CN107188375A - 一种沼液减量化并达标排放的系统及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于沼液回收再利用领域，具体涉及一种沼液减量化并达标排放的系统及其实施方法，通过在生产中设置缓冲沉淀池装置、高通透和中通透规格的超滤膜等结构，并且简化了传统膜浓缩结构，采用本发明的结构可以不改变原沼液原有营养成分及性质，并且提高了处理效果，降低了膜消耗。
Description
技术领域
本发明属于沼液回收再利用领域，具体涉及一种沼液减量化并达标排放的系统及其实施方法。
背景技术
随着农村生产及生活方式的改变，农业废弃物如农作物秸秆、畜禽粪便等越来越多。国家提倡资源化原则资源化利用，农业废弃物是一种有价值的资源，经过处理后可作为燃料、肥料、饲料、工业原料等，具有很大的经济价值，利用好农业废弃物资源，不仅可减轻对环境的污染，还可以改良土壤理化性状，提高土壤肥力，提高农产品产量和品质，增加产品竞争力。
沼气工程通过对农业废弃物的厌氧发酵可得到沼气、沼渣和沼液。沼气作为可再生的清洁能源，用途广泛。沼渣和沼液含有大量的有机质、腐殖酸等营养物质，沼渣则是优质的有机肥，但针对沼液的处理存在以下问题 ：（1）沼液中有效营养成分含量较低，如果作为肥料进行施用，每次施用量较大，如果长距离运输，运输成本较高。（2）沼液回用于农田，虽然可以提高农作物产量，但沼液的使用量受农田消纳能力的影响较大，沼液的利用需要大量的农田；另外，也受作物栽培季节性影响。随着国内大中型沼气工程数量的增多，沼液量逐步增大，若处理不当，就会成为二次污染源。
申请人在研究中发现，现在已有相关机构开始了这方面的研究，比如山东民和生物科技有限公司申请的“一种沼液的工程化膜浓缩”（申请号：CN201420433519.4），其中采用了酸化技术，宁波大学申请的“一种沼液处理与资源化利用的方法”（申请号：CN201610144300.6），其中采用了絮凝沉淀技术，但是申请人发现，现有的工艺在预处理中采用絮凝沉淀或者酸化技术，进行气浮去除大颗粒等，这种工艺改变了沼液的性质，使沼液中大量的营养物质失去活性或者去除，从而导致沼液失去了原有的营养功效，此外，虽然之后再利用中空纤维超滤或者陶瓷膜超滤，纳滤及反渗透，从而实现浓缩，但是由于沼液的特殊性质，即使进行前期的絮凝沉淀或者酸化，仍然会导致膜的堵塞及浓缩倍数低，正常在5倍左右，减量有限；渗出液处理：反渗透液正常情况COD达标，但是氨氮偏高，因此用作回用或者灌溉农田，但仍需要配置农田及回用设施。
因此，将沼液减量化（不影响原有成分），提高其中的氨基酸、腐殖酸、植物激素及生物酮等有效营养的含量并进行产品高值化、服务化是未来发展的新方向。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种沼液减量化并达标排放的系统及其实施方法。它可以将沼液在不影响原有成分的情况下得到科学的减量化，并且其获得的浓缩沼液的倍数会更高，减量效果明显，并且对后续资源的回收利用也采用了非常好的处理方式。
该沼液减量化并达标排放的系统包括依次设有厌氧发酵罐、原沼液存放系统、预处理系统、减量化系统和反渗透清液处理系统，所述预处理系统包括缓冲沉淀池装置、输送泵、过滤器和超滤原液罐，所述减量化系统包括超滤膜装置和反渗透膜装置，所述超滤膜装置包括高通透规格的一级超滤膜装置和中通透规格的二级超滤膜装置，所述反渗透膜装置包括一级蝶式反渗透膜和二级蝶式反渗透膜，其中，所述超滤原液罐设置在缓冲沉淀池装置的下游，与超滤膜装置之间采用泵输送，所述反渗透膜装置串联设置在所述超滤膜装置的下游，所述超滤膜装置和反渗透膜装置之间还设置有反渗透原料罐，所述反渗透原料罐与反渗透膜装置之间也采用泵输送。
进一步的，其中的超滤膜装置为管式超滤膜装置，缓冲沉淀池装置选择为8级缓冲沉淀池装置；
