CN105688629B - 净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的方法和系统，属于污水处理领域。厌氧发酵气在一级净化塔和二级净化塔中完成初级净化，CO2被有效地吸收。CO2分离塔抽吸出来的高纯度CO2被注射进二级净化塔，废水中的碳酸盐在pH降低的过程中得以溶解，从而磷酸盐得以分离。吹脱法的高温出水将CO2分离塔中的液体加热，溶解的CO2脱吸并被收集,同时废水的硬度和碱度得以降低。本发明具有装置结构和处理工艺简单、投资及运行成本低、性能稳定可靠、磷回收效果好、厌氧发酵气净化效果好、回收CO2纯度高、易于维护、维护费用低等优点，适用于厌氧发酵工程。
Description
技术领域
本发明涉及厌氧发酵气净化和污水磷素回收的方法和系统，更具体地说，本发明涉及净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的方法和系统，属于污水处理、环境保护技术领域。
背景技术
沼气中含有28-44％的CO2，沼气低热值20-25MJ/m3，这部分CO2导致其热值变低，经济性变差。垃圾填埋气中的CH4含量约占40-60％，其高位热值可达15600-19500kJ/m3，比高炉煤气的热值还高，与焦炉煤气的热值相当，具有较高的能量价值。但是上述两种厌氧发酵气体中CO2含量较高导致其经济性变差，资源化利用的处理成本相应增加。
磷是动植物生长、生存的必需元素，世界磷的使用量正以每年1.5％的速度递增，预计在未来的100-250年内将枯竭。磷作为一种不可再生资源，逐渐被各国重视，因而厌氧污水中磷的回收再利用具有重要意义。
污水除磷技术主要有化学除磷法和生物除磷法。化学除磷的磷酸铵镁法(MAP)生成MgNH4PO4，可直接用作高品质缓释磷肥，增加经济效益，且具有同步去除氨氮的作用和产泥量小的优点，但也存在运行成本高，添加的化学试剂可能造成其它污染等问题。磷在污水中的存在形态主要有正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，在二级生化处理中，聚磷酸盐和有机磷可以转化为正磷酸盐。A/O工艺是最典型的生物除磷模式，在好氧过程中正磷酸盐会被活性污泥大量地吸收。污泥吸收大量的磷，经沉淀池沉淀后其含磷量可达污泥干重的5％-10％，一般活性污泥可达2％。现阶段的填埋、焚烧等污泥处理手段导致磷资源被浪费，不利于其循环利用。
综上所述，开发高效的、低成本的厌氧发酵气净化工艺和污水磷素回收工艺技术且不引入外源污染物对于废水的资源化利用具有重要的现实意义。
发明内容
针对上述技术存在的问题，本发明的目的是提供净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的方法和系统，完成厌氧发酵气净化、磷酸盐回收和二氧化碳的回收工作，为资源化利用废水并达到减排的奠定基础。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的方法和系统，包括PLC控制系统、一级净化塔、二级净化塔、CO2分离塔及各流路管道及配件。所述系统液体流路的连接方式为：CO2分离塔塔身设置有热交换器，充分利用吹脱塔高pH吹脱液释放的热量来完成CO2分离塔处理液中H2CO3的分解解吸，充分换热后的高pH处理液经热交换器出液管，在液体泵的抽取和进水布水装置的作用下进入一级净化塔；一级净化塔和二级净化塔通过一级处理液导液管和液体泵相连；二级净化塔和CO2分离塔通过二级处理液导液管和液体泵相连，处理液完成CO2回收后，通过CO2分离塔的电磁阀和处理液排液管排出系统。所述系统气体流路的连接方式为：厌氧发酵气通过厌氧发酵气进气管和三向电磁阀可以进入一级净化塔；通过厌氧发酵气进气管、三向电磁阀进入二级净化塔，通过二级净化塔塔顶的二级净化塔排气管、三向电磁阀与一级净化塔相连，通过与一级净化塔塔顶相连的净化气排气管排出系统；处理液在CO2分离塔完成CO2分离工作，分离后的CO2在真空泵和三向电磁阀形成的通路中再次将CO2注射到二级分离塔，完成pH调节工作，多余的CO2则通过泄压阀和CO2收集器收集。
为了更好地实施本系统，所述各塔安装有pH传感器，并通过PLC完成整套系统的控制工作。更具体地，本系统还包括PLC控制器，PLC控制器控制各电磁阀的开关工作，以及污水泵、气泵、液泵、真空泵和搅拌装置的开关。
