沼液减量化处理和沼气协同净化系统及净化方法技术方案

本发明专利技术所公开的沼液减量化处理和沼气协同净化系统及净化方法，通过向沼液中添加草木灰，增强沼液的碱度、pH值，降低沼液COD和沼液悬浮物浓度，再通过膜减压浓缩技术从沼液中回收氨和对沼液进行浓缩，实现沼液中氨氮含量的控制和沼液减量化处理的目的。在沼液膜减压浓缩过程中，还可以达到氨的富集，利用从沼液中富集的氨水对沼气同时脱硫脱碳，达到对沼气的初步净化，再利用高pH值的浓缩沼液洗涤沼气中夹带的氨气(NH3)和进一步吸收沼气CO2，使沼气得到净化并控制沼液中氮素含量。本发明专利技术可实现沼液的减量化处理、增加沼液中营养物质的含量，保证氨氮含量在合理的利用区间，同时本发明专利技术依靠低品位能源，能够降低成本。

【技术实现步骤摘要】
沼液减量化处理和沼气协同净化系统及净化方法
本专利技术涉及沼气工程中沼液处理与沼气净化
，具体地指一种沼液减量化处理和沼气协同净化系统及净化方法。技术背景通过对有机废弃物如畜禽粪便、农作物秸秆、餐厨垃圾等厌氧发酵可得到沼气、沼渣和沼液，其中沼气作为清洁的可再生能源，可在能源利用过程中实现二氧化碳(CO2)的近零排放，而沼渣和沼液则是优质的有机肥，在农业生产应用中可实现化肥和农药的减施增效。但现阶段中国主要大中型沼气工程均采用成熟的湿式厌氧发酵技术，沼液的产生量大，且具有高氨氮、高COD(化学需氧量)等特点。在沼液还田处理模式中，由于沼液消纳所需要的田地面积过大，如处理万头养猪场粪污的沼气工程需要3000亩田地消纳，再加上雨季及非用肥季节等因素影响，导致沼液得不到完全处理，极易造成沼液的直接排放而导致二次污染。而沼液的达标排放处理模式也存在占地面积大、投资大和操作成本高等难题。因此，沼液的低成本减量化处理非常有必要。另外，拓展沼气的应用范围也是沼气工程需要解决的问题，此时必须对沼气进行提纯净化，去除沼气中的杂质气体如硫化氢H2S和CO2等，且成本控制是关键。目前沼气净化提纯工艺一般是分段进行，即将H2S脱除和CO2分离分开进行，投资高，占地面积较大。如能采用较低成本吸收剂实现H2S和CO2的同时脱除，将可实现沼气的低成本提纯净化。沼液本身呈弱碱性pH值一般为7.2～8.5，对酸和碱有一定的缓冲作用，可以通过NH4+向自由氨NH3的转化来吸收H2S和CO2，理论上可以达到H2S和CO2的低成本同时脱除。但是沼液的同时脱硫脱碳的能力较弱pH值较低，必须对其进行强化。直接向沼液中添加碱性的化学吸收剂可以有效增强沼液吸收H2S和CO2的能力，但是化学吸收剂消耗量大，成本高，只能小规模使用。因而必须考虑其他低成本的强碱性添加剂。农作物秸秆的直接燃烧发电是生物质能利用的又一途径，同样，其利用过程中除了产生大量热能用于发电外，还产生大量的草木灰或称生物质灰分。草木灰可以作为肥料直接施用，但也因为其直接施用碱性较高、肥效较低、体积庞大等原因，导致其利用率低而被大量堆积在生物质电厂周边，成为生物质电厂的废弃物。草木灰中含有大量碱金属氧化物或碱金属盐，溶于水后呈碱性，因此可作为外源添加剂用于强化沼液对H2S和CO2的吸收能力。显然，对于现有大中型沼气工程而言，沼液的减量化处理与沼气的低成本净化是亟需解决的两大问题。