CN106365369A

CN106365369A - 对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统及其应用方法

Info

Publication number: CN106365369A
Application number: CN201610758651.6A
Authority: CN
Inventors: 吴迪; 钱姗; 高贤彪; 赵秋
Original assignee: TIANJIN AGRICULTURAL RESOURCE AND ENVIRONMENT INST
Current assignee: TIANJIN AGRICULTURAL RESOURCE AND ENVIRONMENT INST
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2017-02-01

Abstract

本发明涉及一种对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统及其应用方法；该系统主要由沼液预处理装置、砂滤装置、超滤装置、纳滤装置、反渗透装置、低温多效蒸发装置、污泥浓缩池、螺杆泵、卧式离心机及各浓缩池、储液池连接构成。该系统应用方法是：大型沼气工程产生的沼渣、沼液先经过预处理装置去除沼液中的悬浮物，经过砂滤装置粗滤，沼液分别经过两级超滤装置获得透过液和浓缩液，超滤透过液经过纳滤装置，获得离子液和浓缩液，沼液浓缩液再经过低温多效蒸发装置，获得高浓度沼液浓缩液。本发明有效减少基建、设备投资费用，降低设备占地面积及提高设备利用率；在浓缩沼液过程中温度要求较低，节能环保，变废为宝，应用效果非常显著。

Description

对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种农业废弃物资源化利用系统及其应用方法，特别涉及一种对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统及其应用方法。

背景技术

目前，大型沼气工程通过对有机废弃物如畜禽粪便、农作物秸秆等厌氧发酵可得到沼气、沼渣和沼液，其中沼气作为清洁的可再生能源，可在能源利用过程中实现二氧化碳(CO₂)的近零排放，而沼渣和沼液则是优质的有机肥，在农业生产应用中可实现化肥和农药的减施增效。

随着中国农村的生产、生活方式发生着巨大变化，用肥季节明显、土地消纳有限及沼渣、沼液附加值不高等因素限制，沼气工程产生的大量沼渣、沼液得不到完全处理，极易造成沼液的直接排放而导致二次污染；而沼液的达标排放处理模式也存在占地面积大、投资大和操作成本高等难题。

因此，沼液的低成本减量化处理及资源化利用非常有必要，尤其是沼液中含有大量厌氧发酵后的有益小分子产物，可以作为作物直接吸收的养分，对这些养分进行回收，富集既减轻了环境压力又提高了沼液养分利用效率。所以，需要开发一种工艺处理系统，在减量化处理沼液过程中，实现沼液、沼渣产品化，提高沼液附加值，实现沼渣、沼液中养分的全回收，实现沼渣、沼液的零排放，保障沼气站的自运营能力，是该领域技术人员应着手解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，有效解决大型沼气工程中的沼液减量化和资源化问题，提供一种具有显著处理效果的对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统及其应用方法。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：一种对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统，其特征在于该系统包括初沉调节池、旋转筛、第一储液池、气浮装置、第二储液池、电絮凝装置、第三储液池、砂滤装置、第四储液池、第一超滤装置、第五储液池、第一浓缩池、第二超滤装置、第六储液池、第二浓缩池、纳滤装置、第三浓缩池、第七储液池、反渗透装置、离子液池、清水池、低温多效蒸发装置、第四浓缩池、污泥浓缩池、螺杆泵及卧式离心机；该系统的前段设置为初沉调节池、气浮装置、电絮凝装置及砂滤装置；后段设置为超滤装置、纳滤装置、反渗透装置及低温多效蒸发装置；污泥脱水段设置为污泥浓缩池、螺杆泵及卧式离心机。