进一步的，所述过滤器包括有高效纤维过滤器和2级精密过滤器，并且是将溢出液先后通过上述过滤器过滤；
进一步的，对于反渗透清液处理系统中还包括有对反渗透清液的回收系统和人工生态湿地系统，其中，回收系统将一部分反渗透清液回收进原料池中再利用；另一部分通过人工生态湿地技术进行处理，将反渗透清液排放至专用湿地，利用植物、微生物和基质的协同作用，种植水生蔬菜，养殖鱼虾类，进而实现达标排放。
作为本发明的另外一方面，所述沼液减量化并达标排放的其实施方法包括以下步骤：
S1、预处理工艺，所述预处理工艺为：将原沼液经过缓冲沉淀池装置，该缓冲沉淀池装置具有截留大颗粒物质的功能，并自动清渣，确保沼液在该缓冲沉淀池装置有一定的停留期，缓冲沉淀池均为下进料后经过截留填料后上出液溢出，然后溢出液经过输送泵至密过滤器，去除未沉淀的大颗粒，泵入超滤原液罐；
S2、减量化工艺，所述减量化工艺包括超滤膜工艺和反渗透膜工艺，所述超滤膜工艺包括选择截留分子量在一定范围道尔顿之间的高、中通透规格的超滤膜量级，所述超滤原液罐中的原沼液经高通透规格的超滤膜进行一级超滤浓缩，在切换至中通透规格的超滤膜装置进行二级超滤浓缩，得到超滤浓液和超滤清液，所述超滤清液利用反渗透膜进行再次处理，将反渗透原液罐中的超滤清液先后经一级蝶式反渗透膜和二级蝶式反渗透膜浓缩，得到反渗透浓液和反渗透清液；
S3、反渗透清液处理工艺，其用于将获得的反渗透清液再利用和/或处理排放。
需要指出，其中原沼液是指动物粪便、秸秆等通过厌氧发酵后获得的；
进一步的，在步骤S1中，溢出液经过输送泵先至高效纤维过滤器，再经过精密过滤器；
进一步的，在步骤S1中，缓冲沉淀池装置是8级缓冲沉淀池装置，该停留期约为48小时，所述溢出液的SS（悬浮物）≤25g/L；
进一步的，在步骤S2中所述分子量在50000-300000道尔顿之间，并且将超滤原液罐中的原沼液经过一级超滤浓缩后的体积为原沼液的1/5时，切换至二级超滤浓缩，在体积再次浓缩至1/2时停止；
进一步的，在步骤S2中，将反渗透原液罐中的超滤清液经过一级蝶式反渗透膜浓缩后的体积为原来的1/5时，切换至二级蝶式反渗透膜，体积再次浓缩1/2时停止。
进一步的，在步骤S3中，所述反渗透清液处理一部分回用于原料池（粪池），另一部分利用人工生态湿地技术进行处理，最后排出的水可以实现达标排放。
需要指出，此处的人工生态湿地技术是指将一部分的反渗透清液排放进公司的生态湿地中，利用植物、微生物和基质的协同作用，种植水生蔬菜，养殖鱼虾类，进而利用公司的排水系统将从生态湿地中出来的液体进行清洁达标排放，而不是直接将其排放至农田等，这节省了大量的土地，并且种植的水生蔬菜、鱼虾等还可以食用或销售，实现一举两得的目的。
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
（1）解决了现有技术中的预处理工艺会改变沼液的性质，使沼液中的大量的营养物质失去活性或者去除，从而导致沼液失去了原有的营养功效，并且后续会出现可能的膜堵塞和浓缩倍数低的问题，发明人采用了缓冲沉淀装池置，预处理完全采用物理过程，不但减少了营养流失，提高了工作效率，并且实现了更优的减量效果。
（2）严格处理每一个工艺过程，在每一步提取的相应沼液可以使得沼液的价值能够得到更高的利用，并且发明人在技术方案中采用回收系统和人工生态湿地系统，能够减少沼液对环境造成的二次污染，真正切实实现了优质的资源回收再利用。
（3）在减量化工艺过程中，省去了传统的纳滤过程，减少了设备投资、运行和维护成本。
（4）在人工生态湿地系统中利用公司的排水系统进行达标排放，不占用另外土地，节省了资源。
（5）发明人进一步研究了膜的类型，提高了处理效果，降低了膜消耗。
附图说明
图1中示出了本申请的整体工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。需要指出，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
