CN217191548U

CN217191548U - 一种沼渣分质利用的设备

Info

Publication number: CN217191548U
Application number: CN202220158965.3U
Authority: CN
Inventors: 余广炜; 王玉
Original assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Current assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2032-01-20

Abstract

本实用新型公开一种沼渣分质利用的设备，包括沼渣储仓、1#输送装置、1#干燥装置、2#输送装置、热解装置、冷却装置、8#输送装置、燃烧装置、3#输送装置、破碎装置、4#输送装置、水溶脱盐装置、5#输送装置、1#固液分离装置、17#输送装置、6#输送装置、蒸发结晶装置、盐储仓、酸溶液储罐、11#输送装置、2#水溶液储罐、12#输送装置、混合装置、13#输送装置、磷提取装置、14#输送装置、2#固液分离装置、富磷溶液储仓、15#输送装置和2#干燥装置；本实用新型将沼渣热解后提取盐份与磷元素后，获得良好的吸附材料，实现沼渣深度资源化利用，具有良好的环境效益与经济效益。

Description

一种沼渣分质利用的设备

技术领域

本实用新型涉及厌氧发酵沼渣资源化利用技术领域，尤其是一种沼渣分质利用的设备。

背景技术

厌氧消化产沼气是处理有机固废的有效方式，但面临着如何处理后续沼渣资源化的问题。沼渣中包含着大量的有害物质、病原体、抗生素以及重金属(HMs)，如果处理不当，可能会对环境造成潜在危害。因此，安全处理沼渣是实现有机固废厌氧消化处理的重要环节。目前，厌氧消化沼渣的资源化利用途径主要是土地利用，将沼渣进行好氧堆肥作为土壤改良剂最为常见。但是过度施用容易造成土壤污染和水体富营养化，而且，沼渣中的盐份、有害物质、重金属(HMs)和病原体还会给环境带来潜在的生态风险。因此，开发沼渣分质利用装置，对实现其快速减量化、无害化与资源化具有重要的意义。

关于沼渣的热解资源化利用，国内已经有相关研究。CN202010258175.8公开了一种有机废物沼渣热解制备的生物炭及循环利用方法将制备的生物炭作为添加剂投加到有机废物的厌氧发酵过程中，不仅抑制产酸过程，提高产气效率。CN201820597009.9公开了一种用于厌氧发酵沼渣炭化的设备包括括沼渣料仓、干燥热解筒、加热套管和储炭筒，利用电厂高热烟气对沼渣物料进行热解，使其热解后形成生物炭。CN202022193363.5公开了处理沼渣和秸秆的系统包括沼渣切条机、干燥装置、秸秆粉碎机、燃烧装置、加热室和热解窑，可以同时实现沼渣和秸秆的热解，但没有涉及沼渣的分质回利用。CN201410153239.2公开了一种改性沼渣氨氮吸附剂的制备方法，将脱水干燥后的沼渣粉碎、过筛成沼渣颗粒；再将沼渣颗粒加入氢氧化钾溶液中混合烘干；最后将烘干后的产物在氮气气氛下加热热解，等产物冷却后先用盐酸洗涤，再用热去离子水洗涤至中性，烘干后粉碎，研磨，筛分，即得改性沼渣氨氮吸附剂。上述专利均未涉及如何实现沼渣的分质利用装置及其应用方法。

实用新型内容

为此，本实用新型为解决上述问题，提供一种沼渣分质利用的设备，将沼渣热解后并提取盐与磷元素后，获得性能良好的吸附材料，实现沼渣深度资源化利用，既能够获得盐资源、磷资源，又为废水中有机污染物净化去除供环保材料，具有良好的环境效益与经济效益。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种沼渣分质利用的设备，该设备包括沼渣储仓、1#输送装置、1#干燥装置、2#输送装置、热解装置、冷却装置、8#输送装置、燃烧装置、3#输送装置、破碎装置、4#输送装置、水溶脱盐装置、5#输送装置、1#固液分离装置、17#输送装置、6#输送装置、蒸发结晶装置、盐储仓、酸溶液储罐、11#输送装置、2#水溶液储罐、12#输送装置、混合装置、13#输送装置、磷提取装置、14#输送装置、2#固液分离装置、富磷溶液储仓、15#输送装置和2#干燥装置；

