CN109734231A - 一种沼液真空浓缩除氨氮的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理领域，公开了一种沼液真空浓缩除氨氮的方法，具体包括以下步骤：将来自厌氧发酵罐的沼液加入提纯塔，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后再进入缓冲罐；(b)缓冲罐内液体返回提纯塔，气体进入膜分离器，对二次蒸汽中的氨氮进行分离后进入沼液冷却器，沼液冷却器中冷凝下来的冷凝水返回厌氧发酵罐循环使用。本发明将沼液在‑0.06～‑0.07MPa的压力下提浓，冷凝下来的冷凝水氨氮含量＜5mg/L，可直接回用于厌氧发酵且不影响产气效果；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。

Description

一种沼液真空浓缩除氨氮的方法及装置

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，且浪费水资源；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，沼液中氨氮含量＞500mg/L，超出排放标准，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真空浓缩除氨氮的方法及装置，解决现有技术中沼液中营养成分浓度低，过量沼液排放造成环境污染及水资源浪费的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种沼液真空浓缩除氨氮的装置，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、膜分离器、真空系统、过滤器，所述提纯塔上部设有原料进口，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；

所述膜分离器上设有物料进口、氨氮出口、气体出口，所述所述缓冲罐顶部与膜分离器物料进口连接，所述膜分离器氨氮出口与真空系统连接，所述膜分离器气体出口与沼液冷却器气体进口连接，所述膜分离器上还设有用于保持膜分离器温度的换热介质进口及换热介质出口；

所述沼液冷却器气体出口与气液分离罐连接，所述气液分离罐顶部与真空系统连接，所述所述沼液冷却器液体出口与气液分离罐底部连通，所述沼液加热器底部通过至少一个输送泵与过滤器连接。

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。

一种沼液真空浓缩除氨氮的方法，包括以下步骤：

(a)提供如上所述的一种厌氧发酵沼液真空浓缩除氨氮的装置，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15～20s后再进入缓冲罐内停留20～25s；所述提纯塔的压力为-0.06～-0.07MPa，所述提纯塔塔釜温度为65～70℃；

(b)缓冲罐内液体返回提纯塔，气体进入膜分离器，对二次蒸汽中的氨氮进行分离后进入沼液冷却器，沼液冷却器中冷凝下来的冷凝水返回厌氧发酵罐循环使用；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、冷凝水随沼液冷却器中冷凝下来的冷凝水返回厌氧发酵罐；膜分离器中富集的氨氮由真空系统抽离；所述膜分离器膜内侧压力为-0.08～-0.09MPa，膜分离器的膜外侧压力为-0.07～-0.08MPa，所述膜分离器的温度为60～65℃。

进一步的，经提纯塔提纯后的沼液由输送泵输送至过滤器过滤除滤渣后得纯沼液。

进一步的，所得的纯沼液作为有机肥施用。

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、膜分离器、气液分离罐提供负压。真空系统可选用真空泵。

进一步的，所述膜分离器选用中空纤维式，膜分离器的膜选用聚酰亚胺膜、聚偏氟乙烯膜、磺化聚醚砜膜、醋酸纤维素膜中的一种或几种。

进一步的，所述膜分离器的膜内外侧压差≥0.01MPa。

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-0.06～-0.07MPa的压力下提浓，整个处理过程不破坏有机质等营养物质，随沼液冷却器中冷凝下来的冷凝水氨氮含量＜5mg/L，可直接回用于厌氧发酵且不影响产气效果；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-膜分离器、8-真空泵、9-厌氧发酵罐。

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，一种沼液真空浓缩除氨氮的装置，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、膜分离器7、真空泵8、过滤器，所述提纯塔1上部设有原料进口，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；所述沼液加热器底部通过至少一个输送泵与过滤器连接。

所述膜分离器7上设有物料进口、氨氮出口、气体出口，所述所述缓冲罐4顶部与膜分离器7物料进口连接，所述膜分离器7氨氮出口与真空泵8连接，所述膜分离器7气体出口与沼液冷却器5气体进口连接，所述膜分离器7上还设有用于保持膜分离器7温度的换热介质进口及换热介质出口；所述的换热介质可选用热水或蒸汽。