因此，需要开发一种工艺系统，在减量化处理沼液过程中，合理利用草木灰，达到有效降低沼液体积、COD(ChemicalOxygenDemand，化学需氧量)和氨氮含量的同时，还能有效增强沼气对H2S和CO2的耦合脱除能力，实现沼气的协同化处理，并最终达到“以废治废”的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种沼液减量化处理和沼气协同净化系统及净化方法，该系统和方法可通过向沼液中添加草木灰来降低沼液中COD和氨氮含量，通过对沼液进行膜减压浓缩，实现沼液的减量化和氨的富集，还可以利用富集的氨水对沼气中H2S和CO2同时脱除净化。为实现此目的，本专利技术所设计的一种沼液减量化处理和沼气协同净化系统，其特征在于：包括沼液混合搅拌罐、离心泵、保安过滤器、细滤沼液存储罐、细滤沼液泵、加热器、中空纤维膜接触器、真空泵、洗涤净化塔、冷凝器、氨水存放罐、氨水泵、氨水富液存放罐、脱硫脱碳塔、沼液富液储液罐，它还包括三通阀、第一阀门、第二阀门，其中，所述沼液混合搅拌罐设有沼液进口、草木灰进口，所述离心泵的输入端连接沼液混合搅拌罐的粗滤沼液出口，所述离心泵的输出端通过保安过滤器连接细滤沼液存储罐的细滤沼液入口，所述细滤沼液存储罐的细滤沼液出口通过细滤沼液泵连接加热器的低温流体入口，所述加热器的高温流体出口连接中空纤维膜接触器的热沼液入口，所述中空纤维膜接触器的浓缩沼液出口连接三通阀的第一接口，所述三通阀的第二接口连接细滤沼液存储罐的第一浓缩沼液入口，所述三通阀的第三接口连接洗涤净化塔的第二浓缩沼液入口，所述洗涤净化塔的富CO2沼液出口连接沼液富液储液罐的富CO2沼液入口，所述中空纤维膜接触器的浓缩稀相出口通过真空泵连接冷凝器的输入端，所述冷凝器的排放水出口连接第二阀门，所述冷凝器的氨水出口通过第一阀门连接氨水存放罐的输入端，所述氨水存放罐的输出端通过氨水泵连接脱硫脱碳塔的氨水入口，所述脱硫脱碳塔的氨水富液出口连接氨水富液存放罐；所述脱硫脱碳塔还设有第一沼气入口和第一沼气出口，所述洗涤净化塔还设有第二沼气入口和第二沼气出口，所述脱硫脱碳塔的第一沼气出口连接洗涤净化塔的第二沼气入口；所述沼液富液储液罐还设有富CO2沼液出口。上述技术方案中，所述的沼液混合搅拌罐还设有pH传感器，所述加热器与中空纤维膜接触器的热沼液入口之间的管路内设有温度计和第一压力表，所述中空纤维膜接触器的浓缩稀相出口与真空泵之间的管路内设有第二压力表，所述冷凝器的氨水出口与氨水存放罐之间的管路内设有氨水浓度传感器。上述技术方案中，所述沼液混合搅拌罐底端还设有用于排放草木灰和沼渣的沉淀物出口。上述技术方案中，所述沼液混合搅拌罐内设有用于物料混合及沉淀的搅拌器和固液分离装置。上述技术方案中，所述离心泵采用具有忍受悬浮物特性的离心泵。上述技术方案中，所述保安过滤器内设有微孔过滤膜，所述微孔过滤膜的孔径范围为10～50um。上述技术方案中，所述加热管的热源采用太阳能或废热能源。上述技术方案中，所述中空纤维膜接触器和脱硫脱碳塔内部为疏水性中空纤维膜，所述疏水性中空纤维膜仅允许气体自由通过，液体不能渗透通过。上述技术方案中，所述的真空泵、冷凝器、脱硫脱碳塔、氨水泵、氨水存放罐、氨水富液存放罐均采用耐碱材料制成。