CN113371770A - 一种养殖场废水处理及资源化利用的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，包括沼气发生系统、沼气燃烧系统、喷淋蒸发系统及畜禽棚舍环境调节系统；在喷淋蒸发塔出口管道上增设了沼液预热器，既回收了烟气中的余热，又把烟气中的水分冷凝了下来，在实现液体零排放的同时还节约了水资源；沼气发酵罐采用热烟气伴热和蒸发塔浓液回流，且热烟气从沼气发酵罐的底部四周进入伴热空腔，罐体温度更均匀，沼气发酵罐可以保持在一个稳定均匀的较高温度下，有利于提高沼气的产量；沼气燃烧所需的助燃空气来源于畜禽棚舍，既减少了臭气向外扩散又更新了畜禽棚舍的空气，改善了畜禽的生活环境。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种养殖场废水处理及资源化利用的系统。
背景技术
畜禽养殖专业化与规模化集中饲养方式，有利于提高饲养技术、防疫能力和管理水平，与传统散户饲养相比，规模化饲养可大大提高生产效率、降低生产成本、增加经济效益。但畜禽规模化饲养也造成粪尿过度集中和冲洗水大量增加，给生态环境带来极大压力。据国家环境保护总局对全国23个省(区)、市规模化畜禽养殖业污染状况调查表明，畜禽粪便产生量为工业固体废弃物产生量的2.4倍，畜禽粪便化学需氧量(COD)远远超过我国工业废水和生活污水化学需氧量排放量之和。许多地区畜禽养殖带来的污染已经或正在成为当地环境主要污染源。
养殖场废水具有非常高的BOD5、CODcr、NH4 +-N、TP、SS和色度等，并含有大量的细菌，污染物可生化性一般，排放时间集中，水质水量变化大，一般的废水处理设备难以迅速处理大批量的养殖废水，本发明旨在提出一种有效的能适应水质水量波动大、污染物负荷高等特点、可快速处理大批量废水实现资源化利用的系统及方法。
虽然也有人对养殖场废水处理的研究，譬如专利CN202011071830.5公开了一种沼气风屏养殖废水处理系统及装置，其采用的技术方案为：先将养殖场沉砂池内的粪污进入双层发酵池下层进行多级厌氧发酵产生沼气；沼气进入气柜备用，过滤后沼液进入发酵池上层进行多级好氧发酵和过滤；氧化液进入沉清池，沉清液进入温水器被自产部分沼气加热，沼气燃烧烟气进入风屏下部，沿风屏上升，进行热风蒸发；温水器内被加热的温水一部分进入蒸发器上部，润湿风屏进行蒸发处理，风屏淌下的水滴经过滤层进入回水池，回流到温水器；另一部分注入发酵池，实现升温高效发酵。其优点是蒸发工艺的热源来自于自产沼气燃烧产生的热量，其中一部分热量被用于提高沼气池的温度以增加沼气的产量，可基本上实现废水零排放。
其缺点一是由于采用多级好氧发酵势必会大大增加曝气系统的成本，二是采用敞开式风屏蒸发器，大部分水以水蒸汽的形式排放到大气中，浪费了大量的水资源，未实现水资源的回收利用，三是存在水蒸汽直接夹带PM2.5等细小颗粒物进入大气中污染周边大气环境的风险。
发明内容
针对以上问题，本发明旨在提出一种养殖场废水处理及资源化利用的系统及方法，在处理养殖场废水的同时实现资源化利用。本发明通过下述技术方案得以解决：
一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，主要包括沼气发生系统、沼气燃烧系统、喷淋蒸发系统及畜禽棚舍环境调节系统；所述沼气发生系统主要包括沼气发酵罐、沼气储存柜、沼液池、砂滤盒及伴热装置；畜禽棚舍内的养殖场畜禽粪污水通过管道导入沼气发酵罐，所述的沼气发酵罐底部设置有砂滤盒，沼气发酵罐的侧壁设置有伴热装置，所述的沼气发酵罐顶部设有与沼气储存柜相连的管道。
