CN108275818A - 一种高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收系统 - Google Patents

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Abstract

一种高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收系统，由氨分离系统、和氨回收系统两部分组成。通过生物化学作用破坏废水中铵态氮的溶解平衡，同时采用喷淋的方式将废水与热水管碰撞、在冷热交替过程中促进铵态氮以氨气形式释放出来，并通过氨回收系统实现氨气的酸吸收固定利用，达到快速降低畜禽废水中的氨氮含量，减少畜禽废水后续生物治理的障碍。该系统的氨氮去除率可达到90.86%，达到国家畜禽废水中氨氮排放标准，且氨氮回收率达到95%以上。实现了在短时间内高效快速去除畜禽废水中氨氮含量，并且对释放的氨氮进行了高效回收。该系统建设成本低，耗能少，操作简单，适用性强，氨氮资源全面回收，对周围环境无污染，且可连续性运行。

Description

一种高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收系统
技术领域
本发明属于农业生态环保领域。涉及高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收。
背景技术
近年来，随着新型城镇化和城乡一体化建设进程的不断推进，我国畜牧业规模化、集约化的快速发展，畜禽养殖废弃物产量急剧增加，年产量达38亿吨，其COD及氨氮排放量分别为1049万吨、58万吨，占农业污染源的95%及76%，占全国污染源的45%及25%。畜禽养殖污染已然成为继工业污染、生活污染之后的第三大污染源，成为中国农村面源污染的主要原因之一，不仅造成人居环境脏、乱、差，还严重阻碍着“新型城镇化”和“生态文明”的建设进程。因此开发可快速降低畜禽废水中氨氮、浊度及COD含量的技术具有较大的实用价值和经济意义。
畜禽养殖废水中的COD含量为6000-10000 mg/L，氨氮含量为400-1500 mg/L，浊度为3000-10000 NTU，总磷含量为60-150 mg/L，其各种指标远超过国家关于畜禽废水排放标准（GB18596—2001），其中氨氮高是导致沼液治理困难的核心障碍，很多畜禽养殖企业面临着拆迁或者改建，给养殖企业带来了巨大的压力，严重阻碍了畜禽养殖企业的可持续发展。目前开发的关于处理畜禽废水的方法有很多，但这些方法耗时较长、成本较高，适用性较小，不能连续性运行，给畜禽养殖户带来很大的困扰，如利用空气吹脱方式回收氨氮（中国专利申请公布号：CN 106430244 A），此方法需要连续吹气，耗能较高，且需要添加脱氨剂（如壳聚糖、树脂等消耗品），成本较大，不适合大规模的养殖企业，此外气提法易提高废水中的CO2的含量；高效膜堆交换废水中液相氨氮（中国专利申请公布号：CN 202007171 U），其中膜属于消耗品，有使用寿命，成本高，难于清洗。因此开发一种可快速高效回收畜禽废水氨氮的新技术有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收系统，快速回收畜禽废水中的氨氮，同时利用磷酸实现对释放的氨氮高效回收。利用冷热交替、水分子碰撞及真空相结合的技术，破坏氨在水中的平衡而释放氨气，通过磷酸及高塔进行高效回收，从而达到快速回收畜禽废水中的氨氮。
本发明所述的一种高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收系统，包括喷淋器（1）、废液处理罐（2）、螺旋热水管（3）、带菌浮球（4）、水泵（5）、废液出口（6）、固体沉淀物出口（7）、废液出水管（8）、pH计（9）、废液进口（10）、碱液罐（11）、碱液进口（12）、热水泵（13）、热交换器（14）、热水罐（15）、自来水进口（16）、温度计（17）、鸟粪磷灰石出口（18）、氯化镁溶液罐（19）、镁盐进口（20）、分流器（21）、出口（22）、多孔板（23）、磷酸进口（24）、高塔（25）、真空泵（26）、循环水冷凝管（27）、导管（28）、安全阀（29）。
本发明的连接方式如下：废液进口（10）与碱液罐（11）出口相连，并与废液处理罐（2）侧面底部连接，pH计（9）安装在废液处理罐（2）的侧面底部，并在废液处理罐（2）添加带菌浮球（4）中，废液固体沉淀物出口（7）流出，废液处理罐（2）的侧面底部出水口连接水泵（5），水泵（5）的出水口连接喷淋器（1），废液处理罐（2）安置螺旋热水管（3），热水罐（15）底部安装热交换器（14），热水罐（15）侧面底部出口连接热水泵（13），热水泵（13）出口连接螺旋热水管（3），螺旋热水管（3）出口与热水罐（15）相连，温度计（17）安装于热水罐（15）的顶端，废液罐（2）的顶端出口连接循环水冷凝管（27），并与真空泵（26）相连，真空泵（26）出口与高塔（25）相连，管的末端安装气体分流器（21），并在高塔（25）的内部安装多层多孔板（23），磷酸液于磷酸进口（24）流入，高塔（25）的底部出口与氯化镁溶液罐（19）相连，底部设置鸟粪磷灰石出口（18），以上所有导管为耐腐蚀材料，且进出口均安装安全阀（29）。
本发明所述的组件均为不锈钢材质，并耐酸耐碱耐高温，其中废液罐为不透明的耐腐蚀材质。
本发明所述的一种高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收系统运行过程如下。
