CN106865806A - 可移动现场削减回收沼液中氮磷装置及回收方法 - Google Patents

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Abstract

可移动现场削减回收沼液中氮磷装置及回收方法，它属于沼液处理与环境保护领域。本发明所述的可移动现场削减回收沼液氮磷装置包括货车，在货车车厢上临近车头的位置安装格栅，格栅通过管路连接沉淀池，沉淀池通过管路连接砂滤池，砂滤池通过管路连接第一无纺布过滤池，第一无纺布过滤池通过管路连接循环泵，循环泵通过管路连接吸附装置，吸附装置通过管路连接第二无纺布过滤池。沼液经过格栅、沉淀、砂滤、无纺布过滤、吸附、循环吸附、无纺布过滤六个步骤处理后，沼液中氮磷的含量按GB18596‑2001《国家畜禽养殖业水污染排放标准》中氮磷含量达标排放。本发明工艺及设备结构简单，节约空间，可随时移动，实现现场回收，利用率高。

Description

可移动现场削减回收沼液中氮磷装置及回收方法
技术领域
本发明属于沼液处理与环境保护领域，具体涉及一种可移动现场削减回收沼液中氮磷装置及回收方法。
背景技术
近年来，随着我国农村生态能源和畜禽养殖废弃物无害化处理需求的不断提升，使得沼气工程迅速发展，沼液量也随之增加。目前，大部分沼液因没有足够的土地消纳，沼液连续排放与季节性需肥直接排放到自然环境中，成为农村面源污染新来源。在发酵过程中，微生物代谢转化清洁能源主要是利用畜禽粪便、秸秆等原料中的碳氢元素，而氮磷等其他营养元素几乎全部保留在沼液中，是一种潜在宝贵资源。回收沼液中氮、磷资源，不仅能兼顾环境保护，降低水体富营养化，还能实现沼液中氮磷的循环利用，综合效益明显。吸附法是沼液中氮、磷回收技术的一重要分支。目前，我国沼液吸附处理工艺技术复杂，吸附剂价格高，占地大，运行费用较高。因此，开发一种高效简单的沼液后处理工艺技术及设备是十分必要的。
发明内容
本发明从回收沼液中氮磷的角度出发，提供一种可移动现场削减回收沼液中氮磷的装置及回收方法，以解决现有沼液吸附处理工艺复杂，占地大，成本高等问题。本发明通过以下技术方案实现：
一种可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置包括货车，在所述的货车车厢上临近车头的位置处安装格栅，所述的格栅通过管路连接沉淀池，所述的沉淀池通过管路连接砂滤池，所述的砂滤池通过管路连接第一无纺布过滤池，所述的第一无纺布过滤池通过管路连接循环泵，所述的循环泵通过管路连接吸附装置的上部，所述的吸附装置的下部通过管路连接第二无纺布过滤池，第二无纺布过滤池底部连接管路进行排水；所述的吸附装置用支架固定在车厢上，其包括桶体和桶盖，所述的桶体为圆柱形桶身圆锥形桶底的不锈钢桶，桶体内部设置有第一硬质塑料网筐，且第一硬质塑料网筐通过多个不锈钢支杆固定在桶体内部，所述的第一硬质塑料网筐内部设有第二硬质塑料网筐，所述的第一硬质塑料网筐和所述的第二硬质塑料网筐上均系满吸附剂包，多个曝气盘管由上至下分布在第一塑料网筐和第二塑料网筐之间，且曝气盘管通过管路与置于吸附装置外部的曝气泵连接，所述的第二塑料网筐的上端通过连杆与桶盖连接。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，所述的桶体与循环泵连接一侧的上部安装有流入口，所述的桶体与第二无纺布过滤池连接的一侧底部安装有第一排出口，所述的桶体的底部安装有第二排出口。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，所述的循环泵连接吸附装置的管路上设置有第一阀门。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，所述的吸附装置连接第二无纺布过滤池的管路上设置有第二阀门。第二无纺布过滤池出口的管路上设置有第四阀门。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，所述的吸附装置的第二出除口通过管路连接到循环泵入口，该管路上设置有第三阀门。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，吸附装置桶底的圆锥形高度：桶身的圆筒形高度比为3:7，吸附装置的桶身半径与桶体高度比为3:4，吸附装置内部设置的2个相套的环状硬质塑料网筐的高度与吸附装置桶身的高度比为7:10，硬质塑料网筐由4个平均分布的不锈钢支架和顶部2个不锈钢支架稳稳固定在吸附装置内部，保证2个相套的环状硬质塑料网筐的稳定性。