CN107324492A - 一种养猪废水能源回收的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种养猪废水能源回收的装置和方法。所述装置由串联的高温消化沼气池、沼气脱水罐、沼气脱硫罐、沼气储存罐和沼气发电机组成，并用密闭的沼气管线依次连接。采用本发明装置回收养猪废水中的生物质能。养猪废水经过高温消化池，有机物厌氧发酵产生沼气。所产生沼气经过沼气脱水罐和沼气脱硫罐后，干燥纯净沼气维持沼气发电机的稳态运行。本发明将生物质能转化为向外输出稳定的电能，维持养猪场废水处理系统日常运行的所需的电能消耗。本发明有较好的环境效益和经济效益，可显著降低养猪废水中的有机物浓度，稳定的产生电能。

Description

一种养猪废水能源回收的装置和方法
技术领域
本发明涉及养猪废水资源化技术领域，更具体地涉及一种养猪废水能源回收的装置和方法。
背景技术
规模化养猪场废水含有高浓度有机物和氮素，是一种排放量大、处理难度高且处理率较低的废水。未经处理的废水排放到环境中会引起地下水污染、农业面源污染等环境问题，是一些水体富营养化的重要污染源。据统计，目前养猪场应用最多的水冲式清粪，每天每万头生猪可产生废水150～250 m3，其中生化需氧量（BOD5）可达2000～8000 m/L，COD可达5000～20000 m/L。如此大量的有机物排放到水体中，给水环境带来了巨大的压力。
现有常规的厌氧好氧处理方法不仅需要消耗大量的电能，还会造成大量温室气体甲烷的排放，目前针对养猪废水的资源化处理技术尚未见相关技术报道，如果能解决养猪废水的资源化处理问题，不仅具有良好的经济效益，也具有重要的环境效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有养猪废水的资源化处理技术不足，提供一种养猪废水能源回收的装置。
本发明要解决的另一技术问题是基于所述装置提供一种养猪废水能源回收的方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
提供一种养猪废水能源回收的装置，包括，高温消化沼气池、沼气脱水罐、沼气脱硫罐、沼气储存罐和沼气发电机，并用密闭的沼气管线依次连接；所述的高温消化沼气池，采用下埋式池体衔接密闭顶膜的方式绝热保温，使沼气池内反应处于高温消化区间。
本发明所述高温消化沼气池采用下埋式池体衔接密闭顶膜的方式，所产生的热量积累不易逸散，使得整个池体的温度能维持在较高水平。
优选地，所述下埋式池体衔接密闭顶膜的方式是顶膜铺满整个池壁，包裹挡土墙，埋入池底土中。
进一步优选地，所述高温消化池下埋的深度为5.4米。
优选地，所述高温消化沼气池的顶膜采用高密度聚乙烯。
所述沼气脱水罐采用吸附脱水干燥剂，降低沼气的含水率，提高单位气体的燃烧热值。
所述的沼气脱硫罐采用常温再生脱硫剂，去除沼气中的硫化物，避免燃烧后产生硫氧化物污染。
优选地，所述脱水剂采用硅胶。
优选地，所述脱硫剂采用氧化铁。
所述的沼气储存罐配有压力调节阀，不仅可以储存多余沼气，还可以保证进入沼气发电机的沼气在较为稳定的压力范围内。
所述的沼气发电机可以将生物质能转化为电能。
本发明同时提供一种养猪废水能源回收的方法，包括如下步骤：
S1.养猪废水经过高温消化沼气池，有机物厌氧发酵产生沼气，高温厌氧发酵停留时间控制为25～35天，温度控制在50～70℃，沼气产生率为0.3～0.4 m3/kg COD；
S2.经步骤S1所产生的沼气进入沼气脱水罐，吸附脱去所含水分；
S3.经步骤S2得到的沼气进入沼气脱硫罐，利用常温再生脱硫剂，去除沼气中的H2S气体；
S4.经过步骤S3的干净沼气进入沼气储存罐，进行压缩储存；