本发明由于采取以上技术方案将产生以下有益效果：
1、通过CO2气体封闭循环利用，达到溶磷、回收磷的目的，且在过程中不产生有毒有害物质，对环境保护起到重要作用。
2、污水中的磷酸盐和碳酸钙得以分步脱除，降低污水的碱度和硬度，为后续处理减轻压力和节约成本。
3、污水中的悬浮物在过滤装置内得以去除，为高品质磷化合物的回收打下基础，回收的产品可以作为化肥或者原料重新利用。
4、整个过程的自动化控制能够减轻人的劳动强度，且能够保证工作的连续进行。
5、本发明装置具有结构简单、投资少、厌氧发酵气净化效果好、运行管理及维护简便等优点，适用于各类原料的厌氧消化液及垃圾渗滤液达标排放处理。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图，图中：0-PLC控制系统；1A-一级净化塔底；1B-一级净化塔塔身；1C-一级净化塔塔顶；2A-二级净化塔塔底；2B-二级净化塔塔身；2C-二级净化塔塔顶；3A-CO2分离塔塔底；3B-CO2分离塔塔身；3C-CO2分离塔塔顶；41、42、43-进水布水装置；51、52-厌氧发酵气进气管；6-第一三向电磁阀；7-净化气排气管；8-第一电磁阀；9-一级处理液导液管；10-第一液体泵；11-第二三向电磁阀；12-二级塔排气管；13-第二电磁阀；14-二级处理液导液管；15-第二液体泵；16-热交换器进液管；17-热交换器排液管；18-搅拌装置；19-处理液排液管；20-泄压阀；21-CO2导气管；22-真空泵；23-CO2收集器；24-第三电磁阀；27-第三液体泵；28-单向阀；29-pH计；30-液位传感器；31-第四电磁阀。
图2为本发明一级净化塔和二级净化塔示意图，图中：25-气体导向构件。
图3为本发明CO2分离塔示意图，图中：26-搅拌器构件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明系统启动和正常运行条件进行详细的描述。
如图1所示，本发明的系统包括PLC控制系统0、一级净化塔、二级净化塔、CO2分离塔及各流路管道及配件。
如图1、2和3所示，一级净化塔、二级净化塔和CO2分离塔包括各自部分的塔底A、塔身B、塔顶C；各自塔身B的两个端面分别与塔底A的上端面和塔顶C的下端面之间设置有法兰盘，相邻的法兰盘之间设有密封垫，并用螺栓连接在一起，保证一级净化塔、二级净化塔、CO2分离塔具有良好的密封性。
1、系统启动运行方式
如图1所示，热交换器进液管16与远端氨吹脱塔等相连，开启第三液体泵27，高pH处理液经CO2分离塔塔身3B部分的热交换器进液管16流入，热交换后经热交换器出液管17通过进水布水装置41抽入一级净化塔。
如图1所示，厌氧发酵气流经发酵气进气管51，通过一级净化塔的塔身1B的气体导向构件25形成斜向下的涡旋，充分反应后净化气经净化气排气管7排出。在pH＝5.6时，开启通过一级处理液导液管9与一级净化塔塔身1B相连的第一液体泵10将一级处理的处理液通过进水布水装置42抽至二级净化塔；高pH的处理液通过进水布水装置41抽至一级净化塔。
如图1所示，开启与二级处理液导液管14相连的第二液体泵15，pH＝5.6的处理液通过进水布水装置43进入CO2分离塔，抽取完毕时，关闭第二液体泵15。打开第一液体泵10，开启第一液体泵10将一级净化塔中pH＝5.6的处理液抽至二级净化塔。开启第三液体泵27将高pH废水抽至一级净化塔。
如图1和3所示，关闭第二三向电磁阀11与厌氧发酵气进气管52的管路，打开与导气管21之间的管路，同时关闭第一三向电磁阀6与二级净化塔排气管12的管路，开启真空泵22和搅拌装置18，搅拌装置18起到快速解吸CO2的作用，解吸的CO2经与CO2分离塔塔顶3C相连的CO2导气管21进入二级净化塔。当二级净化塔中的处理液pH＝4.5时，停止真空泵22，将高浓度CO2通过卸压阀20排放至CO2收集器，当CO2分离塔中的液体pH＝8.3时停止真空泵22，关闭泄压阀20。
2、系统正常运行方式
如图1所示，CO2分离塔中的处理液在搅拌装置18和真空泵22的作用下，CO2被解吸并注射到二级净化塔，pH＝4.5时，打开泄压阀20，CO2通过CO2收集器23收集储存。当pH＝8.3时，关闭真空泵22，打开第四电磁阀31，处理液通过处理液排液管19排放。第三电磁阀24定时打开，将CO2分离塔塔底3A的碳酸盐污泥外排。