一种利用上述沼液减量化处理和沼气协同净化系统的净化方法，它包括如下步骤：步骤1：在沼液混合搅拌罐中同时添加原沼液和草木灰，草木灰的添加量占添加的原沼液和草木灰总质量分数的10％～20％，混合搅拌1～2h(小时)后沉淀24～48h，使混合液中的沼渣和未溶解的草木灰沉淀完全，并调节沼液的pH值至10.5～11.5，得到粗滤沼液；步骤2：用离心泵抽取沼液混合搅拌罐中的粗滤沼液，并由粗滤沼液出口进入保安过滤器，经过保安过滤器过滤后得到细滤沼液，细滤沼液再由细滤沼液入口进入细滤沼液存储罐，将沼液混合搅拌罐中的沉淀物质由沉淀物出口排出；步骤3：开启真空泵和冷凝器，使中空纤维膜接触器的壳程绝对压力保持在2～5kPa，冷凝器的温度为-4～-6℃，用细滤沼液泵将细滤沼液由细滤沼液出口抽入加热器中，在加热器中加热到50～55℃后由热沼液入口进入中空纤维膜接触器，加热后沼液中的氨水先扩散到中空纤维膜接触器的气相中，该气相再被真空泵抽到冷凝器中冷凝下来，同时关闭排放水出口，开启氨水出口及第一阀门，冷凝回收的氨水进入氨水存放罐；去除氨水的沼液在中空纤维膜接触器中得到浓缩而转变成沼液浓缩相，沼液浓缩相再经过三通阀的第二接口由第一浓缩沼液入口流回细滤沼液存储罐；步骤4：通过氨水浓度传感器检测氨水出口流出的氨水的浓度，低于设定值后关闭氨水出口和第一阀门，开启排放水出口和第二阀门，由排放水出口直接排出可达标排放的水，并继续浓缩沼液直到细滤沼液存储罐中的沼液为细滤沼液初始体积的三分之一；步骤5：开启本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沼液减量化处理和沼气协同净化系统，其特征在于：包括沼液混合搅拌罐(1)、离心泵(2)、保安过滤器(3)、细滤沼液存储罐(4)、细滤沼液泵(5)、加热器(6)、中空纤维膜接触器(7)、真空泵(9)、洗涤净化塔(10)、冷凝器(11)、氨水存放罐(13)、氨水泵(14)、氨水富液存放罐(15)、脱硫脱碳塔(16)、沼液富液储液罐(17)，它还包括三通阀(8)、第一阀门(12.1)、第二阀门(12.2)，其中，所述沼液混合搅拌罐(1)设有沼液进口(1.1)、草木灰进口(1.2)，所述离心泵(2)的输入端连接沼液混合搅拌罐(1)的粗滤沼液出口(1.3)，所述离心泵(2)的输出端通过保安过滤器(3)连接细滤沼液存储罐(4)的细滤沼液入口(4.1)，所述细滤沼液存储罐(4)的细滤沼液出口(4.2)通过细滤沼液泵(5)连接加热器(6)的低温流体入口(6.1)，所述加热器(6)的高温流体出口(6.2)连接中空纤维膜接触器(7)的热沼液入口(7.1)，所述中空纤维膜接触器(7)的浓缩沼液出口(7.3)连接三通阀(8)的第一接口，所述三通阀(8)的第二接口连接细滤沼液存储罐(4)的第一浓缩沼液入口(4.3)，所述三通阀(8)的第三接口连接洗涤净化塔(10)的第二浓缩沼液入口(10.1)，所述洗涤净化塔(10)的富CO2沼液出口(10.2)连接沼液富液储液罐(17)的富CO2沼液入口(17.1)，所述中空纤维膜接触器(7)的浓缩稀相出口(7.2)通过真空泵(9)连接冷凝器(11)的输入端，所述冷凝器(11)的排放水出口(11.2)连接第二阀门(12.2)，所述冷凝器(11)的氨水出口(11.1)通过第一阀门(12.1)连接氨水存放罐(13)的输入端，所述氨水存放罐(13)的输出端通过氨水泵(14)连接脱硫脱碳塔(15)的氨水入口(15.3)，所述脱硫脱碳塔(15)的氨水富液出口(15.4)连接氨水富液存放罐(16)；所述脱硫脱碳塔(15)还设有第一沼气入口(15.1)和第一沼气出口(15.2)，所述洗涤净化塔(10)还设有第二沼气入口(10.3)和第二沼气出口(10.4)，所述脱硫脱碳塔(15)的第一沼气出口(15.2)连接洗涤净化塔(10)的第二沼气入口(10.3)；所述沼液富液储液罐(17)还设有富CO2沼液出口(17.2)。...