所述沼渣储仓出口连接1#输送装置入口，1#输送装置出口连接1#干燥装置入口，1#干燥装置出口连接2#输送装置入口，2#输送装置出口连接热解装置入口，热解装置出口分别连接冷却装置入口和1#干燥装置入口，冷却装置出口分别连接3#输送装置入口和8#输送装置入口，8#输送装置出口连接燃烧装置入口，燃烧装置与热解装置相连；1#干燥装置出口还连接9#输送装置入口，9#输送装置出口连接蒸发结晶装置入口，蒸发结晶装置出口连接2#干燥装置入口；

3#输送装置出口连接破碎装置入口，破碎装置出口连接4#输送装置入口，4#输送装置出口连接水溶脱盐装置入口，水溶脱盐装置出口连接5#输送装置入口，5#输送装置出口连接1#固液分离装置入口，1#固液分离装置出口分别连接17#输送装置入口和6#输送装置入口，6#输送装置出口连接蒸发结晶装置入口，蒸发结晶装置出口连接盐储仓；

酸溶液储罐出口连接11#输送装置入口，2#水溶液储罐出口连接12#输送装置入口，11#输送装置出口和12#输送装置出口均连接混合装置入口，混合装置出口连接13#输送装置入口，13#输送装置出口和17#输送装置出口均连接磷提取装置入口；磷提取装置出口连接14#输送装置入口，14#输送装置出口连接2#固液分离装置入口，2#固液分离装置出口分别连接15#输送装置入口和富磷溶液储仓，15#输送装置出口连接2#干燥装置入口。

进一步改进，该设备还包括蒸汽冷凝装置、1#水溶液储罐和7#输送装置，蒸汽冷凝装置入口连接蒸发结晶装置出口，蒸汽冷凝装置出口连接1#水溶液储罐入口，1#水溶液储罐出口连接7#输送装置入口，7#输送装置出口连接水溶脱盐装置入口。

进一步改进，该设备还包括16#输送装置、吸附材料储仓、烟气净化装置和10#输送装置，16#输送装置入口和烟气净化装置入口均连接2#干燥装置出口，16#输送装置出口连接吸附材料储仓，2#干燥装置产生的尾气经烟气净化装置净化后，由烟气净化装置出口连接的10#输送装置输送至烟囱排放。

进一步改进，所述沼渣储仓为普碳钢仓或混凝土仓。

进一步改进，所述1#输送装置和2#输送装置为无轴螺旋输送机、单轴螺旋输送机或双轴螺旋输送机。

进一步改进，所述1#干燥装置为间接加热真空干燥或回转筒干燥机。

进一步改进，所述3#输送装置、4#输送装置、15#输送装置、16#输送装置和17#输送装置为无轴螺旋输送机、单轴螺旋输送机、双轴螺旋输送机、皮带输送机、刮板输送机或气力输送机。