如图1和3所示，二级净化塔的酸性液体通过二级处理液导液管14在第二液体泵15的作用下通过进水布水装置43进入CO2分离塔，抽取完毕时，第二液体泵15关闭，第一液体泵10打开，一级净化塔的pH＝5.6的处理液通过进水布水装置42抽至二级净化塔。液体抽取完毕后，厌氧发酵气经过第二三向电磁阀11通过二级净化塔塔身2B的气体导向构件25曝气进入，形成斜向下的涡旋，进一步降低处理液pH，净化气体经二级净化塔的塔顶2A的二级塔排气管12经由第一三向电磁阀6进入一级净化塔塔身1B气体导向构件25曝气进入一级净化塔，进一步完成发酵气的净化工作，充分净化后经塔顶1C的净化器排气管7排出。在pH＝4.2时，关闭第二三向电磁阀11与厌氧发酵气进气管52的通路，第一三向电磁阀6与厌氧发酵气进气管51连通，将一级净化塔中的处理液pH调整到5.6；开启CO2分离塔与二级净化塔之间的气体通路，将二级净化塔中的处理液pH调整到3.9。废水中的不能溶解的污泥定时通过二级处理塔的塔底2A的第二电磁阀13的开启排出。
如图1所示，热交换器进液管16与远端氨吹脱塔或汽提塔相连，高pH处理液经由CO2分离塔塔身3B的热交换器进液管16流入，热交换后经热交换器出液管17在第三液体泵27的作用下通过进水布水装置41抽入一级净化塔。第一电磁阀8定时打开，将一级净化塔塔底1A的磷酸钙盐污泥外排。
该系统可用于厌氧消化液和垃圾渗滤液等厌氧系统的氨氮吹脱后处理工程，能够进一步
地溶解纯化磷酸盐、初级净化厌氧发酵气、收集高纯度的CO2、降低出水的硬度和碱度，
为废水的后续处理降低成本。
Claims (6)
1.净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的系统，其特征在于：
包括一级净化塔、二级净化塔和CO2分离塔；所述系统液体流路为液体通过CO2分离塔的热交换器进液管(16)进入系统，流经热交换器后通过热交换器出液管(17)，进入一级净化塔，经过一级处理液导液管(9)进入二级净化塔，二级净化塔中的处理液经二级处理液导液管(14)进入CO2分离塔，最终经由第四电磁阀(31)和处理液排液管(19)排出系统；所述系统气体流路为厌氧发酵气经由厌氧发酵气进气管(51)和(52)可分别进入一级净化塔和二级净化塔，二级净化塔中含CO2的气体可以经由二级净化塔排气管(12)进入一级净化塔，CO2分离塔中的CO2在真空泵(22)作用下经由CO2导气管(21)和第二三向电磁阀(11)进入二级净化塔。
2.根据权利要求1所述净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的系统，其特征在于：所述一级净化塔的塔身(1B)和二级净化塔的塔身(2B)部分为中空设计，内壁设置有气体导向构件(25)。
3.根据权利要求1所述净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的系统，其特征在于：CO2分离塔的塔身(3B)为热交换装置，高温液体经热交换器进液管(16)进入，经热交换器出液管(17)排出，处理液经处理液排液管(19)排出系统；塔顶(3C)上部装有搅拌装置(18)，下部设置有第三电磁阀(24)。
4.根据权利要求1所述净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的系统，其特征在于：CO2分离塔通过卸压阀(20)与CO2收集器(23)相连，真空泵(22)通过CO2导气管(21)和第二三向电磁阀(11)与二级分离塔相连。
5.根据权利要求1所述净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的系统，其特征在于：一级净化塔、二级净化塔和CO2分离塔各自塔身部分安装有pH计(29)。
6.根据权利要求1所述净化厌氧发酵气和回收磷酸盐及二氧化碳的系统，其特征在于：本系统还包括PLC控制器，通过处理液位传感器的信号，PLC控制器控制各电磁阀的开关，以及液体泵、真空泵和搅拌装置的停止和运行。
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