在2个相套的环状硬质塑料网筐的内侧和外侧均匀系满吸附剂包，内测与外侧的吸附剂包交错排列，增大环状硬质塑料网筐利用效率，提高吸附效率。3组曝气盘管由上至下平均分布在2个相套的环状硬质塑料网筐中，曝气使吸附装置中的吸附区产生足够的搅拌混合作用，促使沼液的循环流动，始终保持悬浮状态，实现沼液与吸附剂充分接触混合。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，包括如下步骤：
步骤1、新鲜的沼液经过格栅流入沉淀池中，沼液在沉淀池中室温沉淀5～24h，进入过滤步骤；
步骤2、取沉淀池中的上层清液经过砂滤池，再从砂滤池经过第一无纺布过滤池过滤，过滤后的沼液利用循环泵抽入吸附装置；
步骤3、打开第一阀门，关闭第二阀门，第三阀门，控制流入吸附装置中的沼液与吸附剂的液固比为1～10ml:1g，在室温下，控制曝气强度为6～8m3/m2h，曝气时间0.5～3h；
步骤4、曝气处理后，沼液液体从吸附装置的第一排出口、第二排出口依次排出，首先打开第二阀门，50％排出液通过第二无纺布过滤池过滤后排出，接下来关闭第二阀门，打开第三阀门，50％体积的沼液从第二排出口排出并回流到吸附装置中，50％体积的沼液从第二排出口排出并回流到吸附装置中进行二次吸附，同时补充50％体积经格栅、砂滤、无纺布过滤的新沼液到吸附装置中，关闭第三阀门，完成一次循环，沼液排出时测定并记录出水pH、氮磷的浓度。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，步骤2中所述的砂滤池中砂滤的滤料为石英砂，粒径为0.4～0.45mm，砂滤的滤柱直径40～60cm，滤柱高40～60cm，滤速为5.0～9.0m/h。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，步骤2中所述的第一无纺布过滤池中的无纺布滤池滤布的材质为聚丙烯纤维滤布，过滤精度为100～200μm，滤速4.5～8.5m/h。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，步骤3中的吸附剂为改性后的NaP分子筛，NaP分子筛的硅铝比为2.5，将NaP分子筛用1～3mol/L的CaCl2和1～3mol/L MgCl2分别洗涤2～5次，再用去离子洗涤多次，直至洗涤液检测不到氯离子为止，将改性后的NaP分子筛在100℃内干燥3～12h，研磨后装入无纺布布包作为吸附剂包。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，步骤4中所述的第二无纺布过滤池中的无纺布滤袋材质为聚丙烯纤维滤布，过滤精度为1～100μm，滤速4.5～8.5m/h。
本发明沼液处理前测定其中氮磷的初始浓度并进行记录。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，使用的吸附剂性能参数为：通过氮气吸附BET比表面积分析仪测定吸附剂的比表面积为21.6m2/g；通过醋酸铵法测得该吸附剂阳离子交换能力CEC(cmol/kg)为298，磷吸附指数PSI(g/kg)为30.1，磷吸附指数PSI的测试方法为：称取1g吸附剂于100ml锥形瓶中，加入50ml浓度为1000mg/LKH2PO4磷溶液，置于于恒速摇床上振荡24小时后在离心机内(4000rpm/min)离心10分钟，测定上清液磷浓度，根据浓度变化计算样品磷吸附量。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，沼液经过格栅、沉淀、砂滤、无纺布过滤、吸附、循环吸附、无纺布过滤六个工艺步骤处理后，沼液中氮磷的浓度达到GB18596-2001《国家畜禽养殖业水污染排放标准》中氮磷排放标准。