1）畜禽废液从废液处理罐（2）的废液进口（10）流入，并通过碱液罐（11）调节废液的pH (10.0-11.0)，之后利用水泵（5）将废水输送至喷淋器（1），喷洒出的废水与螺旋热水管（3）相碰后，流入底部从废液处理罐（2）的废液出口（6）流出。
2）将热水罐（15）中的水加热至50°C左右，并通过热水泵（13）输送至螺旋热水管(3)中。
3）利用真空泵（26）将废液处理罐（2）中释放出的氨气抽提至高塔（25）中，并用磷酸吸收；吸收氨的磷酸溶液流入氯化镁溶液罐（19）中，形成沉淀物，从鸟粪磷灰石出口（18）流出，实现氨氮的回收利用。
本发明的工作原理：畜禽废液通过废液罐的进样口进样，是废液体积为罐容积的1/2，并通过氢氧化钠溶液调节pH值（10.0-11.0），处理后的废液可通过废液罐的底部出口排出；利用加热管将热气通过导管输送至热水池中，并通过水泵将热水输送至废液罐的螺旋热循环水管中；处理后的废水通过热交换器与废液进行热交换以提高废液的温度，加速氨气释放的速率；废液罐的底部通过水泵将废液，输送至多孔喷洒器中，通水多孔喷洒器喷出来的水珠与热水管撞击、冷热交替，破坏铵离子在水中平衡，使得水中的氨气及CO2等气体释放出来，再利用真空泵将产生的气体输送至高塔中；废水释放的氨气通过真空泵输送至高塔，通过磷酸回收释放的NH3，并通过分气阀及多孔挡板提高氨气的回收效率，吸收氨气的磷酸液流入氯化镁溶液罐中，形成鸟粪磷灰石并通过底部出口，以便回收利用。
本发明利用冷热交替、碰撞、真空抽提的有效结合，达到快速降低畜禽废水中的氨氮，并对释放的氨氮高效回收利用。具有以下六个突出的创新性点。
1)采用连续式的热能循环利用的高效设计，大大提高高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收的效率。
2)利用喷洒的水珠与热水管碰撞分解成小颗粒，在冷热交替过程破坏氨在水中的平衡状态，将水中的氨气释放出来，减少了通气的能耗，以及避免吹气带入的CO2对氨气挥发形成的阻力。
3)通过真空泵将废水释放的氨气进行抽提，以提高氨气的去除率。
4)通过热交换管，使得处理后的废水与新流入的废水进行热交换，以提高废水的温度。
5)采用磷酸及含有多层多孔踏板的高塔将排放出来的氨气进行高效吸收和循环利用，以避免氨气对空气的污染。
6)利用镁盐将磷酸吸收的氨气进一步转化为鸟粪鸟粪磷灰石，可用于优质肥料有机肥料的制备，实现氨氮的高效利用。
附图说明
图1为该系统的平面图。
其中，1为喷淋器；2为废液处理罐；3为螺旋热水管；4为带菌浮球；5为水泵；6为废液出口；7为固体沉淀物出口；8为废液出水管；9为pH计；10为进水口；11为碱液罐；12为碱液进口；13为热水泵；14为热交换器；15为热水罐；16为自来水进口；17为温度计；18为鸟粪磷灰石出口；19为氯化镁溶液罐；20为镁盐进口；21为分流器；22为出口；23为多孔板；24为磷酸进口；25为高塔；26为真空泵；27为循环水冷凝管；28为导管；29为安全阀。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例。
本实施例所述的一种高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收系统，包括加热管、温度计、pH计、导管、排水泵、分气阀、安全阀、真空泵、喷淋器、废液罐及吸收罐、高塔、多孔板、循环水冷凝管。
本实施例的安装连接方式如下：废液进口10与碱液罐11出口相连，并与废液处理罐2侧面底部连接，pH计9安装在废液处理罐2的侧面底部，并在废液处理罐2添加带菌浮球4中，废液固体沉淀物出口7流出，废液处理罐2的侧面底部出水口连接水泵5，水泵5的出水口连接喷淋器1，废液处理罐2安置螺旋热水管3，热水罐15底部安装加热器14，热水罐15侧面底部出口连接热水泵13，热水泵13出口连接螺旋热水管3，螺旋热水管3出口与热水罐15相连，温度计17安装于热水罐15的顶端，废液处理罐2的顶端出口连接循环水冷凝管27，并与真空泵26相连，真空泵26出口与高塔25相连，管的末端安装气体分流器21，并在高塔25的内部安装多层多孔板23，磷酸液于磷酸进口24流入，高塔25的底部出口与氯化镁溶液罐19相连，底部设置鸟粪磷灰石出口18，以上所有导管为耐腐蚀材料，且进出口均安装安全阀29。
实例：养猪废水快速氨氮回收系统。
1）养猪废水通过进样口流入废水槽中，废水体积为水槽容积的1/3左右；并通过2mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至10.0。
2）通过热交换器将水池的水温加热至为50℃左右，并通过水泵将热水输送至废水槽的热水管中循环利用。
3）通过水泵将废水输送至多孔喷洒器中（80目），使得产生的水珠与热水管碰撞、冷热交替，破坏氨在水中平衡。
4）利用真空泵将废水释放的氨气进行抽提，以提高氨气的去除率。
4）高塔中为分析纯磷酸，氯化镁溶液的浓度为2 mol/L，高塔中所添加溶液的体积为高塔容积的2/3，高塔中装有多层多孔的塔板，以提高氨气的吸收率；
5）处理后的废液可通过废液罐底部的热交换管流出，磷酸吸收的氨气可通过镁盐法沉降并用于肥料的制备，以实现对氨氮的回收利用。
6）经过处理后，废液中的氨氮、COD含量及浊度分别可降低90.86%、71.43%、79.22%，氨氮回收率达到98.56%以上，详细结果如下表1。
表1
处理前 处理后
氨氮含量（mg/L） 635±19 58±7
COD含量（mg/L） 8400±400 2400±204
浊度（NTU） 6219±182 1292±55
氨氮回收率% 0 98.56±0.83

