CN109734146A - 一种沼液中废水真空浓缩循环利用的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理领域，公开了一种沼液中废水真空浓缩循环利用的方法，包括以下步骤：将来自厌氧发酵罐的沼液加入提纯塔，加热提纯使液体转变为二次蒸汽，二次蒸汽进入消泡罐进行消泡后再进入缓冲罐；缓冲罐内液体返回提纯塔，气体进入沼液冷却器，沼液冷却器中冷凝下来的冷凝水进入水封池；水封池的水由输送泵输送至厌氧发酵罐作为发酵补充水循环使用。本发明将沼液在负压下提浓，整个处理过程不破坏有机质等营养物质，所得的纯沼液中有机质含量大于65％，直接用于农田，水封池中收集的冷凝水温度为50～55℃，NH4‑N、硫化物等、易挥发物质的含量＜300ppm，作为厌氧发酵罐的补充水使厌氧发酵罐温度恒定，缩短了液化和产酸的时间，提高了产气效率。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其是一种厌氧发酵沼液的处理方法。
背景技术
随着我国人民生活水平的提高，规模化畜禽养殖业迅猛发展，产生大量养殖粪污，目前国内多采用厌氧发酵工艺处理这些粪污，有效地减少了养殖场粪污的一次污染。但并不是所有经厌氧发酵工艺处理后的粪污都可以被完全利用。由于养殖场所处地区不同，可以完全消纳经处理后的废水的处理方法只能有限地应用于周边有适当的农田、鱼塘或水生植物塘的畜禽场所，以及经过生态农业的统筹系统安排的环境中。大多数的养殖场没有充足的条件和相应的能力达到这样的处理模式。因此在粪污资源化利用的同时，仍然会产生大量、集中的、次生污染物-沼液。
沼液是养殖粪便和农作物秸秆等有机废弃物在沼气池内经厌氧发酵后产生的复杂的、高浓度的有机物废水，沼液中含有氮、磷、钾、镁和钙等多种元素，活性有机成分有腐植酸、吲哚乙酸、乳酸菌、赤霉素和细胞分裂素等植物激素以及B族维生素，还含有多种氨基酸、蛋白质、水解酶以及多种无机酸和某些抗菌素等有机分子。这些成分之间互相协调作用以速效养分和生物农药的形式存在于沼液中，可直接迅速地被吸收和杀死有害病菌及虫卵而促进农作物及花卉等植物的生长，因此沼液也可以说是一种药肥。沼液的科学施用能提高土壤中有机质和营养元素的含量，改善土壤结构，提高土壤肥力；但是沼液中含有大量的固体与游离态的水，若将其直接还田利用，使得其中的固体的营养成分的价值得不到有效利用，且沼液COD、SS、NH4-N等均超过排放标准，直接还田利用将会污染环境；而且在规模化畜禽养殖业区域，沼液中营养成分浓度低，沼液供大于求，若将过量的沼液排放将造成环境污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种沼液中废水真空浓缩循环利用的方法，解决现有技术中沼液中营养成分浓度低，COD、SS、NH4-N等超标的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种厌氧发酵沼液真空浓缩装置，包括提纯塔、沼液加热器、消泡罐、缓冲罐、沼液冷却器、气液分离罐、水封池、厌氧发酵罐，所述提纯塔上部设有原料进口，所述原料进口与厌氧发酵罐连接，所述提纯塔上部与沼液加热器顶部连接、提纯塔下部与沼液加热器下部连接，所述提纯塔顶部与消泡罐底部连接；所述消泡罐顶部与缓冲罐上部连接，所述缓冲罐底部与提纯塔上部连接；所述沼液冷却器上设有冷却介质进口、冷却介质出口、气体进口、气体出口及液体出口，所述缓冲罐顶部与沼液冷却器气体进口连接，所述沼液冷却器气体出口与气液分离罐连接，所述沼液冷却器液体出口与水封池连接；所述气液分离罐底部与水封池连接，所述气液分离罐顶部与真空系统连接；所述水封池通过至少一个输送泵与厌氧发酵罐连接。
进一步的，所述沼液加热器上设有蒸汽进口和冷凝水出口，用于通蒸汽加热提纯塔。