S5.通过沼气储存罐的可控压力阀门，调节进入沼气发电机的沼气压力，维持发电机的稳态运行。将生物质能转化为向外输出稳定的电能，维持养猪场废水处理系统日常运行的所需的电能消耗。
本发明的有益效果：
本发明根据养猪废水的特点和资源化利用的原则创造性的对养猪废水的厌氧产沼气系统进行了改造和优化。
（1）在厌氧产沼气阶段采用高温消化产沼气，以加快养猪废水的处理时间，增加沼气的产生速率。同时使沼气产生系统受季节温度变化影响较少。
（2）同时将脱水罐、脱硫罐和储存罐整合到整个装置系统中，以降低沼气含水率提高单位燃烧热值；同时降低含硫量，以确保发电机尾气硫氧化物的排放达标；调整进入发电机的沼气压力，维持发电机的稳定运行。
附图说明
图1为养猪废水能源回收装置的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图进一步说明本发明方法。下述实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。除非特别说明，下述实施例中使用的生物材料、试剂原料为常规市购或商业途径获得的生物材料和试剂原料，除非特别说明，下述实施例中使用的方法和设备为本领域常规使用的方法和设备。
实施例1
如附图1所示，本发明的养猪废水能源回收装置由串联的高温消化沼气池、沼气脱水罐、沼气脱硫罐、沼气储存罐和沼气发电机组成，并用密闭的沼气管线依次连接。
本实例中高温消化池采用下埋式池体衔接密闭顶膜的方式绝热保温。所产生的热量积累不易逸散，使得整个池体的温度能维持在较高水平。所述下埋式池体衔接密闭顶膜的方式是顶膜铺满整个池壁，包裹挡土墙，埋入池底土中。优选地，所述高温消化池下埋的深度为5.4米。
所述高温消化沼气池的顶膜采用高密度聚乙烯。
所述沼气脱水罐采用吸附脱水干燥剂，降低沼气的含水率，提高单位气体的燃烧热值。所述的沼气脱硫罐采用常温再生脱硫剂，去除沼气中的硫化物，避免燃烧后产生硫氧化物污染。所述脱水剂采用硅胶。所述脱硫剂采用氧化铁。
所述的沼气储存罐配有压力调节阀，不仅可以储存多余沼气，还可以保证进入沼气发电机的沼气在较为稳定的压力范围内。所述的沼气发电机可以将生物质能转化为电能。
基于所述装置，本发明同时提供一种养猪废水能源回收的方法，包括如下步骤：
S1.养猪废水经过高温消化沼气池，有机物厌氧发酵产生沼气，高温厌氧发酵停留时间控制为25～35天，温度控制在50～70℃，沼气产生率为0.3～0.4 m3/kg COD；
S2.经步骤S1所产生的沼气进入沼气脱水罐，吸附脱去所含水分；
S3.经步骤S2得到的沼气进入沼气脱硫罐，利用常温再生脱硫剂，去除沼气中的H2S气体；
S4.经过步骤S3的干净沼气进入沼气储存罐，进行压缩储存；
S5.通过沼气储存罐的可控压力阀门，调节进入沼气发电机的沼气压力，维持发电机的稳态运行。将生物质能转化为向外输出稳定的电能，维持养猪场废水处理系统日常运行的所需的电能消耗。
在本实施例中，养猪污水由养猪场总排水口排出，进入高温消化沼气池，进水的COD浓度为5249～5876 mg/L，水力停留时间控制在30天，控制反应池温度在50～70℃。反应器运行8个月，历经夏、秋、冬季，COD的去除率都在90%以上，沼气的产生率为0.34～0.38m3/kg COD。
经过脱水罐和脱硫罐之后的，干燥纯净沼气进入沼气储存罐，通过储存罐的压力调节阀，可以使沼气发电机在稳定条件下发电。在本实施例中，废水中每kg COD可以产生0.51～0.57度电。
