CN110092535A - 沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沼液资源化利用设备技术领域，公开了一种沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器及工艺，其中一体化反应器包括罐体以及设于罐体内的沼液容纳腔，罐体内位于沼液容纳腔的上方还设有氨回收室，氨回收室用于填充酸性溶液；沼液容纳腔的底部设有曝气管，曝气管的出气孔朝向氨回收室；氨回收室包括底板、导气管和导气盖，底板的边缘固接于罐体的内壁，导气管设于底板的上表面，导气管的下端连通于沼液容纳腔；导气盖套设于导气管的外部，以形成环形的导气通道。该一体化反应器结构简单，集氨气吹脱、氨回收和生物质生产于一体，同时以高蛋白微生物及铵盐两种产品形式将氮的回收率提高到90％以上，磷的回收率达到60％以上。

Description

沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器及工艺

技术领域

本发明涉及沼液资源化利用设备技术领域，尤其涉及一种沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器及工艺。

背景技术

沼气工程具有无法替代的经济效益和环境效益。沼气工程不仅能节约煤炭、石油等不可再生能源的消耗，同时也是促进农业循环的关键纽带，在促进农业生产与优化农业生态环境方面意义重大。沼气工程所产生的沼液是一种富含养分的有机肥料，但在沼液的储存过程中会导致大量的氧化亚氮、氨气等气体的排放，同时沼液是否适合直接施用也成为了近些年来饱受争议的话题。

沼液与化肥相比肥效较低，且易造成土壤及地下水的污染问题。另外，由于沼液含水量高、管理困难、运输和推广成本较高等问题，可能会导致其作为肥料的价值变低。因此，如何合理的处理及利用沼液是未来沼气工业发展的主要障碍。实际上，利用沼液富含养分的特性，可培养高蛋白生物，如浮萍、微藻等。但是，若直接使用未处理的沼液作为代替蛋白质的来源时，只能回收一部分的氨，另一部分氨则被排放到大气中，造成营养物质的浪费。

发明内容

本发明实施例提供一种沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器及工艺，用以解决现有沼液养分利用效率低下、无法高效回收氮磷的问题。

本发明实施例提供一种沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，包括罐体以及设于所述罐体内的沼液容纳腔，所述罐体内位于所述沼液容纳腔的上方还设有氨回收室，所述氨回收室用于填充酸性溶液；所述沼液容纳腔的底部设有曝气管，所述曝气管的出气孔朝向所述氨回收室；所述氨回收室包括底板、导气管和导气盖，所述底板的边缘固接于所述罐体的内壁，所述导气管设于所述底板的上表面，所述导气管的下端连通于所述沼液容纳腔；所述导气盖套设于所述导气管的外部，以形成环形的导气通道。

其中，所述导气盖为倒扣于所述导气管上的凹形壳体，所述导气盖的内径大于所述导气管的外径；所述导气盖的开口端连接于所述底板，所述导气盖靠近所述开口端的侧壁面设有多个出气孔。

其中，所述导气盖的封闭端与所述导气管的上端间隔设置，以形成导气腔室。

其中，所述氨回收室靠近所述底板的侧壁开设有铵盐排放口。

其中，所述罐体的外壁套设有水浴加热装置，以调节所述罐体内的温度。

其中，所述沼液容纳腔的底部设有沉降物排放口，以收集生产的生物质及排放废弃沼液。

其中，所述酸性溶液包括硫酸溶液、硝酸溶液或者盐酸溶液。

其中，还包括气泵，所述曝气管的进口连接于所述气泵的出口。

其中，所述沼液容纳腔内还同轴设置有循环引料管，所述循环引料管的外径小于所述沼液容纳腔的内径；所述循环引料管的上端敞口设置，所述循环引料管的下端的侧壁面设有多个进液孔，所述曝气管设于所述循环引料管的底部内。