进一步的，所述沼液冷却器用于冷凝的冷却介质为冷冻盐水或冷却水。
一种沼液中废水真空浓缩循环利用的方法，包括以下步骤：
(a)提供上述的一种沼液中废水真空浓缩循环利用的装置，将来自厌氧发酵罐的沼液加入提纯塔，采用沼液加热器对提纯塔进行加热提纯使液体转变为二次蒸汽，二次蒸汽由塔顶进入消泡罐进行消泡1～3min后再进入缓冲罐内停留1～3min；所述提纯塔、沼液加热器的压力为-0.07～-0.08MPa，所述提纯塔塔釜温度为60～65℃；
(b)缓冲罐内液体返回提纯塔，气体进入沼液冷却器，沼液冷却器中冷凝下来的冷凝水进入水封池；未被冷凝的气体进入气液分离罐气液分离后气体由真空系统抽离、冷凝水进入水封池形成液封，保持水封池内冷凝水的高度≥10m；所述消泡罐、缓冲罐、沼液冷却器、气液分离罐的压力为-0.08～-0.09MPa；所述沼液冷却器进入水封池的冷凝水的温度为50～55℃；
(c)水封池的水由输送泵输送至厌氧发酵罐作为发酵补充水循环使用。
进一步的，所述的真空系统用于给提纯塔、沼液加热器、消泡罐、缓冲罐、沼液冷却器、气液分离罐提供负压。
进一步的，所述水封池的水中NH4-N的含量＜300ppm，易挥发物质的含量＜300ppm。
本发明的有益效果是：本发明将中、高温厌氧消化产生的沼液在负压下提浓，整个处理过程不破坏有机质等营养物质，所得的纯沼液中有机质含量大于65％，直接用于农田，水封池中收集的冷凝水温度为50～55℃，NH4-N、硫化物等、易挥发物质的含量＜300ppm，作为厌氧发酵罐的补充水使厌氧发酵罐温度恒定，缩短了液化和产酸的时间，提高了产气效率；本发明比现有沼液提浓处理方式节约能耗50％以上，且整个处理过程无资源浪费、无不达标废水废气排放，减少了环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图；
图中标记为：1-提纯塔、2-沼液加热器、3-消泡罐、4-缓冲罐、5-沼液冷却器、6-气液分离罐、7-输送泵、8-厌氧发酵罐、9-水封池。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明的一种厌氧发酵沼液真空浓缩装置，包括提纯塔1、沼液加热器2、消泡罐3、缓冲罐4、沼液冷却器5、气液分离罐6、水封池9、厌氧发酵罐8，所述提纯塔1上部设有原料进口，所述原料进口与厌氧发酵罐8连接，所述提纯塔1上部与沼液加热器2顶部连接、提纯塔1下部与沼液加热器2下部连接，所述提纯塔1顶部与消泡罐3底部连接；所述消泡罐3顶部与缓冲罐4上部连接，所述缓冲罐4底部与提纯塔1上部连接；所述沼液冷却器2上设有冷却介质进口、冷却介质出口、气体进口、气体出口及液体出口，所述缓冲罐4顶部与沼液冷却器5气体进口连接，所述沼液冷却器5气体出口与气液分离罐6连接，所述沼液冷却器5液体出口与水封池9连接；所述气液分离罐6底部与水封池9连接，所述气液分离罐6顶部与真空系统连接；所述水封池9通过至少一个输送泵7与厌氧发酵罐8连接。
所述沼液加热器2上设有蒸汽进口和冷凝水出口，用于通蒸汽加热提纯塔1。所述沼液冷却器5用于冷凝的冷却介质为冷冻盐水或冷却水。
一种沼液中废水真空浓缩循环利用的方法，包括以下步骤：
(a)提供上述的一种沼液中废水真空浓缩循环利用的装置，将来自厌氧发酵罐8的沼液加入提纯塔1，采用沼液加热器2对提纯塔1进行加热提纯使液体转变为二次蒸汽，二次蒸汽由塔顶进入消泡罐3进行消泡1～3min后再进入缓冲罐4内停留1～3min；所述提纯塔1、沼液加热器2的压力为-0.07～-0.08MPa，所述提纯塔1塔釜温度为60～65℃；沼液的成分为有机质35～50％、腐殖酸10～25％、全氮0.6～1.5％、全磷0.2～0.5％、全钾0.5～1.0％，及一些微量元素；提纯塔1压力为-0.07～-0.08MPa，根据沼液中有机质等营养成分的性质，其在高于65℃时营养成分将会遭到破坏，而在高于70℃时沼液中的氮元素会明显减少，在-0.07～-0.08MPa压力下、在60～65℃的温度下既可以使沼液转变为二次蒸汽、不破坏沼液中的有机质等营养物质，又较常压操作节能60％以上；且NH4-N、硫化物等易挥发物质只有约20％能随二次蒸汽进入消泡罐3；沼液的沸点在此负压参数下比水的沸点高5～10摄氏度，因此沼液在缓冲罐内冷凝下来返回提纯塔，水被气化变为二次蒸汽，实现了沼液的提浓。
