CN105347541B - 一种沼液高效氮磷回收整体处理工艺设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沼液高效氮磷回收整体处理工艺设备。该设备主要包括预处理单元、磷回收及pH调节单元和氮高效回收单元。预处理单元由固定式固液分离机(10)、离心机(14)等组成；磷回收及pH调节单元由间歇式正反转搅拌器(9)、上升式沉降填料(12)等组成；氮高效回收单元包括吹脱塔(6)、冷凝缓冲罐(5)、氨吸收罐(4)和缓冲罐(2)等组成。本发明针对氨氮吹脱工艺中投碱量大、运行负荷小、氨氮回收纯度低及回收成本较高问题，通过碱剂预处理实现磷的回收，通过间歇正反转搅拌有效促进碱剂溶解，提高碱剂利用率；采用循环吹脱方式提高设备运行负荷，设置缓冲及吸收装置保证氮的高效回收，并且系统实现了模块集成和自动化控制。

Description

一种沼液高效氮磷回收整体处理工艺设备

技术领域

本发明涉及农业废弃物资源化利用领域，具体涉及一种沼液高效氮磷回收整体处理工艺设备。

背景技术

随着现代畜牧产业体系的逐渐完善和经济的快速发展，畜牧业的生产方式已经发生重大转变，逐步由分散型、粗放型向规模化、集约化经营转变，畜禽粪便排放量随之急剧增长以及产生的环境问题日益突出。厌氧发酵产沼气技术由于其具备控制畜禽粪便环境污染和缓解农村能源日益增长需求压力的双重功能，近年来在世界范围内受到普遍关注和快速发展。我国自19世纪70年代开始大力发展建设户用沼气池，截止到2010年底其数量已达到3850万口。然而，随着我国农村城镇化进程的加快以及农村养殖模式逐渐由原始的农户散养向集约化养殖转变，大中型沼气工程逐渐替代户用沼气工程成为了沼气技术发展的新趋势。因此，国家出台了一系列政策加大规模化畜禽养殖场大中型沼气工程的建设。根据农业部2011年中国农业统计年鉴的数据显示，截止到2010年我国日产沼气量不低于150m³的大中型及特大型沼气工程达到13674座，年总产气量11亿m³。

规模化沼气工程为养殖场以及村镇带来大量的生物能源，增加了经济和环境效益，但与此同时也会产生大量沼液。沼液中除含有丰富的氮、磷、钾外还含有铁、铜、锰等微量元素，其中大部分是以可溶状态存在于沼液中，作物的利用率高，吸收和利用迅速，从而起到提高农作物的产量和品质的作用，不仅如此，沼液的施用还具有防病抗逆的作用，因此被认为是一种优质的有机液体肥料。虽然沼液的农田施用是一种低成本的资源型利用方式，但是由于沼液的养分浓度相对较低，肥效和施肥的便捷性都低于化肥，同时由于种植业的低利润农户不愿意花费太多的精力等，使得真正愿意使用沼液作为农肥的农户比例仍然较低(<35％)。不仅如此，由于沼液运输设施不完善、农田管理分散、农户拥有的土地面积小、农业季节耕种等原因，沼液农田施用无法广泛实施。

目前，沼液氮磷养分资源回收的方法主要包括沼液膜浓缩制备高效营养液和鸟粪石磷沉淀，虽然这两种方法在氮磷资源回收方面均可取得较好的效果，但在实际应用中仍存在一定问题。其中膜浓缩技术对设备的要求较高，且膜污染及其定期更换使得运行维护费用进一步提高。鸟粪石磷结晶沉淀技术相对膜浓缩技术对设备和运行维护的要求相对较低，然而沼液中可溶性磷浓度很低，使得鸟粪石沉淀过程需要Mg²⁺和PO₄ ^3-同时添加，这样不仅增加了外加药剂的费用，如果计算或调控不当，添加过剩的磷酸盐也易造成排放沼液的磷酸盐二次污染。同时沼液中含有大量悬浮物(SS)、难降解有机质和碳酸盐等，会影响鸟粪石结晶反应和回收产物的纯度，生成的结晶产物与沼液悬浮物结合在一起难以分离。因此研究设计一种沼液氮磷成分高效回收的设备，可以实现沼液的高值利用，进一步推动沼气工程技术的可持续发展。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是设计一种沼液高效氮磷回收整体处理工艺设备，用于对沼液中氮磷的高效回收。