在一个实施例中，本发明涉及一种沼液减量化并达标排放的系统，该沼液减量化并达标排放的系统包括依次设有厌氧发酵罐、原沼液存放系统、预处理系统、减量化系统和反渗透清液处理系统，所述预处理系统包括缓冲沉淀池装置、输送泵、过滤器和超滤原液罐，所述减量化系统包括超滤膜装置和反渗透膜装置，所述超滤膜装置包括高通透规格的一级超滤膜装置和中通透规格的二级超滤膜装置，所述反渗透膜装置包括一级蝶式反渗透膜和二级蝶式反渗透膜，其中，所述超滤原液罐设置在缓冲沉淀池装置的下游，与超滤膜装置之间采用泵输送，所述反渗透膜装置串联设置在所述超滤膜装置的下游，所述超滤膜装置和反渗透膜装置之间还设置有反渗透原料罐，所述反渗透原料罐与反渗透膜装置之间也采用泵输送。
优选的，其中的缓冲沉淀池装置选择为8级缓冲沉淀池装置；
发明人选择采用的8级缓冲沉淀池装置属于在沼液预处理领域的重要装置，其避开了现有技术中采用的絮凝沉淀或者酸化技术，发明人采用了纯物理过程进行预处理，能够不改变沼液原有的营养成分及性质，并且，在后续的步骤中，设置了高通透规格的一级管式超滤膜装置和中通透规格的二级管式超滤膜装置，能够将沼液的体积进行最大限度的浓缩，并且可以截留的分子量在50000-300000道尔顿之间（不同废弃物发酵液选择的管式膜的截留分子量不同），所述管道膜可选择目前市面上的德国进口管式膜，具有通透量大、耐腐蚀、不易堵塞且易清洗。
优选的，所述过滤器包括有高效纤维过滤器和2级精密过滤器，并且是将溢出液先后通过上述过滤器过滤；
优选的，对于反渗透清液处理系统中还包括有对反渗透清液的回收系统和人工生态湿地系统，其中，回收系统将一部分反渗透清液回收进原料池中再利用；另一部分通过人工生态湿地技术进行处理，将反渗透清液排放至专用湿地，利用植物、微生物和基质的协同作用，种植水生蔬菜，养殖鱼虾类，进而实现达标排放。
申请人研究发现，采用上述系统，可以实现沼液营养价值不流失、浓缩量更大的效果，并且，膜浓缩过程中也不易出现堵塞等现象。
在一个具体实施例中，如图1所示，原料通过厌氧发酵罐经固液分离后沼液先进入原沼液存池，再经泵输送过8级缓冲沉淀池装置（采用物理处理，下进料后经过截留填料后上出液溢出工艺），停留时间48h，溢出液的SS≤25g/L，溢出液再经高效纤维过滤器+2级精密过滤器（去除未沉淀的大颗粒）泵入超滤原液罐；
超滤处理采用管式超滤膜中试装置，膜面积为0.7m2，截留分子量在50000-300000道尔顿之间的高、中通透规格的管式超滤膜两极，超滤原液罐中沼液经1级精密过滤器，进入高通透规格的超滤膜进行一级超滤浓缩，进口压力1.7-2.2bar，浓排压力0.5-0.7 bar，产水通量60-70LMH，体积浓缩为原沼液的1/5时，切换至中通透规格的超滤膜装置进行二级浓缩，进口压力1.7-2.2bar，浓排压力0.5-0.7 bar，产水通量20-30LMH，体积再次浓缩1/2时，停止，得到超滤浓液（COD在40000-60000mg/L之间）和超滤清液（COD在1500-4000mg/L），原沼液体积浓缩倍数≥10倍，营养成分浓缩倍数≥6倍，中试装置设备连续运行≥50d，超滤浓液用作生产水产养殖及农业种植肥料的主要原料；
反渗透处理采用碟式反渗透膜中试装置，膜面积为4m2，超滤清液经一级碟式反渗透膜，体积浓缩1/5时，进料压力60-75 bar，运行通量8-13 LMH，切换至二级碟式反渗透膜，进料压力60-75 bar，运行通量5-9 LMH，体积再次浓缩1/2时，停止，得到反渗透浓液（COD在12000-21000mg/L）和反渗透清液（COD在50-70mg/l，氨氮150-240mg/L），超滤清液体积浓缩倍数≥10倍，营养成分浓缩倍数≥6倍，中试装置设备连续运行≥50d，反渗透浓液用作生产水产养殖肥和农用叶面肥、滴灌肥及农艺花卉肥料的主要原料；