(b)缓冲罐4内液体返回提纯塔，气体进入沼液冷却器5，沼液冷却器5中冷凝下来的冷凝水进入水封池9；未被冷凝的气体进入气液分离罐6气液分离后气体由真空系统抽离、冷凝水进入水封池9形成液封，保持水封池9内冷凝水的高度≥10m；所述消泡罐3、缓冲罐4、沼液冷却器5、气液分离罐6的压力为-0.08～-0.09MPa；所述沼液冷却器5进入水封池9的冷凝水的温度为50～55℃；沼液在60～65℃的粘度为1.2～1.4cp，在提纯塔1内沼液浓缩过程中，沼液产生气泡随二次蒸汽进入消泡罐3，消泡罐3的作用为将这部分气泡消泡，使其变成气液混合态，便于进入缓冲罐4后的气液充分分离，若不进行消泡处理，气泡经缓冲罐4进入沼液冷却器5中冷凝下来，提高了水封池9中冷凝水中营养物质的含量，降低了提纯分离效果；沼液冷却器在-0.08～-0.09MPa，50～55℃的条件下二次蒸汽中的水全部冷凝下来，但是H4-N、硫化物等易挥发物质作为不凝气随真空系统排放；
由于系统的操作压力为-0.08～-0.09MPa、冷凝水的密度为1.0～1.05g/cm3、水封池9为敞开式与大气接触，按照这个工况计算，为克服大气压力，保证系统负压，同时保证冷凝液能够靠位差连续进入水封池9，水封池9选择大于等于10m的液封；
(c)水封池9的冷凝水由输送泵7输送至厌氧发酵罐8作为发酵补充水循环使用。水封池9中的冷凝水中NH4-N的含量＜300ppm，硫化物等易挥发物质的含量＜300ppm，作为沼气发酵的补充水循环使用，冷凝水的温度为50～55℃使厌氧发酵罐8的温度恒定，缩短了液化和产酸的时间，提高了厌氧发酵罐8的产气效率。
所述的真空系统用于给提纯塔1、沼液加热器2、消泡罐3、缓冲罐4、沼液冷却器5、气液分离罐6提供负压。所述真空系统可选用真空泵。
经提纯塔1提纯后的沼液经过滤器过滤除滤渣后得纯沼液。对提纯塔1塔釜进行取样分析，分析提纯后沼液的物质含量，主要以有机值的分析数据为准，其含量根据需要进行确定，取样合格后进行过滤。提浓后的纯沼液体积为原沼液体积的30～40％，且原沼液中的有机物等营养物质未被破坏，提高了作为有机肥的纯沼液中营养物质的含量；即在保证原沼液肥效的条件下使废水达标排放，节能降耗。
过滤所得滤渣送往固体有机肥生产线作为有机肥生产原料制成有机肥，进一步提高了沼液资源的高价值利用。
实施例：
如图1所示，一种厌氧发酵沼液真空浓缩装置，包括提纯塔1、沼液加热器2、消泡罐3、缓冲罐4、沼液冷却器5、气液分离罐6、水封池9、厌氧发酵罐8，所述提纯塔1上部设有原料进口，所述原料进口与厌氧发酵罐8连接，所述提纯塔1上部与沼液加热器2顶部连接、提纯塔1下部与沼液加热器2下部连接，所述提纯塔1顶部与消泡罐3底部连接；所述消泡罐4顶部与缓冲罐5上部连接，所述缓冲罐5底部与提纯塔1上部连接；所述沼液冷却器5上设有冷却介质进口、冷却介质出口、气体进口、气体出口及液体出口，所述缓冲罐4顶部与沼液冷却器5气体进口连接，所述沼液冷却器5气体出口与气液分离罐6连接，所述沼液冷却器5液体出口与水封池9连接；所述气液分离罐6底部与水封池9连接，所述气液分离罐6顶部与真空泵连接；所述水封池9通过至少一个输送泵7与厌氧发酵罐8连接。
所述沼液加热器2上设有蒸汽进口和冷凝水出口，用于通蒸汽加热提纯塔1。所述沼液冷却器5用于冷凝的冷却介质为循环水冷却水。