本发明实施例还提供一种沼液氮磷回收与生物质生产的工艺，利用了上述的一体化反应器，包括以下步骤：

将沼液注入沼液容纳腔内，将酸性溶液注入氨回收室内；

开启曝气管，沼液中的好氧异养型微生物生长，得到高蛋白微生物；

所述沼液曝气后产生的气体通过导气管和导气通道进入所述氨回收室内，所述气体中的氨气组分与所述酸性溶液发生反应，得到铵盐。

本发明实施例提供的沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器及工艺，其中一体化反应器包括罐体以及设于罐体内的沼液容纳腔，沼液容纳腔内可以注入沼液。罐体内位于沼液容纳腔的上方还设有氨回收室，沼液容纳腔的底部设有曝气管，曝气管的出气孔朝向氨回收室。氨回收室的底板的边缘固接于罐体的内壁，底板和罐体的内壁之间形成了用于填充酸性溶液的腔室；导气管设于底板的上表面，导气管的下端连通于沼液容纳腔，导气盖套设于导气管的外部，以形成环形的导气通道。一方面，沼液曝气后产生的气体经过导气管和导气通道后，再从导气盖的出气孔溢出，再与氨回收室内的酸性溶液进行充分的反应，进而可以充分回收沼液曝气后产生的气体中的氨气组分；另一方面，曝气和沼液中有机物的协同作用还构筑了一个异养培养模式，沼液中的微生物可以直接利用沼液中的营养物生长，进而获得高蛋白微生物，进一步回收沼液中的养分和降低沼液中的有机质。该一体化反应器结构简单，集氨气吹脱、氨回收和生物质生产于一体，降低了改造现有反应器的成本，同时以高蛋白微生物及铵盐两种产品形式将氮的回收率提高到90％以上，磷的回收率达到60％以上，还可以防止氨气直排造成的空气污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的一种沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器的示意图；

图2是图1中A-A向剖视图；

图3是图1中的氨回收室的局部放大图；

附图标记说明：

1：罐体； 2：沼液容纳腔； 21：沉降物排放口；

22：沼液注入口； 23：循环引料管； 24：氧气传感器；

3：氨回收室； 31：底板； 32：导气管；

321：第一氨气传感器； 33：导气盖； 34：铵盐排放口；

35：酸性溶液注入口； 36：排气口； 361：第二氨气传感器；

4：水浴加热装置； 41：热水进口； 5：曝气管；

6：空气流量计； 7：气泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”“内”“外”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。

图1是本发明实施例中的一种沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器的示意图，图2是图1中A-A向剖视图，图3是图1中的氨回收室的局部放大图，如图1-图3所示，本发明实施例提供的一种沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，包括罐体1以及设于罐体1内的沼液容纳腔2，罐体1内位于沼液容纳腔2的上方还设有氨回收室3，氨回收室3用于填充酸性溶液。

沼液容纳腔2的底部设有曝气管5，曝气管5用于为好氧微生物的生长提供充足的氧条件，同时吹脱沼液中的氨气。曝气管5的进口端通过进气管连接于外部的气泵7的出气口，同时进气管上还设有空气流量计6，以记录和调节曝气管5的曝气量。曝气管5的出口端设有多个出气孔，以形成汽泡，鼓动沼液中的氨气释放。

氨回收室3包括底板31、导气管32和导气盖33，底板31的边缘固接于罐体1的内壁，导气管32设于底板31的上表面，导气管32的下端连通于沼液容纳腔2。导气盖33套设于导气管32的外部，以形成环形的导气通道。

具体地，罐体1为圆柱形，罐体1的顶部设有排气口36，用于排出废气。罐体1的下部的内壁围设成沼液容纳腔2，用于填充沼液。沼液容纳腔2上还设有沼液注入口22，以注入沼液。

如图3所示，罐体1的上部的内壁和底板31围设成用于填充氨回收酸性溶液的腔室，即氨回收室3。氨回收室3上还设有酸性溶液注入口35，以注入酸性溶液。底板31为一开设有导气孔的圆盘，导气孔连通于沼液容纳腔2。通过底板31可以将罐体1的内部空间分为上方的氨回收室3和下方的沼液容纳腔2。

导气管32为一竖直的空心圆管，导气管32的下端连接于底板31，且与导气孔连通。导气盖33为一套设于导气管32外侧的壳体，导气盖33的内壁和导气管32的外壁之间形成环形的导气通道，导气管32的上端与导气通道相连通。沼液曝气后产生的气体可以经过导气管32和导气通道后，再从导气盖33中溢出，与氨回收室3内的酸性溶液进行充分的反应，最后从氨回收室3的顶部的排气口36排出反应器外。氨气的溢出路径经历了上升、下降、再上升的过程，实现了与酸性溶液的充分接触和反应。