养殖场畜禽粪污水进入所述沼气发酵罐里进行厌氧发酵，将有机物分解并产生沼气，发酵产生的沼气储存在所述沼气储存柜，沼渣定期外排用于制作复合有机肥，沼液经过沉积在所述沼气发酵罐底的层层沼渣的初步渗滤后再经过设置于底部的所述砂滤盒过滤，最终从底部滤出进入所述沼液池，所述沼气发酵罐的罐体敷设有所述伴热装置，用于提高沼气发酵罐的温度，从而增加沼气的产量。
所述沼气燃烧系统主要包括燃烧室、燃气燃烧器、沼气风机、助燃风机及冷却夹套；所述的沼气储存柜通过管道与沼气风机相连，助燃风机通过抽气管路连接到畜禽棚舍内；所述的沼气风机和助燃风机均连接至燃气燃烧器；所述的燃气燃烧器的外部设置有冷却夹套；所述的冷却夹套通过管道与所述的伴热装置连接；所述的冷却夹套通过管道与所述的畜禽棚舍环境调节系统连接。
储存在所述沼气储存柜的沼气通过所述沼气风机与从畜禽棚舍抽吸过来的空气在所述燃气燃烧器进行预混，然后进入所述燃烧室进行燃烧，燃烧产生的热烟气进入所述喷淋蒸发系统，所述燃烧室壳体采用双层夹套式设计，空腔中通入所述喷淋蒸发系统出来的经过冷却的烟气，达到冷却所述燃烧室壳体防止人员烫伤的作用，冷却烟气吸收所述燃烧室热量升温后进入所述畜禽棚舍环境调节系统。
所述喷淋蒸发系统主要包括喷淋蒸发塔、沼液循环泵、布水系统及沼液预热器；所述的燃气燃烧器通过管道直接与喷淋蒸发塔连接；所述的沼气储存柜通过管道经过沼液循环泵与沼液预热器；所述的沼液预热器通过管道与燃气燃烧器的冷却夹套相连通；所述的沼液预热器还通过管道与喷淋蒸发塔下部相导通；所述的燃气燃烧器的出口端通过管道与喷淋蒸发塔连接。
所述的布水系统通过沼液循环泵经管道将喷淋蒸发塔底部的沼液喷洒在喷淋蒸发塔内，从而对燃气燃烧器产生的烟气进行热交换；所述的喷淋蒸发塔顶部设置有高效除雾器；来自所述沼气燃烧系统的热烟气与来自所述沼液池的沼液在所述喷淋蒸发塔直接接触换热，热烟气释放出热量被沼液吸收，沼液吸收热量后温度升高而被蒸发，并随烟气一起从塔顶排出，然后进入所述沼液预热器进行间壁式换热，烟气走管壳侧，沼液走管程侧，烟气中的热量被管程侧的沼液吸收，烟气中的水分被冷凝下来并回用于养殖场，烟气进入所述沼气燃烧系统的所述冷却夹套中。
所述畜禽棚舍环境调节系统主要包括空调系统、太阳能电池板、蓄电装置、照明灯、抽气管路；所述的照明灯通过电线悬挂在畜禽棚舍的天花板上，抽气管路通过管路连接至助燃风机；所述的太阳能电池板设置在畜禽棚舍的顶部，为照明灯提供电力供应。
所述沼液预热器的烟气进入所述冷却夹套被加热后一部分用于所述沼气发酵罐的伴热装置，另一部分进入所述空调系统为畜禽棚舍进行供热或制冷，用于调节畜禽棚舍的环境温度，使畜禽棚舍内的温度维持在一个比较适宜的水平，从而有利于畜禽的生长以及减少畜禽因环境温度变化而患病的概率，所述助燃风机通过所述抽气管路将畜禽棚舍内的一部分空气抽到所述沼气燃烧系统，使畜禽棚舍内的空气更好的流动并得到更新，同时还减少了畜禽棚舍内的臭气向外扩散，畜禽棚舍的顶棚上安装有所述太阳能电池板，利用太阳光产生电能，所产生的电储存在蓄电池中，蓄电池中的电一部分用于整个系统的设备用电，另一部分用于畜禽棚舍的照明。
进一步地，所述沼气发酵罐的伴热装置是通过发酵罐体采用中空双层夹套式设计，烟气在所述燃烧室冷却夹套被加热后，其中一部分热烟气分四路分别从所述沼气发酵罐空腔的下端四周进入，各部分热烟气在空腔内对冲完全混合，使整个空腔的温度更均匀，防止罐体局部过热或过冷，从而保证沼气池的料液温度更均匀、更稳定，改善产甲烷细菌的生存环境，提高沼气的产量。