所述各储液池和第三浓缩池内的底部分别对应设有搅拌器、污水泵，所述污水泵通过连接设有的逆止阀与管路连接。

该系统中与沼液接触的初沉调节池，第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七储液池，离子液池，第一、第二、第三和第四浓缩池的池壁进行防水、防腐，外侧壁进行保温处理；旋转筛、气浮装置、电絮凝装置、砂滤装置、第一超滤装置、第二超滤装置、纳滤装置、反渗透装置、低温多效蒸发装置、螺杆泵、卧式离心机、逆止阀及连接管路与沼液接触的部分均采用304、316不锈钢材质或其它防腐材质。

所述砂滤装置分为2级，1级砂滤滤料粒径为1.0-2.0mm，2级砂滤滤料粒径为0.5-1.0mm；第一超滤装置中空纤维膜孔径精度为100000分子量；第二超滤装置中空纤维膜孔径精度为3000-5000分子量；纳滤膜的孔径精度为200-300分子量。

所述初沉调节池、各储液池及第三浓缩池对系统中的物料起调节作用，保证旋转筛、气浮装置、电絮凝装置、砂滤装置、第一超滤装置、第二超滤装置、纳滤装置、反渗透装置和低温多效蒸发装置的连续运行需求，同时也调节了生产原料的均一度，温度不超过60℃。

一种对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统的应用方法，其特征在于具体应用步骤如下：

（1）大型沼气工程产生的沼渣、沼液先经过预处理装置包括初沉调节池、旋转筛、气浮装置、电絮凝装置去除沼液中的悬浮物；

（2）经过砂滤装置进行粗滤，有效保证超滤装置的正常运行；

（3）沼液分别经过第一、第二超滤装置，分别获得透过液和浓缩液；经第一超滤装置产生的沼液浓缩液可作为设施蔬菜沟灌、畦灌的冲施肥主要原料；经第二超滤装置产生的沼液浓缩液可作为滴灌肥的主要原料；

（4）超滤透过液再经过纳滤装置，获得离子液和浓缩液；经纳滤装置产生的沼液浓缩液可作为腐殖酸类水溶肥的主要原料；

（5）离子液（透过液）再经反渗透装置，获得离子浓缩液；经反渗透装置产生的离子浓缩液可作为叶面肥的主要原料；经反渗透装置产生的清水可用于消防、绿化、景观、冲厕等；

（6）沼液浓缩液再经过低温多效蒸发装置，获得高浓度沼液浓缩液；经低温多效蒸发装置产生的高浓度沼液浓缩液可直接作为滴灌肥或叶面肥；

（7）由步骤（1）、（2）产生的杂质（悬浮物）被收集到污泥浓缩池，经螺杆泵送入卧式离心机脱水，作为固体有机肥原料；

初沉调节池产生的初沉污泥、旋转筛产生的筛渣、气浮装置和电絮凝装置产生的浮渣、砂滤装置反冲洗残渣进入污泥浓缩池，再经螺杆泵送入卧式离心机内进行脱水，产生的固体泥饼可作为固体有机肥的配料；最终实现大型沼气工程沼渣、沼液浓缩、减量、零排放，全部资源化和商品化，为大型沼气工程沼渣、沼液提供有效解决途径，完善大型沼气工程产业链。

本发明的有益效果是：该系统将固液分离技术、生化处理技术、膜技术和低温蒸发技术有效结合，成功的开发了完整的沼液浓缩减量系统，并提供了系统的实际操作方法。通过对大型沼气工程中沼液浓缩富集系统及方法的开发、建立，有效解决了大型沼气工程中沼渣、沼液得不到完善处理，极易造成二次污染的问题；同时，实现沼渣、沼液浓缩、减量、零排放，全部资源化和商品化，为大型沼气工程沼渣、沼液提供有效解决途径，完善大型沼气工程产业链。不仅实现大型沼气工程带来的清洁的生物质能源，而且有效解决了大型沼气工程产生的沼渣和沼液带来的土壤污染、水体污染和大气污染等问题。另外，通过对沼液浓缩、减量，实现全部沼渣、沼液商品化，所有污染物质实现零排放和全部资源化，并有效较少了化肥和农药的施用。