本实施例提供的一种沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，包括罐体以及设于罐体内的沼液容纳腔，沼液容纳腔内可以注入沼液。罐体内位于沼液容纳腔的上方还设有氨回收室，沼液容纳腔的底部设有曝气管，曝气管的出气孔朝向氨回收室。氨回收室的底板的边缘固接于罐体的内壁，底板和罐体的内壁之间形成了用于填充酸性溶液的腔室；导气管设于底板的上表面，导气管的下端连通于沼液容纳腔，导气盖套设于导气管的外部，以形成环形的导气通道。一方面，沼液曝气后产生的气体经过导气管和导气通道后再从导气盖中溢出，再与氨回收室内的酸性溶液进行充分的反应，进而可以充分回收沼液曝气后产生的气体中的氨气组分；另一方面，曝气和沼液中有机物的协同作用还提供构筑了一个异养培养模式，沼液中的微生物可以直接利用沼液中的营养物生长，进而获得高蛋白微生物，进一步回收沼液中的氮磷养分和降低沼液中的有机质。该一体化反应器结构简单，集氨气吹脱、氨回收和生物质生产于一体，不但降低了改造现有反应器的成本，同时以高蛋白微生物及铵盐两种产品形式将氮的回收率提高到90％以上，磷的回收率达到60％以上，还可以防止氨气直排造成的空气污染。

进一步地，如图3所示，导气盖33为倒扣于导气管32上的凹形壳体，导气盖33的内径大于导气管32的外径。导气盖33的开口端连接于底板31，导气盖33靠近开口端的侧壁面设有多个出气孔。氨气可以从出气孔中溢出至酸性溶液中。

更进一步，如图3所示，导气盖33的封闭端与导气管32的上端间隔设置，以形成导气腔室。导气盖33的高度大于导气管32的高度，因而导气盖33的封闭端与导气管32的上端间隔一定距离，并形成一个导气腔室。氨气可以从导气管32的上端进入该导气腔室，再进入环形的导气通道，最后经过出气孔溢出至酸性溶液中。

进一步地，如图1和图3所示，氨回收室3靠近底板31的侧壁开设有铵盐排放口34。更进一步地，酸性溶液包括硫酸溶液、硝酸溶液或者盐酸溶液。具体地，本实施例中以酸性溶液为硫酸溶液为例来进行说明。硫酸溶液经酸性溶液注入口35注入氨回收室3中，同时保证硫酸溶液的液位高度低于导气管32的高度。沼液曝气后产生的气体经过导气管32和环形的导气通道后，从氨回收室3的底部向上溢出，氨气组分在上升的过程中与硫酸溶液充分接触并发生化学反应，形成硫酸铵，待反应至预设时间后，打开铵盐排放口34，将硫酸铵溶液排放出去，以待浓缩提纯制成铵盐制品。

进一步地，如图1和图2所示，罐体1的外壁套设有水浴加热装置4，以调节罐体1内的温度，使温度达到适宜微生物生长和沼液氨吹脱所需的的温度。水浴加热装置4采用圆柱形夹套，夹套的内壁套设于罐体1的外壁，通过热水进口41不断的将适宜温度的热水导入至夹套内，以保证水浴加热装置的温度为适宜的温度，不仅利于沼液中氨气的吹脱，还适于沼液内的好氧异养型微生物的生长转化为蛋白质，实现沼液中氮磷一定程度的去除。

进一步地，如图1所示，沼液容纳腔2的底部设有沉降物排放口21，以收集微生物及排放废弃沼液。沼液中有机营养物质较多，可为微生物生长提供一定的碳源，结合曝气措施，反应器内形成了一种好氧异养型培养环境，待气泵7停止工作一段时间后，生产的高蛋白微生物便会沉积到沼液容纳腔2的底部，此时打开沉降物排放口21，便可以收集高蛋白微生物，实现生物质生产。

进一步地，沼液容纳腔2内还同轴设置有循环引料管23，循环引料管23的外径小于沼液容纳腔2的内径。循环引料管23为一中空的圆管，循环引料管23的上端敞口设置，循环引料管23的下端的侧壁面设有多个进液孔，曝气管5设于循环引料管23的底部内。当曝气管5释放汽泡后，随着汽泡的上升，带动循环引料管23内的沼液上升，同时沼液内的氨气溢出，也会上升。当沼液上升至循环引料管23的上端开口后，汽泡破裂，随后沼液再重力作用下，从循环引料管23的外壁和罐体1的内壁之间的空隙下落，降至循环引料管23的下端时再在汽泡的带动下，从进液孔进入循环引料管23内，再次上升。因而沼液可以通过循环引料管和曝气管实现沼液的重复上下扰动循环，最大程度的将沼液中的氨气溢出。