进一步地，所述沼气燃烧系统的燃烧室采用中空双层夹套式设计，所述燃烧室的内壁板与外壁板之间形成了空腔，空腔内设置了横向导流板和纵向导流板，使冷却烟气呈螺旋前进的方式通过整个冷却夹套，增加传热时间，避免燃烧室温度过高。
进一步地，沼液经过所述喷淋蒸发系统后产生的浓液回流到所述沼气发酵罐，一方面可以提高所述沼气发酵罐内部料液的温度，提高沼气产量；另一方面实现了整个废水处理系统的零液体排放。
进一步地，所述沼液预热器采用的是翅片管换热器，由于气液换热，传热热阻主要在气侧，故管外为螺旋翅片，增大热烟气侧的传热效率。
进一步地，所述沼液预热器作为预热器回收烟气中余热的装置，同时也起到了烟气冷凝收水的作用，将烟气中的水蒸汽冷凝下来并作为养殖场回用水，既避免了液体外排又节约了水资源。
进一步地，所述喷淋蒸发塔的底部为沼液储存池，沼液储存池的沼液经所述沼液循环泵提升后，通过布置在所述喷淋蒸发塔顶部的所述布水系统喷淋而下，与热烟气直接接触换热而被蒸发。
进一步地，所述布水系统采用多层布置，喷嘴呈阵列式布置，保证雾化液滴布满整个塔界面，增大热烟气与沼液雾化液滴的接触面积，使热烟气充分放热，将沼液雾化液滴蒸发。
进一步地，在所述喷淋蒸发塔的顶部出口处布置高效除雾器，将未蒸发完全的沼液雾化液滴截留并流回到沼液储存池，防止液滴被烟气夹带而影响后续冷凝水水质。
进一步地，通过调节喷淋沼液水量大小，使沼液和塔顶出口烟气的温度维持在70～80℃，以将大部分的细菌病毒杀死，降低后续利用时畜禽被回用水中细菌病毒感染患病的风险。
进一步地，所述沼气燃烧系统的助燃空气来源于畜禽棚舍，通过抽气管路在所述助燃风机的抽吸下，将畜禽棚舍内的空气抽吸到所述沼气燃烧系统的燃烧室作为助燃空气；
进一步地，所述抽气管路布置于畜禽棚舍的四周墙壁上，每根所述抽气管路上面向畜禽棚舍中央间隔一定距离开孔。
进一步地，烟气在所述燃烧室的冷却夹套中被加热后进入所述畜禽棚舍环境调节系统的所述空调系统中，所述空调系统采用的是吸收式制冷机组，当环境温度较高时用于制冷，当环境温度较低时通过布置于畜禽棚舍内的散热片用于供暖。
相比于传统的养殖场废水处理方法，本发明具有如下特点及优点：
1.本发明沼液采用多层阵列布置的喷嘴进行雾化，液滴小而密，与热烟气接触面积大，与热烟气直接接触换热，传热效率高，烟气阻力小，可节省设备占地空间，且系统设备简单可节省设备成本。
2.本发明通过调节喷淋蒸发塔内的液气比，使塔内的温度维持在70～80℃，达到杀死大部分细菌病毒的效果，从而不影响后续回收利用。
3.本发明在喷淋蒸发塔出口管道上增设了沼液预热器，既回收了烟气中的余热，又把烟气中的水分冷凝了下来，在实现液体零排放的同时还节约了水资源。
4.本发明沼气燃烧室采用低温烟气冷却的方式，在降低燃烧室壁面温度的同时，又回收了一部分热量，且将此部分热量用于为畜禽棚舍制冷供暖，有利于畜禽的生长以及减少畜禽因环境温度变化而患病的概率。
5.本发明沼气发酵罐采用热烟气伴热和蒸发塔浓液回流，且热烟气从沼气发酵罐的底部四周进入伴热空腔，罐体温度更均匀，沼气发酵罐可以保持在一个稳定均匀的较高温度下，有利于提高沼气的产量。
6.本发明畜禽棚舍顶上安装有太阳能电池板，所发电量可用于设备电耗和照明电耗，节约电耗成本。
7.本发明沼气燃烧所需的助燃空气来源于畜禽棚舍，既减少了臭气向外扩散又更新了畜禽棚舍的空气，改善了畜禽的生活环境。
附图说明
图1为畜禽棚舍内的抽气管路布置图；
图2为沼气发酵罐伴热装置进口示意图；
图3为养殖场废水处理及资源化利用系统的流程图；