本发明通过对大型沼气工程产生的沼渣、沼液进行初沉调节池、机械过筛、气浮、电絮凝、砂滤、超滤、纳滤、反渗透、低温多效蒸发，对污泥进行浓缩脱水，获得四种不同类型沼液浓缩液、一种离子液、一种固体污泥和清水；四种不同沼液浓缩液可以作为冲施肥、滴灌肥、水溶肥、叶面肥主要原料，离子液制成液面肥，脱水污泥制成固体有机肥料，清水用于消防、绿化、景观、冲厕等。

本发明的电絮凝装置具有去除重金功能，能够保证四种沼液浓缩液和一种离子液重金属含量不超标，完全符合生产液体肥料的条件。本发明有效减少基建、设备投资费用，降低设备占地面积以及增加设备利用率；在浓缩沼液过程中温度要求较低，从而有效保证浓缩液中的养份，具有很好的节能环保作用。

总之，本发明系统设计合理，应用步骤简便，反应条件宽松，节能环保，变废为宝，实施应用广泛，应用效果非常显著。

附图说明

图1是本发明沼液浓缩及养分富集系统布局及工艺流程图；

图中：1初沉调节池，2旋转筛，3第一储液池，4气浮装置，5第二储液

池，6电絮凝装置，7第三储液池，8砂滤装置，9第四储液池，10第一超滤装置，11第五储液池，12第一浓缩池，13第二超滤装置，14第六储液池，15第二浓缩池，16纳滤装置，17第三浓缩池，18第七储液池， 19反渗透装置，20离子液池，21清水池，22低温多效蒸发装置，23第四浓缩池，24污泥浓缩池，25螺杆泵，26卧式离心机，27污水泵，28逆止阀；29搅拌器；

8-1砂滤罐；10-1中空纤维膜；13-1中空纤维膜；16-1纳滤膜；19-1反渗透膜；22-1蒸发罐。

具体实施方式

以下结合附图和较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征及实施步骤、处理效果详述如下：

如图1所示，一种对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统，该系统包括初沉调节池1、旋转筛2、第一储液池3、气浮装置4、第二储液池5、电絮凝装置6、第三储液池7、砂滤装置8、第四储液池9、第一超滤装置10、第五储液池11、第一浓缩池12、第二超滤装置13、第六储液池14、第二浓缩池15、纳滤装置16、第三浓缩池17、第七储液池18、反渗透装置19、离子液池20、清水池21、低温多效蒸发装置22、第四浓缩池23、污泥浓缩池24、螺杆泵25及卧式离心机26；该系统的前段设置为初沉调节池1、气浮装置4、电絮凝装置6及砂滤装置8；后段设置为超滤装置10、13、纳滤装置16、反渗透装置19及低温多效蒸发装置22；污泥脱水段设置为污泥浓缩池24、螺杆泵25及卧式离心机26。

所述各储液池和第三浓缩池17内的底部分别对应设有搅拌器29及污水泵27；所述污水泵27通过连接设有的逆止阀28与管路连接。

该系统中与沼液接触的初沉调节池1，第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七储液池，离子液池，第一、第二、第三和第四浓缩池的池壁进行防水、防腐，外侧壁进行保温处理；旋转筛2、气浮装置4、电絮凝装置6、砂滤装置8、第一超滤装置10、第二超滤装置13、纳滤装置16、反渗透装置19、低温多效蒸发装置22、螺杆泵25、卧式离心机26、逆止阀28及连接管路等与沼液接触的部分均采用304、316不锈钢材质或其它防腐材质。

所述砂滤装置分为2级，1级砂滤滤料粒径为1.0-2.0mm，2级砂滤滤料粒径为0.5-1.0mm；第一超滤装置10中空纤维膜10-1的孔径精度为100000分子量；第二超滤装置13中空纤维膜13-1的孔径精度为3000-5000分子量；纳滤膜16-1的孔径精度为200-300分子量。