所述沼液冷却器5气体出口与气液分离罐6连接，所述气液分离罐6顶部与真空泵8连接，所述所述沼液冷却器5液体出口与气液分离罐6底部连通。

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。所述沼液冷却器用于冷凝的冷却介质为冷冻盐水或循环水冷却水。

一种沼液真空浓缩除氨氮的方法，包括以下步骤：

(a)提供如上所述的一种沼液真空浓缩除氨氮的装置，将来自厌氧发酵罐9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15～20s后再进入缓冲罐4内停留20～25s；所述提纯塔1的压力为-0.06～-0.07MPa，所述提纯塔1塔釜温度为65～70℃；经提纯塔1提纯后的沼液由输送泵输送至过滤器过滤除滤渣后得纯沼液，所得的纯沼液作为有机肥施用。所述提纯塔1塔釜温度为65～70℃，控制提纯塔1液位为1/3～2/3；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的压力为-0.06～-0.07MPa，根据沼液中有机质等营养成分的性质，其在高于70℃时沼液中的氮元素会明显减少，在-0.06～-0.07MPa压力下、在65～70℃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；

(b)缓冲罐4内液体返回提纯塔1，气体进入膜分离器7，对二次蒸汽中的氨氮进行分离后进入沼液冷却器5，沼液冷却器5中冷凝下来的冷凝水返回厌氧发酵罐9循环使用；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8抽离、冷凝水随沼液冷却器5中冷凝下来的冷凝水返回厌氧发酵罐9；膜分离器7中富集的氨氮由真空泵8抽离；所述膜分离器7膜内侧压力为-0.08～-0.09MPa，膜分离器7的膜外侧压力为-0.07～-0.08MPa，所述膜分离器7的温度为60～65℃。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，进入厌氧发酵罐，降低了提纯分离效果且影响发酵产气效果；所述膜分离器7的膜内外侧压差≥0.01MPa，在此压差和温度下，可保证百分之九十以上的氨氮透过膜由真空泵排放，且在此-0.07～-0.08MPa压力、60～65℃的温度下保证进入膜的只有气体，没有液体，提高膜分离效果。

选用真空泵给提纯塔1、沼液加热器2、消泡罐3、缓冲罐4、沼液冷却器5、膜分离器7、气液分离罐6提供负压。

所述膜分离器7选用中空纤维式，膜分离器的膜选用聚酰亚胺膜、聚偏氟乙烯膜、磺化聚醚砜膜、醋酸纤维素膜中的一种或几种。

经提纯塔1提纯后的沼液由输送泵输送至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，取样合格后由输送泵输送至过滤器过滤。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循环使用，节能降耗。

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，一种沼液真空浓缩除氨氮的装置，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、膜分离器7、真空泵8、过滤器，所述提纯塔1上部设有原料进口，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；所述膜分离器7上设有物料进口、氨氮出口、气体出口，所述所述缓冲罐4顶部与膜分离器7物料进口连接，所述膜分离器7氨氮出口与真空泵8连接，所述膜分离器7气体出口与沼液冷却器5气体进口连接，所述膜分离器7上还设有用于保持膜分离器7温度的换热介质进口及换热介质出口；所述的换热介质可选用蒸汽。所述沼液冷却器5气体出口与气液分离罐6连接，所述气液分离罐6顶部与真空泵8连接，所述所述沼液冷却器5液体出口与气液分离罐6底部连通。所述沼液加热器底部通过两个个输送泵与过滤器连接。

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。所述沼液冷却器用于冷凝的冷却介质为冷冻盐水。

一种沼液真空浓缩除氨氮的方法，包括以下步骤：

(a)提供如上所述的一种厌氧发酵沼液真空浓缩除氨氮的装置，将来自厌氧发酵罐9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15～20s后再进入缓冲罐4内停留20～25s；所述提纯塔1的压力为-0.06～-0.07MPa，所述提纯塔1塔釜温度为65～70℃；经提纯塔1提纯后的沼液由输送泵输送至过滤器过滤除滤渣后得纯沼液，所得的纯沼液作为有机肥施用。