图中：1.畜禽棚舍；101.太阳能电池板；102.照明灯；103.空调系统；104.设备间；105.抽气管路；2.沼气发酵罐；201.伴热装置；202.砂滤盒；203.沼液池；204.沼气储存柜；3.沼液泵；4.沼液预热器；5.喷淋蒸发塔；501.沼液循环泵；502.布水系统；503.高效除雾器；6.燃烧室；601.燃气燃烧器；602.助燃风机；603.沼气风机；604.冷却夹套。
具体实施例
如图1-3所示，畜禽粪污水从畜禽棚舍(1)通过管道排放到沼气发酵罐(2)中，在厌氧的环境下进行厌氧发酵，产生的沼气从沼气发酵罐(2)的顶部通过管道收集到沼气储存柜(204)，沼液经过设置于沼气发酵罐(2)底部的砂滤盒(202)过滤后进入沼液池(203)，沼液泵(3)将沼液池(203)中的沼液送入沼液预热器(4)进行预热，沼液走管内侧，热烟气走管外侧，沼液吸收热量而温度升高，沼液被沼液预热器(4)加热后进入喷淋蒸发塔(5)底部的沼液储存池；沼气储存柜(204)中的沼气通过沼气风机送入燃气燃烧器(601)，助燃风机(602)将畜禽棚舍内的空气抽入燃气燃烧器(601)，沼气和空气在燃气燃烧器(601)中进行预混，预混后喷入燃烧室(6)进行燃烧，燃烧产生的热烟气从燃烧室(6)尾部排出，然后通过燃烧室(6)和喷淋蒸发塔(5)的连接管道从底部进入喷淋蒸发塔(5)；沼液循环泵(501)将沼液从沼液储存池泵送到喷淋蒸发塔(5)顶部的布水系统(502)，沼液通过布水系统(502)的喷嘴雾化成细小液滴而向下喷淋，与喷淋蒸发塔(5)内自下而上的热烟气形成对流流动，细小液滴与热烟气直接接触换热，热烟气放出热量，液滴吸收热量而被蒸发，烟气放出热量后进入喷淋蒸发塔(5)顶部出口处的高效除雾器(503)，烟气中夹带的液滴被高效除雾器(503)截留而落回到沼液储存池中，喷淋蒸发塔(5)蒸发后的浓液回流到沼气发酵罐(2)，可提高沼气发酵罐(2)中的内部温度，提高沼气产量，也实现了养殖场零废液排放，被除雾后的烟气从塔顶出口烟道排出，然后进入沼液预热器(4)与沼液进行换热，烟气侧放出热量而温度降低，同时烟气中的水蒸汽冷凝而析出水分，冷凝水回用到养殖场，冷烟气进入燃烧室(6)的冷却夹套(604)中对燃烧室(6)外壁进行冷却，烟气被加热后一部分热烟气用于沼气发酵罐(2)的伴热装置(201)，烟气从伴热装置(201)的底部四个方向进入，烟气在伴热装置(201)中充分混合处于湍流状态，使整个伴热装置(201)的温度均匀无死区；另一部分热烟气进入空调系统(103)为畜禽棚舍进行供热或制冷，当气温较高时利用吸收式制冷机制冷，降低畜禽棚舍的温度，当气温较低时将热烟气通入置于畜禽棚舍的散热片内，为畜禽棚舍供暖，使畜禽棚舍内的温度维持在一个比较适宜的水平，从而有利于畜禽的生长以及减少畜禽因环境温度变化而患病的概率；助燃风机(602)通过抽气管路(105)将畜禽棚舍内的一部分空气抽到沼气燃烧系统，使畜禽棚舍内的空气更好的流动并得到更新，同时还减少了畜禽棚舍内的臭气向外扩散，畜禽棚舍的顶棚上安装有太阳能电池板(101)，利用太阳光产生电能，所产生的电储存在蓄电池中，蓄电池中的电一部分用于整个系统的设备间(104)，另一部分用于畜禽棚舍的照明灯(102)。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，其特征在于：主要包括沼气发生系统、沼气燃烧系统、喷淋蒸发系统及畜禽棚舍环境调节系统；所述沼气发生系统主要包括沼气发酵罐、沼气储存柜、沼液池、砂滤盒及伴热装置；畜禽棚舍内的养殖场畜禽粪污水通过管道导入沼气发酵罐，所述的沼气发酵罐底部设置有砂滤盒，沼气发酵罐的侧壁设置有伴热装置，所述的沼气发酵罐顶部设有与沼气储存柜相连的管道。