进一步改进，所述热解装置为间接加热式回转筒热解炭化装置。

进一步改进，所述燃烧装置为普通天然气燃烧炉膛。

进一步改进，所述8#输送装置为普通抽风机；

所述冷却装置为间接空气冷却式管束式换热器、螺旋式冷却装置或回转筒冷却装置；

所述破碎装置为气流粉碎机或球磨机；

所述水溶脱盐装置、混合装置和磷提取装置为带搅拌装置的固液混合罐；

所述5#输送装置和14#输送装置为耐酸碱泥浆泵；

所述1#固液分离装置和2#固液分离装置为真空带式压滤机、高压脱水机、离心分离脱水机或板框压滤机；

所述6#输送装置、7#输送装置和12#输送装置为水泵；

所述蒸发结晶装置为间接加热结晶装置或膜蒸馏装置；

所述蒸汽冷凝装置为普通水蒸汽冷凝装置；

所述1#水溶液储罐和2#水溶液储罐为普碳钢或不锈钢储罐，也可以是混凝土水池；

所述9#输送装置和10#输送装置为普通烟气风机；

所述盐储仓为普碳钢或不锈钢储仓；

所述烟气净化装置为常规干法或湿法烟气处理装置；

所述酸溶液储罐为不锈钢储罐；

所述11#输送装置和13#输送装置为耐酸泵。

通过本实用新型提供的技术方案，具有如下有益效果：

本实用新型能够实现沼渣分质资源化利用，降低了吸附材料的制备成本，应用性强，具有良好的经济效益与环境效益，具体包括：

(1)本设备可实现沼渣快速减量处置，处理能力大，效率高。

(2)本设备从沼渣中获取工业盐、磷元素作为化工原料，避免盐、磷等元素的流失与污染，实现分质回收利用。

(3)本设备得到的吸附材料具备良好的孔隙结构和丰富表面官能团，不但具有良好的吸附脱色能力，也具有吸附高盐水中盐份的能力，而且对废水中抗生素的去除率能够达到90％以上。

附图说明

图1是本实用新型示意图；

图2是本实用新型实施例4吸附材料对溶液中环丙沙星吸附去除率柱形图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

实施例1

如图1所示，一种沼渣分质利用的设备，该设备包括：沼渣储仓1、1#输送装置2、1#干燥装置3、2#输送装置4、热解装置5、燃烧装置6、8#输送装置7、冷却装置8、3#输送装置9、破碎装置10、4#输送装置11、水溶脱盐装置12、5#输送装置13、1#固液分离装置14、6#输送装置15、蒸发结晶装置16、蒸汽冷凝装置17、1#水溶液储罐18、7#输送装置19、9#输送装置20、盐储仓21、烟气净化装置22、10#输送装置23、烟囱24、17#输送装置25、酸溶液储罐26、11#输送装置27、2#水溶液储罐28、12#输送装置29、混合装置30、13#输送装置31、磷提取装置32、14#输送装置33、2#固液分离装置34、15#输送装置35、2#干燥装置36、16#输送装置37、吸附材料储仓38、富磷溶液储仓39。

沼渣储仓1出口连接1#输送装置2入口，1#输送装置2出口连接1#干燥装置3入口，1#干燥装置3出口连接2#输送装置4入口，2#输送装置4出口连接热解装置5入口，热解装置5出口连接冷却装置8入口，冷却装置8出口分别连接3#输送装置9入口和8#输送装置7入口，8#输送装置7出口连接燃烧装置6入口，燃烧装置6与热解装置5相连；3#输送装置9出口连接破碎装置10入口，破碎装置10出口连接4#输送装置11入口，4#输送装置11出口连接水溶脱盐装置12入口，水溶脱盐装置12出口连接5#输送装置13入口，5#输送装置13出口连接1#固液分离装置14入口；1#固液分离装置14出口分别连接17#输送装置25入口和6#输送装置15入口；

17#输送装置25出口连接磷提取装置32入口，6#输送装置15出口连接蒸发结晶装置16入口，蒸发结晶装置16出口分别连接盐储仓21和蒸汽冷凝装置17入口，蒸汽冷凝装置17出口连接1#水溶液储罐18，1#水溶液储罐18出口连接7#输送装置19入口，7#输送装置19出口连接水溶脱盐装置12；1#干燥装置3出口还与9#输送装置20入口连接，9#输送装置20出口连接蒸发结晶装置16入口，蒸发结晶装置16出口连接2#干燥装置36入口；

酸溶液储罐26出口连接11#输送装置27入口，2#水溶液储罐28出口连接12#输送装置29入口，11#输送装置27出口和12#输送装置29出口均连接混合装置30入口，混合装置30出口连接13#输送装置31入口，13#输送装置31出口连接磷提取装置32入口，磷提取装置32出口连接14#输送装置33入口，14#输送装置33出口连接2#固液分离装置34入口，2#固液分离装置34出口分别连接15#输送装置35入口和富磷溶液储仓39，15#输送装置35出口连接2#干燥装置36入口，2#干燥装置36出口分别连接16#输送装置37入口和烟气净化装置22入口，16#输送装置37出口连接吸附材料储仓38，2#干燥装置36产生的尾气经烟气净化装置22净化后，由烟气净化装置22出口连接的10#输送装置23输送至烟囱24排放。