所述初沉调节池1、各储液池及第三浓缩池17对系统中的物料起调节作用，保证旋转筛2、气浮装置4、电絮凝装置6、砂滤装置8、第一超滤装置10、第二超滤装置13、纳滤装置16、反渗透装置19和低温多效蒸发装置22的连续运行需求，同时也调节了生产原料的均一度，温度不超过60℃。

所述砂滤装置8内设有砂滤罐8-1。

所述反渗透装置19内设有反渗透膜19-1。

所述低温多效蒸发装置22内设有蒸发罐22-1。

一种对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统的应用方法，具体应用步骤如下：所述具体应用步骤如下：

以下进一步详述，首先，大型沼气工程产生的沼渣、沼液先进入初沉调节池1，完成大颗粒物质的沉降，经沉淀后的沼液利用污水泵27提入旋转筛2，污水泵27后设逆止阀28，分离出纤维类杂质后，沼液进入第一储液池3；第一储液池3内设搅拌器29，沼液利用污水泵27经逆止阀28提入气浮装置4分离出较小悬浮物，沼液再自流入第二储液池5；第二储液池5内设搅拌器29，沼液利用污水泵27经逆止阀28提入电絮凝装置6分离出较小悬浮物，沼液再自流入第三储液池7；第三储液池7内设搅拌器29，沼液利用污水泵27经逆止阀28提入砂滤装置8分离出残余悬浮物，沼液再自流入第四储液池9；第四储液池9内设搅拌器29，沼液利用污水泵27经逆止阀28提入第一超滤装置10进行过滤浓缩，被第一超滤装置10截留的浓缩液流入第一浓缩池12内，经第一超滤装置10滤过的液体进入第五储液池11；第五储液池11内设搅拌器29，沼液利用污水泵27经逆止阀28提入第二超滤装置13进行过滤浓缩，被第二超滤装置13截留的浓缩液流入第二浓缩池15内，经第二超滤装置13滤过的液体进入第六储液池14；第六储液池14内设搅拌器29，沼液利用污水泵27经逆止阀28提入纳滤装置16进行过滤浓缩，被纳滤装置16截留的浓缩液流入第三浓缩池17，经纳滤装置16滤过的液体进入第七储液池18；第七储液池18内设搅拌器29，沼液利用污水泵27经逆止阀28提入反渗透装置19进行过滤浓缩，被反渗透装置19截留的浓缩液流入离子液池20内，经反渗透装置19滤过的液体进入清水池21；第三浓缩池17内设搅拌器29，浓缩沼液利用污水泵27经逆止阀28提入低温多效蒸发装置22进行过滤浓缩，浓缩后的沼液流入第四浓缩池23内。

初沉调节池1产生的初沉污泥、旋转筛2产生的筛渣、气浮装置4和电絮凝装置6产生的浮渣、砂滤装置8反冲洗残渣进入污泥浓缩池24，再经螺杆泵25送入卧式离心机26内脱水，产生的固体泥饼用于生产固体有机肥。

所述第一储液池3、第二储液池5、第三储液池7、第四储液池9、第五储液池11、第六储液池14、第七储液池18和第三浓缩池17内分别设有搅拌器29、逆止阀28。

所述初沉调节池1、第一储液池3、第二储液池5、第三储液池7、第四储液池9、第五储液池11、第六储液池14、第七储液池18和第三浓缩池17对系统中的物料起调节作用，满足旋转筛2、气浮装置4、电絮凝装置6、砂滤装置8、第一超滤装置10、第二超滤装置12、纳滤装置16、反渗透装置19和低温多效蒸发装置22的连续运行需求，同时也调节了生产原料的均一度（温度不高于60℃）。