【技术特征摘要】
1.一种沼液减量化处理和沼气协同净化系统，其特征在于：包括沼液混合搅拌罐(1)、离心泵(2)、保安过滤器(3)、细滤沼液存储罐(4)、细滤沼液泵(5)、加热器(6)、中空纤维膜接触器(7)、真空泵(9)、洗涤净化塔(10)、冷凝器(11)、氨水存放罐(13)、氨水泵(14)、脱硫脱碳塔(15)、氨水富液存放罐(16)、沼液富液储液罐(17)，它还包括三通阀(8)、第一阀门(12.1)、第二阀门(12.2)，其中，所述沼液混合搅拌罐(1)设有沼液进口(1.1)、草木灰进口(1.2)，所述离心泵(2)的输入端连接沼液混合搅拌罐(1)的粗滤沼液出口(1.3)，所述离心泵(2)的输出端通过保安过滤器(3)连接细滤沼液存储罐(4)的细滤沼液入口(4.1)，所述细滤沼液存储罐(4)的细滤沼液出口(4.2)通过细滤沼液泵(5)连接加热器(6)的低温流体入口(6.1)，所述加热器(6)的高温流体出口(6.2)连接中空纤维膜接触器(7)的热沼液入口(7.1)，所述中空纤维膜接触器(7)的浓缩沼液出口(7.3)连接三通阀(8)的第一接口，所述三通阀(8)的第二接口连接细滤沼液存储罐(4)的第一浓缩沼液入口(4.3)，所述三通阀(8)的第三接口连接洗涤净化塔(10)的第二浓缩沼液入口(10.1)，所述洗涤净化塔(10)的富CO2沼液出口(10.2)连接沼液富液储液罐(17)的富CO2沼液入口(17.1)，所述中空纤维膜接触器(7)的浓缩稀相出口(7.2)通过真空泵(9)连接冷凝器(11)的输入端，所述冷凝器(11)的排放水出口(11.2)连接第二阀门(12.2)，所述冷凝器(11)的氨水出口(11.1)通过第一阀门(12.1)连接氨水存放罐(13)的输入端，所述氨水存放罐(13)的输出端通过氨水泵(14)连接脱硫脱碳塔(15)的氨水入口(15.3)，所述脱硫脱碳塔(15)的氨水富液出口(15.4)连接氨水富液存放罐(16)；所述脱硫脱碳塔(15)还设有第一沼气入口(15.1)和第一沼气出口(15.2)，所述洗涤净化塔(10)还设有第二沼气入口(10.3)和第二沼气出口(10.4)，所述脱硫脱碳塔(15)的第一沼气出口(15.2)连接洗涤净化塔(10)的第二沼气入口(10.3)；所述沼液富液储液罐(17)还设有富CO2沼液出口(17.2)。2.根据权利要求1所述的沼液减量化处理和沼气协同净化系统，其特征在于：所述沼液混合搅拌罐(1)还设有pH传感器(20)，所述加热器(6)与中空纤维膜接触器(7)的热沼液入口(7.1)之间的管路内设有温度计(18)和第一压力表(19.1)，所述中空纤维膜接触器(7)的浓缩稀相出口(7.2)与真空泵(9)之间的管路内设有第二压力表(19.2)，所述冷凝器(11)的氨水出口(11.1)与氨水存放罐(13)之间的管路内设有氨水浓度传感器(21)。3.根据权利要求1或2所述的沼液减量化处理和沼气协同净化系统，其特征在于：所述沼液混合搅拌罐(1)底端还设有用于排放草木灰和沼渣的沉淀物出口(1.4)。4.根据权利要求1或2所述的沼液减量化处理和沼气协同净化系统，其特征在于：所述沼液混合搅拌罐(1)内设有用于物料混合及沉淀的搅拌器和固液分离装置。5.根据权利要求1所述的沼液减量化处理和沼气协同净化系统，其特征在于：所述离心泵(2)采用具有忍受悬浮物特性的离心泵。6.根据权利要求1所述的沼液减量化处理和沼气协同净化系统，其特征在于：所述保安过滤器(3)内设有微孔过滤膜，所述微孔过滤膜的孔径为10～50um。7.根据权利要求1或2所述的沼液减量化处理和沼气协同净化系统，其特征在于：所述加热器(6)内...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏水平，贺清尧，王文超，张衍林，艾平，王媛媛，袁巧霞，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42