(b)缓冲罐4内液体返回提纯塔1，气体进入膜分离器7，对二次蒸汽中的氨氮进行分离后进入沼液冷却器5，沼液冷却器5中冷凝下来的冷凝水返回厌氧发酵罐9循环使用；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8抽离、冷凝水随沼液冷却器5中冷凝下来的冷凝水返回厌氧发酵罐9；膜分离器7中富集的氨氮由真空泵8抽离；所述膜分离器7膜内侧压力为-0.08～-0.09MPa，膜分离器7的膜外侧压力为-0.07～-0.08MPa，所述膜分离器7的温度为60～65℃。

选用真空泵给提纯塔1、沼液加热器2、消泡罐3、缓冲罐4、沼液冷却器5、膜分离器7、气液分离罐6提供负压。

所述膜分离器7选用中空纤维式，膜分离器的膜选用聚酰亚胺膜。

经提纯塔1提纯后的沼液由输送泵输送至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，取样合格后由输送泵输送至过滤器过滤。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循环使用，节能降耗。

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。

Claims (9)

1.一种沼液真空浓缩除氨氮的装置，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、膜分离器、真空系统、过滤器，所述提纯塔上部设有原料进口，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；

所述膜分离器上设有物料进口、氨氮出口、气体出口，所述所述缓冲罐顶部与膜分离器物料进口连接，所述膜分离器氨氮出口与真空系统连接，所述膜分离器气体出口与沼液冷却器气体进口连接，所述膜分离器上还设有用于保持膜分离器温度的换热介质进口及换热介质出口；

所述沼液冷却器气体出口与气液分离罐连接，所述气液分离罐顶部与真空系统连接，所述所述沼液冷却器液体出口与气液分离罐底部连通；所述沼液加热器底部通过至少一个输送泵与过滤器连接。

2.根据权利要求1所述的一种沼液真空浓缩装置，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所述的一种沼液真空浓缩装置，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。

4.一种沼液真空浓缩除氨氮的方法，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真空浓缩除氨氮的装置，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15～20s后再进入缓冲罐内停留20～25s；所述提纯塔的压力为-0.06～-0.07MPa，所述提纯塔塔釜温度为65～70℃；

(b)缓冲罐内液体返回提纯塔，气体进入膜分离器，对二次蒸汽中的氨氮进行分离后进入沼液冷却器，沼液冷却器中冷凝下来的冷凝水返回厌氧发酵罐循环使用；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、冷凝水随沼液冷却器中冷凝下来的冷凝水返回厌氧发酵罐；膜分离器中富集的氨氮由真空系统抽离；所述膜分离器膜内侧压力为-0.08～-0.09MPa，膜分离器的膜外侧压力为-0.07～-0.08MPa，所述膜分离器的温度为60～65℃。

5.根据权利要求4所述的一种沼液真空浓缩除氨氮的方法，其特征在于，经提纯塔提纯后的沼液由输送泵输送至过滤器过滤除滤渣后得纯沼液。

6.根据权利要求5所述的一种沼液真空浓缩除氨氮的方法，其特征在于：所得的纯沼液作为有机肥施用。

7.根据权利要求4所述的一种沼液真空浓缩除氨氮的方法，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、膜分离器、气液分离罐提供负压。

8.根据权利要求4所述的一种沼液真空浓缩除氨氮的方法，其特征在于，所述膜分离器选用中空纤维式，膜分离器的膜选用聚酰亚胺膜、聚偏氟乙烯膜、磺化聚醚砜膜、醋酸纤维素膜中的一种或几种。

9.根据权利要求4所述的一种沼液真空浓缩除氨氮的方法，其特征在于，所述膜分离器的膜内外侧压差≥0.01MPa。