本套沼液高效氮磷回收整体处理工艺设备主要包括预处理单元、磷回收及pH调节单元和氮高效回收单元，本设备对沼液养分回收的工艺进行了有效的集约化连接，实现了沼液中营养成分的低成本高效回收。

本设备预处理单元主要由固液分离模块、沼渣输送模块和离心模块组成。固液分离模块主要由固定式固液分离机和储水池组成，沼渣输送模块主要由U型螺旋输送装置组成，离心模块主要由离心机组成。固定式固液分离模块在水力和重力作用下对沼液进行初步固液分离，分离后液相由离心机进行深度分离处理，固相则由沼渣输送模块进行收集。

本设备的磷回收及pH调节单元主要由搅拌模块、投药模块及沉降模块组成。搅拌模块主要由间歇式正反转搅拌器组成，投药模块主要由投药口及伸入调节池的投药管组成，沉降模块主要由上升式自然重力沉降填料组成。在投药口投加碱剂后，间歇式正反转搅拌器进行间歇正反转搅拌，使碱剂在沼液中充分溶解。之后，沼液经过上流式沉降填料使得固体颗粒物质自然沉降，上清液流入氮高效回收单元中的循环吹脱模块。

本设备的氮高效回收单元，主要包括循环吹脱模块、缓冲模块和氨吸收模块。循环吹脱模块主要由循环吹脱池和吹脱塔组成，缓冲模块主要由冷凝缓冲罐组成，氨吸收模块主要由氨吸收罐和缓冲罐组成。沼液由循环吹脱池循环进入吹脱塔进行循环吹脱，经过冷凝缓冲之后气流进入氨吸收罐进行氨的回收，并在此进行气流缓冲后排出。

实现上述设备运行对沼液高效氮磷脱除回收整体设备主要由：固定式固液分离机、U型沼渣螺旋输送装置、离心机、间歇式正反转搅拌器、上流式沉降填料、循环吹脱池、吹脱塔、冷凝缓冲罐、氨吸收罐等。该设备每批次沼液处理包括预处理阶段、磷回收及pH调节阶段和氮回收阶段，三个阶段互不影响可同时进行，从而有效提高了系统的运行能力。该整体设备的预处理单元可以有效的促进碱剂的溶解，提高碱剂的利用率。碱剂投加后可以将沼液中绝大部分的磷以沉淀的形式回收，在回收磷元素的同时沼液的pH升高有利于氮的脱除回收。该整体设备采用循环吹脱的方式极大地提高了设备的运行负荷，降低了吹脱塔的高度和风机的载荷。冷凝缓冲装置不仅解决了吹脱过程泡沫的问题，同时也保证了吸收后氨肥的纯度，提高回收氨的再次利用价值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明中，针对氨氮吹脱工艺中投碱量大、运行负荷小、氨氮回收纯度低及氮磷元素回收成本较高等问题，设计了一种沼液高效氮磷回收整体处理工艺设备，其主要由预处理单元、磷回收及pH调节单元和氮高效回收单元组成，该设备将氮磷回收工艺结合，提高碱剂的利用率，大大减少碱剂的投加量，提高了运行负荷，保证回收氨氮的纯度，从而降低运行成本，保障回收效果。

(2)本发明中，在预处理单元，有效的组合了不同固液分离方式，最大程度上减少沼液中固体悬浮物对碱剂溶解的影响，降低碱剂的投加量。固定式固液分离机对沼液进行初步固液分离后再使用离心机进行深度固液分离，由于固定式固液分离机主要依靠水力及重力工作，因此该组合有效减少了预处理的能耗，并且固定式固液分离机的使用也极大减少了离心机的清渣次数，提高了工作效率。