本发明沼气工程排出的沼液经过格栅处理，去掉沼液中的大颗粒固体及部分沼渣；砂滤、无纺布过滤目的是去除沼液中细小沼渣及杂质；曝气使吸附装置中的吸附区产生足够的搅拌混合作用，促使沼液的循环流动，始终保持悬浮状态，实现沼液与吸附剂充分接触混合。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，使用的吸附剂为改性后的NaP分子筛，吸附剂在完成吸附后可做为土壤改良剂和缓释肥料再次利用。当排出液中氮磷浓度不满足排放要求时，更换一次吸附剂。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，所使用的吸附剂在完成吸附过程后，无需再生处理，减少了投资成本，可作为富含氮磷的土壤改良剂与缓释肥料来使用，既能把沼液中可资源化利用的污染物质富集起来带离出去，又能使沼液污染负荷降低的同时又得到能进一步开发利用的、便携性较好的资源物质，具有显著的社会效益和环境效益。
本发明所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，50％体积的沼液从第二排出口排出并回流到吸附装置中进行二次吸附，同时补充50％体积经格栅、砂滤、无纺布过滤的新沼液到吸附装置中，这两部分沼液混合进行下一次的吸附，回流一次为一次循环过程，回流的50％体积的排出液对新进入吸附装置中50％体积的沼液的氮磷浓度的一次稀释，循环一次排出液中氮磷浓度可降低10～30％，经过连续的1～10次循环吸附后，可使系统排出的沼液出水中氮平均回收率可达85％、磷的平均回收率可达75％以上，沼液中氮磷的浓度达到GB18596-2001《国家畜禽养殖业水污染排放标准》中氮磷排放标准。整个吸附处理过程为间歇操作。
本发明提供的方法的工艺及设备结构简单，不需要增加大型的设备，投资省，效率高，整体安装在车上，节约空间，可随时移动，实现现场回收，利用率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明吸附装置中第一塑料网筐和第二塑料网筐与吸附剂包连接结构的俯视图；
图3为本发明吸附装置结构示意图；
图4为本发明可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法的工艺流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：
一种可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置包括货车1，在所述的货车车厢上临近车头的位置处安装格栅2，所述的格栅通过管路连接沉淀池3，所述的沉淀池通过管路连接砂滤池4，所述的砂滤池通过管路连接第一无纺布过滤池5，所述的第一无纺布过滤池通过管路连接循环泵6，所述的循环泵通过管路连接吸附装置26的上部，所述的吸附装置的下部通过管路连接第二无纺布过滤池16，第二无纺布过滤池底部连接管路进行排水；所述的吸附装置26用支架17固定在车厢上，其包括桶体8和桶盖24，所述的桶体为圆柱形桶身圆锥形桶底的不锈钢桶，桶体内部设置有第一硬质塑料网筐9，且第一硬质塑料网筐通过多个不锈钢支杆14固定在桶体内部，所述的第一硬质塑料网筐内部设有第二硬质塑料网筐25，所述的第一硬质塑料网筐和所述的第二硬质塑料网筐上均系满吸附剂包10，多个曝气盘管11由上至下分布在第一塑料网筐和第二塑料网筐之间，且曝气盘管通过管路与置于吸附装置外部的曝气泵23连接，所述的第二塑料网筐的上端通过连杆12与桶盖连接。
本实施方式所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，所述的桶体与循环泵连接一侧的上部安装有流入口22，所述的桶体与第二无纺布过滤池连接的一侧底部安装有第一排出口18，所述的桶体的底部安装有第二排出口13。
本实施方式所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，所述的循环泵连接吸附装置的管路上设置有第一阀门7。
本实施方式所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，所述的吸附装置连接第二无纺布过滤池的管路上设置有第二阀门19。第二无纺布过滤池出口的管路上设置有第四阀门21。
本实施方式所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，所述的吸附装置的第二排出口通过管路连接到循环泵入口，所述的管路上设置有第三阀门15。