Claims (1)

1.一种高氨氮畜禽废水中氨氮快速回收系统，其特征是包括喷淋器（1）、废液处理罐（2）、螺旋热水管（3）、带菌浮球（4）、水泵（5）、废液出口（6）、固体沉淀物出口（7）、废液出水管（8）、pH计（9）、废液进口（10）、碱液罐（11）、碱液进口（12）、热水泵（13）、热交换器（14）、热水罐（15）、自来水进口（16）、温度计（17）、鸟粪磷灰石出口（18）、氯化镁溶液罐（19）、镁盐进口（20）、分流器（21）、出口（22）、多孔板（23）、磷酸进口（24）、高塔（25）、真空泵（26）、循环水冷凝管（27）、导管（28）、安全阀（29）；
废液进口（10）与碱液罐（11）出口相连，并与废液处理罐（2）侧面底部连接，pH计（9）安装在废液处理罐（2）的侧面底部，并在废液处理罐（2）添加带菌浮球（4）中，废液固体沉淀物出口（7）流出，废液处理罐（2）的侧面底部出水口连接水泵（5），水泵（5）的出水口连接喷淋器（1），废液处理罐（2）安置螺旋热水管（3），热水罐（15）底部安装热交换器（14），热水罐（15）侧面底部出口连接热水泵（13），热水泵（13）出口连接螺旋热水管（3），螺旋热水管（3）出口与热水罐（15）相连，温度计（17）安装于热水罐（15）的顶端，废液罐（2）的顶端出口连接循环水冷凝管（27），并与真空泵（26）相连，真空泵（26）出口与高塔（25）相连，管的末端安装气体分流器（21），并在高塔（25）的内部安装多层多孔板（23），磷酸液于磷酸进口（24）流入，高塔（25）的底部出口与氯化镁溶液罐（19）相连，底部设置鸟粪磷灰石出口（18），以上所有导管为耐腐蚀材料，且进出口均安装安全阀（29）。
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