基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统，包括沼液过滤设备、加热设备、热交换设备、沼液减压脱氨设备、脱氨沼液CO2吸收塔、有机营养液预配设备、沼气提纯气存储设备、氨水收集设备、生菜深液流栽培设备、深液流栽培供气设备、排放液收集设备。本发明专利技术以有机质厌氧发酵所产生的副产物沼液通过脱氨预处理提升pH后，作为沼气中CO2的吸收剂，可在不添加任何外源吸收剂的情况下，提纯沼气，将沼气中CH4体积分数提升到85％以上。吸收CO2后的脱氨沼液经过低倍稀释后，可替代无机营养液用于水培行业，通过脱氨沼液水培处理后的生菜较无机营养液培养在品质、产量等方面表现出明显提升。

Biogas slurry treatment system and method based on CO2 absorption and vegetable water culture cooperative treatment

The invention relates to a slurry processing system CO2 based on absorption and disposal of hydroponic vegetable, including biogas slurry filtration equipment, heating equipment and heat exchange equipment, vacuum equipment, biogas slurry ammonia ammonia slurry CO2 absorption tower, organic nutrient solution prestowage biogas purification equipment, gas storage equipment, network equipment, lettuce deep liquid ammonia flow cultivation equipment, deep flow cultivation equipment, gas emission liquid collecting device. The organic matter produced by the anaerobic fermentation by-product of biogas slurry by removing ammonia pretreatment to enhance pH, CO2 as absorbent in biogas, without adding any exogenous absorbent under the condition of purification of biogas, biogas in the volume fraction of CH4 up to more than 85%. Absorption of ammonia removal after the biogas slurry CO2 low dilution, can replace the inorganic nutrient solution for culture industry, through the removal of ammonia treated lettuce hydroponics slurry than inorganic nutrient solution in quality and yield showed obvious improvement.

【技术实现步骤摘要】
基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统与方法
本专利技术涉及沼气提纯与沼液无害化处理一体化
，具体涉及一种基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统与方法。
技术介绍