其工作流程如下：

沼渣储仓1中的沼渣经1#输送装置2输送进入1#干燥装置3进行干燥脱水，脱水后的物料经2#输送装置4输送进入热解装置5中进行热解炭化处理，热解得到的热解气直接进入燃烧装置6燃烧作为热解装置5的能源；烟气进入1#干燥装置3作为干燥脱水装置的能源后，余热烟气再由9#输送装置20输送进入蒸发结晶装置16作为蒸发结晶的能源，最后作为2#干燥装置36的干燥能源，实现能源梯级利用；2#干燥装置36出口的烟气尾气进入烟气净化装置22中净化处理，最后由10#输送装置23输送至烟囱24，实现达标排放。

热解得到的生物炭送入冷却装置8中，被空气间接冷却，冷却装置8产生的热空气经8#输送装置7输送进入燃烧装置6作为燃烧用空气；冷却后得到的生物炭经3#输送装置9输送进入破碎装置10中，细磨成生物炭微粉后由4#输送装置11输送进入水溶脱盐装置12中。

水溶脱盐处理后的生物炭由5#输送装置13输送至1#固液分离装置14实现固液分离，固液分离得到固相经17#输送装置25输送至磷提取装置32，液相由6#输送装置15输送进入蒸发结晶装置16中进行盐分的蒸发结晶，得到的盐存于盐储仓21中用作化工原料；蒸发结晶产生的蒸汽在蒸汽冷凝装置17中被冷却，得到的水溶液存于1#水溶液储罐18中，并由7#输送装置19输送到水溶脱盐装置12中实现循环利用。

酸溶液溶液储罐中的酸与2#水溶液储罐28中的水分别由11#输送装置27和12#输送装置29输送进入混合装置30中混合，混合液由13#输送装置31输送至磷提取装置32中作为磷提取所需的浸提液；磷提取装置32中的混合物料由14#输送装置33输送至2#固液分离装置34中进行固液分离，液相为富磷溶液存于富磷溶液储仓39可作为化工原料，固相经15#输送装置35输送至2#干燥装置36进行干燥，得到生物炭吸附材料，该吸附材料经16#输送装置37输送储存于吸附材料储仓38中，可用于烟气净化或污水净化材料。

1#输送装置指的是1号输送装置，2#输送装置指的是2号输送装置，其他装置以此类推。

其中，

沼渣储仓1为普碳钢仓或混凝土仓。

1#输送装置2、2#输送装置4为无轴螺旋输送机、单轴螺旋输送机或双轴螺旋输送机。

1#干燥装置3为间接加热真空干燥或回转筒干燥机。

3#输送装置9、4#输送装置11、15#输送装置35、16#输送装置37、17#输送装置25为无轴螺旋输送机、单轴螺旋输送机、双轴螺旋输送机、皮带输送机、刮板输送机或气力输送机。