2.根据权利要求1所述的一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，其特征在于：所述沼气燃烧系统主要包括燃烧室、燃气燃烧器、沼气风机、助燃风机及冷却夹套；所述的沼气储存柜通过管道与沼气风机相连，助燃风机通过抽气管路连接到畜禽棚舍内；所述的沼气风机和助燃风机均连接至燃气燃烧器；所述的燃气燃烧器的外部设置有冷却夹套；所述的冷却夹套通过管道与所述的伴热装置连接；所述的冷却夹套通过管道与所述的畜禽棚舍环境调节系统连接。
3.根据权利要求2所述的一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，其特征在于：所述喷淋蒸发系统主要包括喷淋蒸发塔、沼液循环泵、布水系统及沼液预热器；所述的燃气燃烧器通过管道直接与喷淋蒸发塔连接；所述的沼气储存柜通过管道经过沼液循环泵与沼液预热器；所述的沼液预热器通过管道与燃气燃烧器的冷却夹套相连通；所述的沼液预热器还通过管道与喷淋蒸发塔下部相导通；所述的燃气燃烧器的出口端通过管道与喷淋蒸发塔连接。
4.根据权利要求3所述的一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，其特征在于：所述的布水系统通过沼液循环泵经管道将喷淋蒸发塔底部的沼液喷洒在喷淋蒸发塔内，从而对燃气燃烧器产生的烟气进行热交换；所述的喷淋蒸发塔顶部设置有高效除雾器，将未蒸发完全的沼液雾化液滴截留并流回到沼液储存池；所述高效除雾器产生的冷凝水通过管道连接到沼液预热器，对沼液进行预热。
5.根据权利要求1所述的一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，其特征在于：所述畜禽棚舍环境调节系统主要包括空调系统、太阳能电池板、蓄电装置、照明灯、抽气管路；所述的照明灯通过电线悬挂在畜禽棚舍的天花板上，抽气管路通过管路连接至助燃风机；所述的太阳能电池板设置在畜禽棚舍的顶部，为照明灯提供电力供应。
6.根据权利要求3所述的一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，其特征在于：所述沼液预热器的烟气进入所述冷却夹套被加热后一部分用于沼气发酵罐的伴热装置，另一部分进入所述环境调节系统为畜禽棚舍进行供热或制冷，用于调节畜禽棚舍的环境温度。
7.根据权利要求1所述的一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，其特征在于：所述沼气发酵罐的伴热装置是通过发酵罐体采用中空双层夹套式设计，烟气在所述燃烧室冷却夹套被加热后，其中一部分热烟气分四路分别从所述沼气发酵罐空腔的下端四周进入，各部分热烟气在空腔内对冲完全混合。
8.根据权利要求1所述的一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，其特征在于：所述沼气燃烧系统的燃烧室采用中空双层夹套式设计，所述燃烧室的内壁板与外壁板之间形成了空腔，空腔内设置了横向导流板和纵向导流板，使冷却烟气呈螺旋前进的方式通过整个冷却夹套。
9.根据权利要求3所述的一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，其特征在于：所述沼液预热器采用的是翅片管换热器，且管外为螺旋翅片。
10.根据权利要求3所述的一种养殖场废水处理及资源化利用的系统，其特征在于：所述布水系统采用多层布置，喷嘴呈阵列式布置；且所述喷嘴的喷淋量可调。
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