(3)本发明中，在磷回收及pH调节单元设置了间歇式正反转搅拌

器，可以加快碱剂的溶解速度，有效促进碱剂的溶解。间歇正反转搅拌使得调节池内的水流间歇上下流动，有效防止碱剂沉积在调节池的底部，从而达到促进碱剂溶解，提高碱剂利用率，进一步降低成本的目的。

(4)本发明中，在磷回收及pH调节单元上部设置了上流式沉降填

料，可以将沼液中的固体颗粒物质沉降到调节池底部，保证进入氨氮回收单元沼液的固体含量较低，提高吹脱效率，节省沼液的沉降时间，极大的提高了设备的运行负荷；同时投加的碱剂可将磷元素进行沉淀回收，进一步作为农业肥料，改良土壤。

(5)本发明中，氮高效回收单元采用循环吹脱的方法，在相同处理量条件下有效降低了吹脱塔高度，减少了吹脱塔的建设成本和风机的载荷，而且在吹脱过程中可以保持沼液较高的pH值，有效提高吹脱效率。

(6)本发明中，吹脱后的气流先经过设置在冷凝缓冲罐中螺旋管的冷凝缓冲作用，再经酸液进行氨吸收，缓冲后再排气；冷凝缓冲可以有效的对气流进行冷凝缓冲，防止泡沫等进入氨吸收装置，保证回收氨的纯度，吸收后的氨不仅是高效的液态氨肥，也可以作为工业原料使用，而氨吸收装置后的缓冲罐降低了氨吸收液被带入空气中的风险。

(7)本发明中，磷回收及pH调节单元单元中为便于将回收磷元素的沉渣排出及对池体进行清洗，设计了冲洗水管、排渣斜板和排渣口，可以在冲洗水及斜板的作用下将沉渣进行清除回收。

(8)本发明中，采用PLC对每个处理单元及模块进行自动化电路集成控制，保障设备的高效运行，减少工作人员的劳动强度。

附图说明：

图1为本发明一种沼液高效氮磷回收整体处理工艺设备的正侧向示意图，图2为后侧向示意图。

附图标记：

1：风机，2：缓冲罐，

3：气体流量计，4：氨吸收罐，

5：冷凝缓冲罐，6：吹脱塔，

7：限压阀，8：负压阀，

9：间歇式正反转搅拌器，10：固定式固液分离机，

11：投药口，12：上流式沉降填料，

13：U型螺旋输送器，14：离心机，

15：排渣管1，16：冲洗水管，

17：pH计，18：出气口，

19：排渣管2，20：进料口。

具体实施方式：

下面结合附图以及标记，进一步详细说明本发明。

水泵将沼液由进料口20抽入固定式固液分离机10，沼液流经固定式固液分离机弧面，在重力作用下液相流入其下部的储液池，固相则在水力作用下滑落至U型螺旋输送装置13进行收集；储液池中的沼液进入离心机14进行深度固液分离；经预处理后沼液进入磷回收单元，在投药口11投加一定量碱剂后，间歇式正反转搅拌器9进行间歇式正反转搅拌，搅拌后沼液pH值升高，后经过上流式沉降填料12的沉降作用后，磷元素以沉降的形式进行回收，沉渣可定期进行外排，同时具有较高pH值的沼液流入循环吹脱池；此时吹脱循环水泵启动，对沼液进行循环吹脱，气流经过冷凝缓冲罐5内螺旋冷凝管的冷凝缓冲作用后进入氨吸收罐4进行氨吸收，吸收完成后流经缓冲罐2进行酸液缓冲后进行排气。在吹脱的同时预处理阶段、磷回收及pH调节收阶段可同步进行，如此循环，对沼液进行高效的氮磷回收。

Claims (8)