本实施方式所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置体积为V＝800L，桶身尺寸为半径0.75m，高度1m，其中，底部圆锥形高度：桶身圆筒型高度＝3:7，材质为不锈钢。2个环状硬质塑料网筐的高度为4.9m，内层硬质塑料网筐半径为0.25m，外层硬质塑料网半径为0.5m。
具体实施方式二：
根据具体实施方式一所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，包括如下步骤：
步骤1、新鲜的沼液经过格栅流入沉淀池中，沼液在沉淀池中室温沉淀7h，进入过滤步骤；
步骤2、取沉淀池中的上层清液经过砂滤池，再从砂滤池经过第一无纺布过滤池过滤，过滤后的沼液利用循环泵抽入吸附装置；
步骤3、打开第一阀门，关闭第二阀门，第三阀门，控制流入吸附装置中的沼液与吸附剂的液固比为1ml:1g，在室温下，控制曝气强度为6m3/m2h，曝气时间2h；
步骤4、曝气处理后，沼液液体从吸附装置的第一排出口、第二排出口依次排出，首先打开第二阀门，50％排出液通过第二无纺布过滤池过滤后排出，接下来关闭第二阀门，打开第三阀门，50％体积的沼液从第二排出口排出并回流到吸附装置中，50％体积的沼液从第二排出口排出并回流到吸附装置中进行二次吸附，同时补充50％体积经格栅、砂滤、无纺布过滤的新沼液到吸附装置中，关闭第三阀门，完成一次循环，沼液排出时测定并记录出水pH、氮磷的浓度。
本实施方式所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，步骤2中所述的砂滤池中砂滤的滤料为石英砂，粒径为0.4mm，砂滤的滤柱直径50cm，滤柱高55cm，滤速为5.2m/h。
本实施方式所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，步骤2中所述的第一无纺布过滤池中的无纺布滤袋材质为聚丙烯纤维滤布，过滤精度为200μm，滤速4.8m/h。
本实施方式所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，步骤3中的吸附剂为改性后的NaP分子筛，NaP分子筛的硅铝比为2.5，将NaP分子筛用3mol/L的CaCl2和3mol/L MgCl2分别洗涤2次，再用去离子洗涤多次，直至洗涤液检测不到氯离子为止，将改性后的NaP分子筛在100℃内干燥5h，研磨后装入无纺布布包作为吸附剂包，吸附剂的比表面积为21.6m2/g；阳离子交换能力CEC(cmol/kg)为298；磷吸附指数PSI(g/kg)为30.1。
本实施方式所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，步骤4中所述的第二无纺布过滤池中的无纺布滤袋材质为聚丙烯纤维滤布，过滤精度为100μm，滤速4.5m/h。
本实施方式所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，经过4次的吸附循环过程，测定结果如表1所示。
表1 本发明的装置及方法回收沼液处理效果记录表
从表1中能够看出，沼液初始氨氮浓度为751.9mg/L，经过四次循环后出水沼液的氨氮浓度为79.6mg/L，氨氮回收率为89.47％，沼液初始总磷浓度为36.9mg/L，经过4次循环后出水沼液的氨氮浓度为7.4mg/L，氨氮回收率为79.94％，基本达到GB18596-2001《国家畜禽养殖业水污染排放标准》中氮磷排放标准。

Claims (10)

1.一种可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，其特征在于：所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置包括货车(1)，在所述的货车车厢上临近车头的位置处安装格栅(2)，所述的格栅(2)通过管路连接沉淀池(3)，所述的沉淀池(3)通过管路连接砂滤池(4)，所述的砂滤池(4)通过管路连接第一无纺布过滤池(5)，所述的第一无纺布过滤池(5)通过管路连接循环泵(6)，所述的循环泵(6)通过管路连接吸附装置(26)的上部，所述的吸附装置(26)的下部通过管路连接第二无纺布过滤池(16)，第二无纺布过滤池(16)底部连接管路进行排水；所述的吸附装置(26)用支架(17)固定在车厢上，其包括桶体(8)和桶盖(24)，所述的桶体(8)为圆柱形桶身圆锥形桶底的不锈钢桶，桶体(8)内部设置有第一硬质塑料网筐(9)，且第一硬质塑料网筐(9)通过多个不锈钢支杆(14)固定在桶体内部，所述的第一硬质塑料网筐(9)内部设有第二硬质塑料网筐(25)，所述的第一硬质塑料网筐(9)和所述的第二硬质塑料网筐(25)上均系满吸附剂包(10)，多个曝气盘管(11)由上至下分布在第一塑料网筐(9)和第二塑料网筐(25)之间，且曝气盘管(11)通过管路与置于吸附装置(26)外部的曝气泵(23)连接，所述的第二塑料网筐(25)的上端通过连杆(12)与桶盖(24)连接。