一种沼液中废水真空浓缩循环利用的方法，包括以下步骤：
(a)提供上述的一种沼液中废水真空浓缩循环利用的装置，将来自厌氧发酵罐8的沼液加入提纯塔1，采用沼液加热器2对提纯塔1进行加热提纯使液体转变为二次蒸汽，二次蒸汽由塔顶进入消泡罐3进行消泡1～3min后再进入缓冲罐4内停留1～3min；所述提纯塔1、沼液加热器2的压力为-0.07～-0.08MPa，所述提纯塔1塔釜温度为60～65℃；
(b)缓冲罐4内液体返回提纯塔1，气体进入沼液冷却器5，沼液冷却器5中冷凝下来的冷凝水进入水封池9；未被冷凝的气体进入气液分离罐6气液分离后气体由真空泵抽离、冷凝水进入水封池9形成液封，保持水封池9内冷凝水的高度≥10m；所述消泡罐3、缓冲罐4、沼液冷却器5、气液分离罐6的压力为-0.08～-0.09MPa；所述沼液冷却器进入水封池的冷凝水的温度为50～55℃；
(c)水封池9的水由输送泵7输送至厌氧发酵罐8作为发酵补充水循环使用。
经提纯塔1提纯后的沼液由输送至袋式过滤器过滤除滤渣后得纯沼液，作为有机肥施用于农田。其中滤渣送往固体有机肥生产线作为有机肥生产原料。
Claims (6)
1.一种沼液中废水真空浓缩循环利用的装置，其特征在于：包括提纯塔、沼液加热器、消泡罐、缓冲罐、沼液冷却器、气液分离罐、水封池、厌氧发酵罐，所述提纯塔上部设有原料进口，所述原料进口与厌氧发酵罐连接，所述提纯塔上部与沼液加热器顶部连接、提纯塔下部与沼液加热器下部连接，所述提纯塔顶部与消泡罐底部连接；所述消泡罐顶部与缓冲罐上部连接，所述缓冲罐底部与提纯塔上部连接；所述沼液冷却器上设有冷却介质进口、冷却介质出口、气体进口、气体出口及液体出口，所述缓冲罐顶部与沼液冷却器气体进口连接，所述沼液冷却器气体出口与气液分离罐连接，所述沼液冷却器液体出口与水封池连接；所述气液分离罐底部与水封池连接，所述气液分离罐顶部与真空系统连接；所述水封池通过至少一个输送泵与厌氧发酵罐连接。
2.根据权利要求1所述的一种沼液中废水真空浓缩循环利用的装置，其特征在于：所述沼液加热器上设有蒸汽进口和冷凝水出口，用于通蒸汽加热提纯塔。
3.根据权利要求1所述的一种沼液中废水真空浓缩循环利用的装置，其特征在于：所述沼液冷却器用于冷凝的冷却介质为冷冻盐水或冷却水。
4.一种沼液中废水真空浓缩循环利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)提供如权利要求1-3任一项所述的一种沼液中废水真空浓缩循环利用的装置，将来自厌氧发酵罐的沼液加入提纯塔，采用沼液加热器对提纯塔进行加热提纯使液体转变为二次蒸汽，二次蒸汽由塔顶进入消泡罐进行消泡1～3min后再进入缓冲罐内停留1～3min；所述提纯塔、沼液加热器的压力为-0.07～-0.08MPa，所述提纯塔塔釜温度为60～65℃；
(b)缓冲罐内液体返回提纯塔，气体进入沼液冷却器，沼液冷却器中冷凝下来的冷凝水进入水封池；未被冷凝的气体进入气液分离罐气液分离后气体由真空系统抽离、冷凝水进入水封池形成液封，保持水封池内冷凝水的高度≥10m；所述消泡罐、缓冲罐、沼液冷却器、气液分离罐的压力为-0.08～-0.09MPa；所述沼液冷却器进入水封池的冷凝水的温度为50～55℃；
(c)水封池的水由输送泵输送至厌氧发酵罐作为发酵补充水循环使用。
5.根据权利要求4所述的一种沼液中废水真空浓缩循环利用的方法，其特征在于：所述的真空系统用于给提纯塔、沼液加热器、消泡罐、缓冲罐、沼液冷却器、气液分离罐提供负压。
6.根据权利要求4所述的一种沼液中废水真空浓缩循环利用的方法，其特征在于：所述水封池的水中NH4-N的含量＜300ppm，易挥发物质的含量＜300ppm。
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