沼气主要由体积分数为60％～70％的CH4、30％～40％的CO2及微量H2S等成分组成，是一种清洁的可再生能源，在我国已广泛应用。基于此，我国各种类型的沼气工程数量不断增加。随着沼气工程数量的不断增加，沼液的低成本无害化处理处置日益备受关注，其已成为制约沼气工程良性发展的关键瓶颈之一。沼液是沼气发酵过程中的重要副产物，具有产量大、廉价、营养元素丰富等特点，是一种可再生资源。沼液的有效、无害化使用可以实现资源的可循环利用。正常发酵的沼液中富含粗纤维、氮、磷、钾、微量元素、氨基酸、活性酶、植物生长激素、抗菌素等物质，腐熟程度高，且不含病菌及虫卵，这些成分都是植物生长所必需的营养物质。相关研究表明，沼液用作植物的根肥，既能增加农作物的产量，又可以生产出无公害农产品，具有良好的社会效益和经济效益。但是沼液中的高氨氮含量及高化学需氧量(COD)浓度会对植物造成严重的毒害作用，必须先要进行氨氮脱除处理与COD浓度控制。为了提高沼液氨氮脱除效率，首先应提升沼液的pH值，使其中自由氨比率大幅增加。通过脱氨处理后的沼液，氨氮含量和COD浓度均会下降，但pH高，必须进行pH稳定后才能进一步利用。显然，通过添加酸可以实现沼液pH值的快速降低，但酸消耗量大，成本高，同时外加酸也可能会形成二次污染。因此，有必要寻找一种低成本、无污染的脱氨后沼液pH降低的方法。沼气工程产生的沼气中含有大量的CO2，可用于降低脱氨沼液的pH值，实现沼液pH值的稳定。同时，沼气中CO2被高pH值沼液吸收后，CH4含量增加，沼气热值得到大幅提升，有助于拓展沼气的使用范围，利于沼气的高值化和工业化应用。另外，高pH值脱氨沼液作为沼气CO2吸收剂，可无需重复使用，即无需对富CO2沼液进行再生，摒弃了现有沼气CO2化学吸收法工艺中的对外界能量依赖最大的部分(即富CO2溶液的热再生部分，其可占总能耗的60％以上)，可大幅降低沼气CO2化学吸收能耗，进而有利于大幅降低沼气CO2分离成本。然而，吸收CO2稳定pH值后的沼液虽然降低了氨氮和COD含量，但还不能达到农田用水的排放标准，需要进一步处理。水培经济作物对污水有较好的净化能力，能大幅降低污水的氨氮和COD浓度。如以丝瓜、茭白、水芹菜、西洋菜等的水培为例，当污水停留时间为120h时，废水中污染物的去除效果为：总氮去除率可达89.0％～95.9％、总磷去除率达81.3％～98.6％、铵态氮去除率达93.9％～99.6％、COD去除率可达35.6％～87.4％。显然，对沼液进行蔬菜水培处理，将会有助于大幅降低其氨氮和COD含量。同时，国内外目前都在积极推广无土栽培生产蔬菜的模式，无土栽培作为世界设施农业中广泛采用的先进技术，具有避免土传病虫害及连作障碍、肥料利用率高、节约用水以及生产的可控性等诸多优点，已成为发展无公害绿色蔬菜生产的可靠途径。但是目前无土栽培配制的营养液成本高，主要使用无机化学药品，对环境危害大。因此，以沼液代替或部分取代化学营养液进行蔬菜栽培对于提高蔬菜产量和品质将具有重要意义。但是目前沼液的水培都是通过简单的高倍稀释达到沼液的利用，不仅会浪费大量淡水，还会因为过度稀释而使某些成分含量降低失去作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统与方法，该系统与方法首先对沼气工程产生的原沼液加入CaO进行pH调整与COD脱除，然后进行减压脱氨处理。脱氨处理后，原沼液中的氨氮含量可下降约92.2％，COD含量可下降约40.1％(具体效果参见附表1)，同时将pH提升至约12的水平。接着依靠脱氨沼液的强碱性质，将沼气工程所产的沼气进行多次循环以促进脱氨沼液对沼气中CO2的分离吸收，一般3～4次循环即可使脱氨沼液pH降低到6～7之间，沼气中的CH4含量提高到85％以上。吸收CO2后的脱氨沼液根据氨氮含量进行合理稀释，通入生菜水培系统中，对该系统进行间歇式供气，并监测脱氨培养液的电导率(EC)，一般10～14天时EC即可降低到500μs/cm，此时的COD即可完全满足农田灌溉用水的标准，可直接排放到农田中用作微量肥或灌溉。在本系统中，将协同处理后的沼液进行收集后集中排放。同时，沼液脱除的氨氮将以氨水形式回收，可用于叶菜类根肥或销售。通过本专利技术能够对沼液进行无害化处理达到农田使用标准，同时可获得无公害、营养价值比通过化学营养液栽培更高的生菜，还可在沼气工程内完全依靠工程本身产生的沼液实现沼气中CO2分离，使CH4含量提高到85％以上，进而实现沼液无害处理和高品质、低成本生菜生产以及沼气高值化利用的三重目标。