更进一步地，沼液容纳腔2内还设有氧气传感器24，通过氧气传感器24可以监测沼液容纳腔2的氧气含量，控制曝气量，以达到微生物培养的最佳环境要求。

进一步地，导气管32的进口处设有第一氨气传感器321，排气口36的进口处设有第二氨气传感器361，通过两个氨气传感器联合监测，可以计算出氨气回收利用的情况。

本发明实施例还提供一种沼液氮磷回收与生物质生产的工艺，利用了上述的一体化反应器，包括以下步骤：

将沼液注入沼液容纳腔2内，将酸性溶液注入氨回收室3内；

开启曝气管5，吹脱沼液中的氨气，同时沼液中的好氧异养型微生物生长，得到高蛋白微生物；

氨气通过导气管32和导气通道进入氨回收室3内，与酸性溶液发生反应，得到铵盐。

进一步地，当铵盐溶液浓度达到一定浓度值后，开启铵盐排放口34，再经过离心分离提纯，得到铵盐，实现铵盐生产。

当停止气泵7工作一段时间后，生产的高蛋白微生物便会沉积到沼液容纳腔2的底部，此时打开沉降物排放口21，便可以收集高蛋白微生物，实现生物质生产。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器及工艺，其中一体化反应器包括罐体以及设于罐体内的沼液容纳腔，沼液容纳腔内可以注入沼液。罐体内位于沼液容纳腔的上方还设有氨回收室，沼液容纳腔的底部设有曝气管，曝气管的出气孔朝向氨回收室。氨回收室的底板的边缘固接于罐体的内壁，底板和罐体的内壁之间形成了用于填充酸性溶液的腔室；导气管设于底板的上表面，导气管的下端连通于沼液容纳腔，导气盖套设于导气管的外部，以形成环形的导气通道。一方面，沼液曝气后产生的气体溢出后，经过导气管和导气通道后再从导气盖中溢出，再与氨回收室内的酸性溶液进行充分的反应，进而可以充分回收沼液曝气后产生的气体中的氨气组分；另一方面，曝气和沼液中有机物的协同作用还提供构筑了一个异养培养模式，沼液中的微生物可以直接利用沼液中的营养物生长，进而获得高蛋白微生物，进一步回收沼液中的养分和降低沼液中的有机质。该一体化反应器结构简单，集氨气吹脱、氨回收和生物质生产于一体，降低了改造现有反应器的成本，同时以高蛋白微生物及铵盐两种产品形式将氮的回收率提高到90％以上，磷的回收率达到60％以上，还可以防止氨气直排造成的空气污染。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，包括罐体以及设于所述罐体内的沼液容纳腔，其特征在于，所述罐体内位于所述沼液容纳腔的上方还设有氨回收室，所述氨回收室用于填充酸性溶液；所述沼液容纳腔的底部设有曝气管，所述曝气管的出气孔朝向所述氨回收室；所述氨回收室包括底板、导气管和导气盖，所述底板的边缘固接于所述罐体的内壁，所述导气管设于所述底板的上表面，所述导气管的下端连通于所述沼液容纳腔；所述导气盖套设于所述导气管的外部，以形成环形的导气通道。

2.根据权利要求1所述的沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，其特征在于，所述导气盖为倒扣于所述导气管上的凹形壳体，所述导气盖的内径大于所述导气管的外径；所述导气盖的开口端连接于所述底板，所述导气盖靠近所述开口端的侧壁面设有多个出气孔。

3.根据权利要求2所述的沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，其特征在于，所述导气盖的封闭端与所述导气管的上端间隔设置，以形成导气腔室。

4.根据权利要求1所述的沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，其特征在于，所述氨回收室靠近所述底板的侧壁开设有铵盐排放口。

5.根据权利要求1所述的沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，其特征在于，所述罐体的外壁套设有水浴加热装置，以调节所述罐体内的温度。

6.根据权利要求1所述的沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，其特征在于，所述沼液容纳腔的底部设有沉降物排放口，以收集生产的生物质及排放废弃沼液。

7.根据权利要求1所述的沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，其特征在于，所述酸性溶液包括硫酸溶液、硝酸溶液或者盐酸溶液。

8.根据权利要求1所述的沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，其特征在于，还包括气泵，所述曝气管的进口连接于所述气泵的出口。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的沼液氮磷回收与生物质生产的一体化反应器，其特征在于，所述沼液容纳腔内还同轴设置有循环引料管，所述循环引料管的外径小于所述沼液容纳腔的内径；所述循环引料管的上端敞口设置，所述循环引料管的下端的侧壁面设有多个进液孔，所述曝气管设于所述循环引料管的底部内。

10.一种沼液氮磷回收与生物质生产的工艺，利用如权利要求1至9中任一项所述的一体化反应器，其特征在于，包括以下步骤：

将沼液注入沼液容纳腔内，将酸性溶液注入氨回收室内；

开启曝气管，沼液中的好氧异养型微生物生长，得到高蛋白微生物；

所述沼液曝气后产生的气体通过导气管和导气通道进入所述氨回收室内，所述气体中的氨气组分与所述酸性溶液发生反应，得到铵盐。