反渗透清液一部分回用于进原料池（粪池），对发酵沼气鸡粪等进行稀释；另一部分进入人工生态湿地进行处理，在原公司清水排水系统进行改造，基于植物-微生物-基质协同作用，采用工业化预处理+多级复合人工湿地组合工艺，种植水生蔬菜，养殖鱼虾类，出水指标：COD在0-50mg/L，氨氮0-30mg/L。
采用上述技术方案，在预处理阶段采用物理处理，不会对沼液的性质产生破坏，保持了沼液原有的性质；在减量化处理阶段，采用两级超滤膜和反渗透膜对沼液进行处理，既可以保证体积浓缩的要求，又可以膜损坏的风险；渗出液主要通过人工生态湿地进行处理，达到达标排放的目的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (9)
1.一种沼液减量化并达标排放的系统，其特征在于，包括依次设有厌氧发酵罐、原沼液存放系统、预处理系统、减量化系统和反渗透清液处理系统，所述预处理系统包括缓冲沉淀池装置、输送泵、过滤器和超滤原液罐，所述减量化系统包括超滤膜装置和反渗透膜装置，所述超滤膜装置包括高通透规格的一级超滤膜装置和中通透规格的二级超滤膜装置，所述反渗透膜装置包括一级蝶式反渗透膜和二级蝶式反渗透膜，其中，所述超滤原液罐设置在缓冲沉淀池装置的下游，与超滤膜装置之间采用泵输送，所述反渗透膜装置串联设置在所述超滤膜装置的下游，所述超滤膜装置和反渗透膜装置之间还设置有反渗透原料罐，所述反渗透原料罐与反渗透膜装置之间也采用泵输送。
2.如权利要求1所述的沼液减量化并达标排放的系统，其特征在于，所述超滤膜装置为管式超滤膜装置。
3.如权利要求1所述的沼液减量化并达标排放的系统，其特征在于，所述过滤器包括有高效纤维过滤器和2级精密过滤器，所述缓冲沉淀池装置为8级缓冲沉淀池装置。
4.如权利要求1所述的沼液减量化并达标排放的系统，其特征在于：所述反渗透清液处理系统包括有回收系统和人工生态湿地系统。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的沼液减量化并达标排放的系统的实施方法，其包括如下步骤：
S1、预处理工艺，所述预处理工艺为：将原沼液经过缓冲沉淀池装置，该缓冲沉淀池装置具有截留大颗粒物质的功能，并自动清渣，确保沼液在该缓冲沉淀池装置有一定的停留期，缓冲沉淀池均为下进料后经过截留填料后上出液溢出，然后溢出液经过输送泵至过滤器，去除未沉淀的大颗粒，泵入超滤原液罐；
S2、减量化工艺，所述减量化工艺包括超滤膜工艺和反渗透膜工艺，所述超滤膜工艺包括选择截留分子量在一定范围道尔顿之间的高、中通透规格的超滤膜量级，所述超滤原液罐中的原沼液经高通透规格的超滤膜进行一级超滤浓缩，在切换至中通透规格的超滤膜装置进行二级超滤浓缩，得到超滤浓液和超滤清液，所述超滤清液利用反渗透膜进行再次处理，将反渗透原液罐中的超滤清液先后经一级蝶式反渗透膜和二级蝶式反渗透膜浓缩，得到反渗透浓液和反渗透清液；
S3、反渗透清液处理工艺，其用于将获得的反渗透清液再利用和/或处理排放。
6.如权利要求5所述的实施方法，其特征在于，在步骤S1中，所述停留期约为48小时，所述溢出液的SS≤25g/L。
7.如权利要求5或6所述的实施方法，其特征在于，在步骤S2中所述分子量在50000-300000道尔顿之间，并且将超滤原液罐中的原沼液经过一级超滤浓缩后的体积为原沼液的1/5时，切换至二级超滤浓缩，在体积再次浓缩至1/2时停止。
8.如权利要求5-7任一项所述的实施方法，其特征在于，在步骤S2中，将反渗透原液罐中的超滤清液经过一级蝶式反渗透膜浓缩后的体积为原来的1/5时，切换至二级蝶式反渗透膜，体积再次浓缩1/2时停止。
9.如权利要求5-8任一项所述的实施方法，其特征在于，在步骤S3中，所述反渗透清液处理一部分回用于原料池，另一部分利用人工生态湿地技术进行处理，最后排出的水可以实现达标排放。
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