热解装置5为间接加热式回转筒热解炭化装置。

燃烧装置6为普通天然气燃烧炉膛。

8#输送装置7为普通抽风机。

冷却装置8为间接空气冷却式管束式换热器、螺旋式冷却装置8或回转筒冷却装置8。

破碎装置10为气流粉碎机或球磨机。

水溶脱盐装置12、混合装置30、磷提取装置32为带搅拌装置的固液混合罐。

5#输送装置13、14#输送装置33为耐酸碱泥浆泵。

1#固液分离装置14、2#固液分离装置34为真空带式压滤机、高压脱水机、离心分离脱水机或板框压滤机。

6#输送装置15、7#输送装置19、12#输送装置29为水泵。

蒸发结晶装置16为间接加热结晶装置或膜蒸馏装置。

蒸汽冷凝装置17为普通水蒸汽冷凝装置17。

1#水溶液储罐18、2#水溶液储罐28为普碳钢或不锈钢储罐，也可以是混凝土水池。

9#输送装置20、10#输送装置23为普通烟气风机。

盐储仓21为普碳钢或不锈钢储仓。

烟气净化装置22为常规干法或湿法烟气处理装置。

烟囱24为钢质或混凝土质烟囱24。

酸溶液储罐26为不锈钢储罐。

11#输送装置27、13#输送装置31为耐酸泵。

作为优选，

沼渣原料为有机物厌氧发酵沼渣，优选餐厨垃圾厌氧发酵沼渣。

干燥装置将物料干燥至含水率＜20％。

热解装置5的热解温度为300～800℃。

破碎装置10的破碎至粒度＜100目。

水溶脱盐装置12中的固液比1：5～1：40；更优的，可采用水热脱盐方式，水热条件为：温度为120～180℃，时间为0.5～1h。

混合装置30中，优选酸硝或硫酸与水混合，作为后续磷提取装置32的浸出液。

磷提取装置32中的固液比为10～30g/L，温度为20～50℃，时间为0.5～1h。

具体的，沼渣分质利用的方法包括如下步骤：

S1、将沼渣进行绝氧热解得到热解残渣；所述绝氧热解的方式为将畜禽粪污以30℃/min以下的升温速率从室温升至600～800℃，并在该温度下恒温热解0.5～1h之后，随炉冷却到室温；

S2、将所述热解残渣破碎至粒度＜100目，并将破碎产物采用水溶液进行震荡浸提，之后经固液分离得到固相和液相，所述固相用于后续提取磷元素，所述液相中富含盐份，可利用低温蒸馏工艺得到工业盐，液相循环利用；

S3、将上述固相添加弱酸浸渍，浸出磷，之后经固液分离得到固相和液相，所述固相经干燥并破碎后分选出粒度＜200目的产物作为抗生素吸附材料，液相中富含磷元素可回收利用。

本实用新型将沼渣热解后提取盐份与磷元素后，获得良好的吸附材料，实现沼渣深度资源化利用，既能够获得盐资源、磷资源，又为废水中有机污染物的去除供吸附材料，具有良好的环境效益与经济效益。

实施例2沼渣生物炭中的盐分水溶浸出回收与残渣用于高盐水吸附

取广东某公司的餐厨厌氧沼渣(DR)进行300℃热解并冷却后细磨得到沼渣热解残渣(DR300)，产率为79.2％。将厌氧沼渣原样及沼渣热解残渣DR300采用1：40的固液比进行水溶脱盐，最后进行固液分离。结果表明液相中，从DR300浸出回收的盐占沼渣原料中总盐量的94.1％，这说明将餐厨厌氧沼渣热解后采用水溶浸出的方式，可以实现盐回收率>94％。

进一步的，将所得水洗脱盐后的残渣用于焚烧飞灰水洗液的吸附，按照8ml/1g的固液比，可实现焚烧飞灰水洗液中盐份的高效去除，溶液中盐份去除率>90％，残渣对盐吸附能力>118.84mg/g。上述结果表明，本新装置可以实现沼渣中盐的回收利用，且所得水溶浸出盐份的残渣，具有循环吸附高盐水的能力，这对于应用具有重要指导意义。

实施例3脱盐方式对残渣吸附性能的影响

取广东某公司的餐厨厌氧沼渣(DR)进行600℃热解并冷却后细磨得到沼渣热解残渣，产率为79.2％。采用两种方式对热解残渣进行脱盐：一、将沼渣热解残渣采用1：40的固液比混合后普通水溶出脱盐，因液分离后得到水溶脱盐残渣；二、将沼渣热解残渣采用1：40的固液比混合后，在180℃的条件下水热60min，固液分离后得到水热脱盐残渣。参照《木质活性炭试验方法》(GB/T12496.10-1999)测定两种残渣对亚甲基蓝吸附量，如表1所示，