2.根据权利要求1所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，其特征在于：所述的桶体(8)与循环泵(6)连接一侧的上部安装有流入口(22)，所述的桶体(8)与第二无纺布过滤池(16)连接的一侧底部安装有第一排出口(18)，所述的桶体(8)的底部安装有第二排出口(13)。
3.根据权利要求1所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，其特征在于：所述的循环泵(6)连接吸附装置(26)的管路上设置有第一阀门(7)。
4.根据权利要求1所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，其特征在于：所述的吸附装置(26)连接第二无纺布过滤池(16)的管路上设置有第二阀门(19)，第二无纺布过滤池(16)出口的管路上设置有第四阀门(21)。
5.根据权利要求2所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置，其特征在于：所述的吸附装置(26)的第二排出口(13)通过管路连接到循环泵(6)入口，该管路上设置有第三阀门(15)。
6.一种权利要求1-5之一所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、新鲜的沼液经过格栅流入沉淀池中，沼液在沉淀池中室温沉淀5～24h，进入过滤步骤；
步骤2、取沉淀池中的上层清液经过砂滤池，再从砂滤池经过第一无纺布过滤池过滤，过滤后的沼液利用循环泵抽入吸附装置；
步骤3、打开第一阀门，关闭第二阀门，第三阀门，控制流入吸附装置中的沼液与吸附剂的液固比为1～10ml:1g，在室温下，控制曝气强度为6～8m3/m2h，曝气时间0.5～3h；
步骤4、曝气处理后，沼液液体从吸附装置的第一排出口、第二排出口依次排出，首先打开第二阀门，50％排出液通过第二无纺布过滤池过滤后排出，接下来关闭第二阀门，打开第三阀门，50％体积的沼液从第二排出口排出并回流到吸附装置中，50％体积的沼液从第二排出口排出并回流到吸附装置中进行二次吸附，同时补充50％体积经格栅、砂滤、无纺布过滤的新沼液到吸附装置中，关闭第三阀门，完成一次循环，沼液排出时测定并记录出水pH、氮磷的浓度。
7.根据权利要求6所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，其特征在于：步骤2中所述的砂滤池中砂滤的滤料为石英砂，粒径为0.4～0.45mm，砂滤的滤柱直径40～60cm，滤柱高40～60cm，滤速为5.0～9.0m/h。
8.根据权利要求6所述的可移动现场削减回收沼液氮磷装置的回收方法，其特征在于：步骤2中所述的第一无纺布过滤池中的无纺布滤袋材质为聚丙烯纤维滤布，过滤精度为100～200μm，滤速4.5～8.5m/h。
9.根据权利要求6所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，其特征在于：步骤3中的吸附剂为改性后的NaP分子筛，将NaP分子筛用1～3mol/L的CaCl2和1～3mol/LMgCl2分别洗涤2～5次，再用去离子洗涤多次，直至洗涤液检测不到氯离子为止，将改性后的NaP分子筛在100℃内干燥3～12h，研磨后装入无纺布布包作为吸附剂包。
10.根据权利要求6所述的可移动现场削减回收沼液中氮磷装置的回收方法，其特征在于：步骤4中所述的第二无纺布过滤池中的无纺布滤袋材质为聚丙烯纤维滤布，过滤精度为1～100μm，滤速2.5～4.5m/h。
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