1.一种沼液高效氮磷回收整体处理工艺设备，其特征在于：该设备主要包括预处理单元、磷回收及pH调节单元和氮高效回收单元；预处理单元主要由固液分离模块、沼渣输送模块和离心模块组成，固液分离模块主要由固定式固液分离机(10)组成，沼渣输送模块主要由U型螺旋输送器(13)组成，离心模块主要由离心机(14)组成；磷回收及pH调节单元主要由搅拌模块、投药模块及沉降模块组成，搅拌模块主要由间歇式正反转搅拌器(9)组成，投药模块主要由投药口(11)及伸入调节池的投药管组成，沉降模块主要由上升式沉降填料(12)组成；氮高效回收单元主要包括循环吹脱模块、缓冲模块和氨吸收模块，循环吹脱模块主要由循环吹脱池和吹脱塔(6)组成，缓冲模块主要由冷凝缓冲罐(5)组成，氨吸收模块主要由氨吸收罐(4)和缓冲罐(2)组成；

水泵将沼液由进料口(20)抽入固定式固液分离机(10)，沼液流经固定式固液分离机弧面，在重力作用下液相流入其下部的储液池，固相则在水力作用下滑落至U型螺旋输送器(13)进行收集；储液池中的沼液进入离心机(14)进行深度固液分离；经预处理后沼液进入磷回收单元，在投药口(11)投加一定量碱剂后，间歇式正反转搅拌器(9)进行间歇式正反转搅拌，搅拌后沼液pH值升高，后经过上流式沉降填料(12)的沉降作用后，磷元素以沉降的形式进行回收，沉渣定期进行外排，同时具有较高pH值的沼液流入循环吹脱池；此时吹脱循环水泵启动，对沼液进行循环吹脱，气流经过冷凝缓冲罐(5)内螺旋冷凝管的冷凝缓冲作用后进入氨吸收罐(4)进行氨吸收，吸收完成后流经缓冲罐(2)进行酸液缓冲后进行排气；在吹脱的同时预处理阶段、磷回收及pH调节收阶段同步进行，如此循环，对沼液进行高效的氮磷回收。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：在预处理单元，有效的组合了不同固液分离方式，最大程度上减少沼液中固体悬浮物对碱剂溶解的影响，减少碱剂的投加量；固定式固液分离机(10)对沼液进行初步固液分离后再使用离心机(14)进行深度固液分离，由于固定式固液分离机主要依靠水力及重力工作，因此该组合有效减少了预处理的能耗，并且固定式固液分离机的使用也极大减少了离心机的清渣次数，提高了工作效率。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：在磷回收及pH调节单元设置了间歇式正反转搅拌器(9)，以加快碱剂的溶解速度，有效促进碱剂的溶解；间歇正反转搅拌使得调节池内的水流间歇上下流动，有效防止碱剂沉积在调节池的底部，从而达到促进碱剂溶解，提高碱剂利用率，降低成本的目的。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于：在pH调节池及循环吹脱池的底部设置冲洗水管(16)、排渣斜面及排渣管(15)和排渣管(19)，实现沉渣的排除和回收。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于：在磷回收及pH调节池上部设置了上流式沉降填料(12)，以将沼液中的固体颗粒物质沉降到调节池底部，保证进入氨高效回收单元的沼液具有较低的固体含量，从而提高吹脱效率，节省沼液的沉降时间，极大的提高了设备的运行负荷；同时在设计中投加的碱剂将沼液中的磷元素沉淀回收，进一步作为农业肥料，改良土壤。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于：氮高效回收单元采用循环吹脱的方法，在相同处理量条件下有效降低了吹脱塔(6)高度，减少了吹脱塔的建设成本，降低了风机载荷，而且在吹脱过程中能保持沼液较高的pH值，有效提高吹脱效率。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于：吹脱后的气流先经过设置在冷凝缓冲罐(5)中的螺旋管的冷凝缓冲作用，再经酸液进行氨吸收，缓冲后再排气；冷凝缓冲以有效的对气流进行冷凝缓冲，防止泡沫进入氨吸收装置，保证回收氨的纯度，吸收后的氨不仅是高效的液态氨肥，也能作为工业原料使用，而氨吸收罐(4)后的缓冲罐(2)保证氨吸收液不被带入空气中。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于：该设备采用PLC对每个处理单元及模块进行自动化电路集成控制，保障设备的高效运行，减少工作人员的劳动强度。