本发明提出了一种养猪废水的能源回收装置和方法，在实际的运行中，该装置每天所产生的电量，可以满足包括后续好氧处理的曝气在内的整个养猪废水处理系统的日常电能消耗。本发明利用高浓度的养猪废水进行产沼发电，不仅有效的实现了有机物的去除，所产生沼气用于发电，还减少了温室气体的排放。同时所产生的电能用于整个养猪废水的污水处理设施，降低了养猪场的运行成本。装置中核心的高温消化系统，不仅不易受外界气温的冲击，而且产沼速率快、产沼率高。因此，本发明的装置和方法不仅具有环境效益，还具有经济效益。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种养猪废水能源回收的装置，其特征在于，包括高温消化沼气池、沼气脱水罐、沼气脱硫罐、沼气储存罐和沼气发电机，并用密闭的沼气管线依次连接；所述的高温消化沼气池，采用下埋式池体衔接密闭顶膜的方式绝热保温，使沼气池内反应处于高温消化区间。
2.根据权利要求1所述养猪废水能源回收的装置，其特征在于，所述高温消化沼气池的下埋式池体衔接密闭顶膜的方式是顶膜铺满整个池壁，包裹挡土墙，埋入池底土中。
3.根据权利要求1或2所述养猪废水能源回收的装置，其特征在于，所述高温消化池下埋的深度为5.4米。
4.根据权利要求1或2所述养猪废水能源回收的装置，其特征在于，所述高温消化沼气池的高温为50～70℃。
5.根据权利要求1或2所述养猪废水能源回收的装置，其特征在于，所述高温消化沼气池的顶膜采用高密度聚乙烯。
6.根据权利要求3所述养猪废水能源回收的装置，其特征在于，所述高温消化沼气池的高温为50～70℃。
7.根据权利要求3所述养猪废水能源回收的装置，其特征在于，所述高温消化沼气池的顶膜采用高密度聚乙烯。
8.一种采用权利要求1、2、6或7所述装置进行养猪废水能源回收的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.养猪废水经过高温消化池，有机物厌氧发酵产生沼气，高温厌氧发酵停留时间控制为25～35天，温度控制在50～70℃，沼气产生率为0.3～0.4 m3/kg COD；
S2.经步骤S1所产生的沼气进入沼气脱水罐，吸附脱去所含水分；
S3.经步骤S2得到的沼气进入沼气脱硫罐，利用常温再生脱硫剂，去除沼气中的H2S气体；
S4.经过步骤S3的干净沼气进入沼气储存罐，进行压缩储存；
S5.通过沼气储存罐的可控压力阀门，调节进入沼气发电机的沼气压力，维持发电机的稳态运行。
9.一种采用权利要求3所述装置进行养猪废水能源回收的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.养猪废水经过高温消化池，有机物厌氧发酵产生沼气，高温厌氧发酵停留时间控制为25～35天，温度控制在50～70℃，沼气产生率为0.3～0.4 m3/kg COD；
S2.经步骤S1所产生的沼气进入沼气脱水罐，吸附脱去所含水分；
S3.经步骤S2得到的沼气进入沼气脱硫罐，利用常温再生脱硫剂，去除沼气中的H2S气体；
S4.经过步骤S3的干净沼气进入沼气储存罐，进行压缩储存；
S5.通过沼气储存罐的可控压力阀门，调节进入沼气发电机的沼气压力，维持发电机的稳态运行。
10.一种采用权利要求4或5所述装置进行养猪废水能源回收的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.养猪废水经过高温消化池，有机物厌氧发酵产生沼气，高温厌氧发酵停留时间控制为25～35天，温度控制在50～70℃，沼气产生率为0.3～0.4 m3/kg COD；
S2.经步骤S1所产生的沼气进入沼气脱水罐，吸附脱去所含水分；
S3.经步骤S2得到的沼气进入沼气脱硫罐，利用常温再生脱硫剂，去除沼气中的H2S气体；
S4.经过步骤S3的干净沼气进入沼气储存罐，进行压缩储存；
S5.通过沼气储存罐的可控压力阀门，调节进入沼气发电机的沼气压力，维持发电机的稳态运行。
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