本发明的系统设计及工作原理：例如，华北地区大型沼气工程每天抽投料数量为20m³，每年产生沼渣、沼液混合物7000m³。设计沼液浓缩减量及养分富集系统日处理能力30m³，则各功能区设计如下：沉淀调节池、储液池、浓缩池均为30m³、污泥浓缩池40m³、清水池300m³；旋转筛、气浮装置、电絮凝装置、砂滤装置、超滤装置、纳滤装置、反渗透装置、多效蒸发器均为4m³/h；螺杆泵和卧式离心脱水机为10m³/h。大型沼气工程产生的沼渣、沼液先进入沉淀调节池，完成大颗粒物质的沉降，经沉淀后的沼液利用污水泵提入旋转筛，分离出纤维类杂质后，沼液利用污水泵提入气浮装置分离出较小悬浮物，再利用污水泵提入电絮凝装置分离出较小悬浮物，沼液再被提入砂滤装置分离出残余悬浮物，完成沼液的前段处理（预处理）；沼液被污水泵依次送入第一超滤装置、第二超滤装置、纳滤装置、反渗透装置、低温多效蒸发装置进行过滤浓缩后，获得四种不同类型沼液浓缩液、一种离子液、一种固体污泥和清水；四种不同沼液浓缩液可以作为冲施肥、滴灌肥、水溶肥、叶面肥主要原料，离子液制成液面肥，脱水污泥制成固体有机肥料，清水用于消防、绿化、景观、冲厕等。

初沉调节池产生的初沉污泥、旋转筛产生的筛渣、气浮装置和电絮凝装置产生的浮渣、砂滤装置反冲洗残渣进入污泥浓缩池，再经螺杆泵送入卧式离心机内脱水，产生的固体泥饼用于生产固体有机肥。

上述参照实施例对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统及其应用方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统，其特征在于该系统包括初沉调节池、旋转筛、第一储液池、气浮装置、第二储液池、电絮凝装置、第三储液池、砂滤装置、第四储液池、第一超滤装置、第五储液池、第一浓缩池、第二超滤装置、第六储液池、第二浓缩池、纳滤装置、第三浓缩池、第七储液池、反渗透装置、离子液池、清水池、低温多效蒸发装置、第四浓缩池、污泥浓缩池、螺杆泵及卧式离心机；该系统的前段设置为初沉调节池、气浮装置、电絮凝装置及砂滤装置；后段设置为超滤装置、纳滤装置、反渗透装置及低温多效蒸发装置；污泥脱水段设置为污泥浓缩池、螺杆泵及卧式离心机。

2.根据权利要求1所述的对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统，其特征在于所述各储液池和第三浓缩池内的底部分别对应设有搅拌器、污水泵，所述污水泵通过连接设有的逆止阀与管路连接。

3.根据权利要求1所述的对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统，其特征在于该系统中与沼液接触的初沉调节池，第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七储液池，离子液池，第一、第二、第三和第四浓缩池的池壁进行防水、防腐，外侧壁进行保温处理；旋转筛、气浮装置、电絮凝装置、砂滤装置、第一超滤装置、第二超滤装置、纳滤装置、反渗透装置、低温多效蒸发装置、螺杆泵、卧式离心机、逆止阀及连接管路与沼液接触的部分均采用304、316不锈钢材质或其它防腐材质。

4.根据权利要求1或3所述的对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统，其特征在于所述砂滤装置分为2级，1级砂滤滤料粒径为1.0-2.0mm，2级砂滤滤料粒径为0.5-1.0mm；第一超滤装置中空纤维膜孔径精度为100000分子量；第二超滤装置中空纤维膜孔径精度为3000-5000分子量；纳滤膜的孔径精度为200-300分子量。

5.根据权利要求1或4所述的对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统，其特征在于所述初沉调节池、各储液池及第三浓缩池对系统中的物料起调节作用，保证旋转筛、气浮装置、电絮凝装置、砂滤装置、第一超滤装置、第二超滤装置、纳滤装置、反渗透装置和低温多效蒸发装置的连续运行需求，同时也调节了生产原料的均一度，温度不超过60℃。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种对大型沼气工程的沼液浓缩和养分富集系统的应用方法，其特征在于具体应用步骤如下：