表1两种残渣对溶液中亚甲基蓝吸附量

亚甲基蓝浓度(g/L)	水洗脱盐残渣(mg/g)	水热脱盐残渣(mg/g)
			1.5	18	22.5

表中结果表明，水热脱盐残渣对溶液中亚甲基蓝吸附量比普通水洗脱盐残渣提高25％，说明其吸附能力可提高25％。

进一步将两种残渣用于溶液中DR23的吸附，吸附条件为：转速200rpm，时间24h，温度25℃；DR23初始浓度为20mg/L。结果如表2所示。

表2两种残渣对DR23溶液的吸附效果

上述结果表明，采用水热脱盐的方式得到的脱盐残渣，其对溶液中DR23的吸附能力提高16.6％。因此，在选用脱盐方式时，可优选水热脱盐的方式。

实施例4

采用上述装置方案，将沼渣在400、500、600、700和800℃条件下热解，热解残渣经水洗脱盐后得到不同吸附材料，命名为DRC400、DRC500、DRC600、DRC700和DRC800，研究其对抗生素环丙沙星的吸附性能。分别取5个同吸附材料0.1g加入到50ml浓度为12mg/L的环丙沙星溶液中，并将混合物在定轨振荡器上以130rpm的转速保持2小时，将样品过滤(0.22水系滤膜)并使用紫外/可见分光光度计(Bio-Rad UV3000，美国)分析吸附前后环丙沙星的浓度变化，如图2所示。结果表明，随着热解温度的升高，所得吸附材料的对溶液中环丙沙星吸附效果提高：其中，400℃制备得到的吸附材料对CIP的去除率为31.30％，700℃制备得到的吸附材料对CIP的去除率提高到99.42％，800℃制备得到的吸附材料去除率为99.52％，说明上述热解温度>700℃时，本设备系统获得的吸附材料对溶液中抗生素具有良好吸附效果。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种沼渣分质利用的设备，其特征在于：该设备包括沼渣储仓、1#输送装置、1#干燥装置、2#输送装置、热解装置、冷却装置、8#输送装置、燃烧装置、3#输送装置、破碎装置、4#输送装置、水溶脱盐装置、5#输送装置、1#固液分离装置、17#输送装置、6#输送装置、蒸发结晶装置、盐储仓、酸溶液储罐、11#输送装置、2#水溶液储罐、12#输送装置、混合装置、13#输送装置、磷提取装置、14#输送装置、2#固液分离装置、富磷溶液储仓、15#输送装置和2#干燥装置；

2.根据权利要求1所述的一种沼渣分质利用的设备，其特征在于：该设备还包括蒸汽冷凝装置、1#水溶液储罐和7#输送装置，蒸汽冷凝装置入口连接蒸发结晶装置出口，蒸汽冷凝装置出口连接1#水溶液储罐入口，1#水溶液储罐出口连接7#输送装置入口，7#输送装置出口连接水溶脱盐装置入口。

3.根据权利要求2所述的一种沼渣分质利用的设备，其特征在于：该设备还包括16#输送装置、吸附材料储仓、烟气净化装置和10#输送装置，16#输送装置入口和烟气净化装置入口均连接2#干燥装置出口，16#输送装置出口连接吸附材料储仓，2#干燥装置产生的尾气经烟气净化装置净化后，由烟气净化装置出口连接的10#输送装置输送至烟囱排放。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种沼渣分质利用的设备，其特征在于：所述沼渣储仓为普碳钢仓或混凝土仓。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种沼渣分质利用的设备，其特征在于：所述1#输送装置和2#输送装置为无轴螺旋输送机、单轴螺旋输送机或双轴螺旋输送机。

6.根据权利要求1至3任一项所述的一种沼渣分质利用的设备，其特征在于：所述1#干燥装置为间接加热真空干燥或回转筒干燥机。

7.根据权利要求1至3任一项所述的一种沼渣分质利用的设备，其特征在于：所述3#输送装置、4#输送装置、15#输送装置、16#输送装置和17#输送装置为无轴螺旋输送机、单轴螺旋输送机、双轴螺旋输送机、皮带输送机、刮板输送机或气力输送机。

8.根据权利要求1至3任一项所述的一种沼渣分质利用的设备，其特征在于：所述热解装置为间接加热式回转筒热解炭化装置。

9.根据权利要求1至3任一项所述的一种沼渣分质利用的设备，其特征在于：所述燃烧装置为普通天然气燃烧炉膛。

10.根据权利要求3所述的一种沼渣分质利用的设备，其特征在于：所述8#输送装置为普通抽风机；