤所述待处理沼液中的粒径为10～20微米的颗粒，所述芯式过滤器的过滤精度小于等于10微米。

9.一种利用反渗透膜进行沼液浓缩处理的方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的移动式沼液浓缩集成设备对所述沼液进行浓缩处理。

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