为解决上述技术问题，本专利技术公开的一种基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统，其特征在于：它包括沼液减压脱氨设备、脱氨沼液CO2吸收塔、有机营养液预配设备、沼气提纯气存储设备、生菜深液流栽培设备、深液流栽培供气设备、排放液收集设备、沼液过滤设备、加热设备、氨水收集设备以及沼气池，其中，沼气池的沼液出口连接沼液过滤设备的输入口，沼液过滤设备的输出口连接加热设备的输入端，加热设备的输出端连接沼液减压脱氨设备的过滤沼液进液口，沼液减压脱氨设备的冷凝口连接氨水收集设备的输入端，所述氨水收集设备具有氨水出口，沼液减压脱氨设备的脱氨沼液出液口连接脱氨沼液CO2吸收塔的脱氨沼液进液口，脱氨沼液CO2吸收塔的沼气进气口连接沼气池的沼气口，脱氨沼液CO2吸收塔的富CO2脱氨沼液出液口连接有机营养液预配设备的富CO2脱氨沼液进液口，脱氨沼液CO2吸收塔的沼气提纯气的出气口连接沼气提纯气存储设备的进气口，沼气提纯气存储设备的出气口通过气体压缩机连接脱氨沼液CO2吸收塔的沼气提纯气进气口，有机营养液预配设备的有机营养液出液口连接生菜深液流栽培设备的有机营养液进液口，生菜深液流栽培设备内铺设深液流栽培供气设备的供气管道，生菜深液流栽培设备的栽培废液出液口接入排放液收集设备。它还包括热交换设备，所述沼液过滤设备的输出口连接热交换设备的第一输入端，热交换设备的第一输出端连接加热设备的输入端，沼液减压脱氨设备的脱氨沼液出液口连接热交换设备的第二输入端，热交换设备的第二输出端连接脱氨沼液CO2吸收塔的脱氨沼液进液口。一种利用上述系统的基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：沼气池所产生的新鲜沼液通过沼液出口进入沼液过滤设备进行过滤，过滤沼液经过热交换设备，回收脱氨沼液中的一部分余热后，再通入加热设备将热交换后的过滤沼液加热至75～85℃，然后进入沼液减压脱氨设备，再加入CaO混合反应，对原沼液中的高氨氮(原沼液中含有超过1000mg/L的氨氮含量，即为高含量氨氮)进行脱除，同时降低COD含量，并通过冷凝口收集挥发出的氨到氨水收集设备；步骤2：脱氨预处理的沼液从沼液减压脱氨设备的脱氨沼液出液口通过热交换设备与过滤沼液进行热交换降低温度后，吸入到脱氨沼液CO2吸收塔，待本批次脱氨后的沼液全部进入脱氨沼液CO2吸收塔后，关闭脱氨沼液进液口和富CO2脱氨沼液出液口，并将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统，其特征在于：它包括沼液减压脱氨设备(1)、脱氨沼液CO2吸收塔(2)、有机营养液预配设备(4)、沼气提纯气存储设备(3)、生菜深液流栽培设备(5)、深液流栽培供气设备(6)、排放液收集设备(7)、沼液过滤设备(9)、加热设备(11)、氨水收集设备(12)以及沼气池(8)，其中，沼气池(8)的沼液出口(8.1)连接沼液过滤设备(9)的输入口，沼液过滤设备(9)的输出口连接加热设备(11)的输入端，加热设备(11)的输出端连接沼液减压脱氨设备(1)的过滤沼液进液口(1.1)，沼液减压脱氨设备(1)的冷凝口(1.3)连接氨水收集设备(12)的输入端，所述氨水收集设备(12)具有氨水出口(12.1)，沼液减压脱氨设备(1)的脱氨沼液出液口(1.2)连接脱氨沼液CO2吸收塔(2)的脱氨沼液进液口(2.1)，脱氨沼液CO2吸收塔(2)的沼气进气口(2.2)连接沼气池(8)的沼气口(8.2)，脱氨沼液CO2吸收塔(2)的富CO2脱氨沼液出液口(2.3)连接有机营养液预配设备(4)的富CO2脱氨沼液进液口(4.1)，脱氨沼液CO2吸收塔(2)的沼气提纯气的出气口(2.4)连接沼气提纯气存储设备(3)的进气口，沼气提纯气存储设备(3)的出气口通过气体压缩机(3.1)连接脱氨沼液CO2吸收塔(2)的沼气提纯气进气口(2.5)，有机营养液预配设备(4)的有机营养液出液口(4.2)连接生菜深液流栽培设备(5)的有机营养液进液口(5.1)，生菜深液流栽培设备(5)内铺设深液流栽培供气设备(6)的供气管道(6.1)，生菜深液流栽培设备(5)的栽培废液出液口(5.2)接入排放液收集设备(7)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统，其特征在于：它包括沼液减压脱氨设备(1)、脱氨沼液CO2吸收塔(2)、有机营养液预配设备(4)、沼气提纯气存储设备(3)、生菜深液流栽培设备(5)、深液流栽培供气设备(6)、排放液收集设备(7)、沼液过滤设备(9)、加热设备(11)、氨水收集设备(12)以及沼气池(8)，其中，沼气池(8)的沼液出口(8.1)连接沼液过滤设备(9)的输入口，沼液过滤设备(9)的输出口连接加热设备(11)的输入端，加热设备(11)的输出端连接沼液减压脱氨设备(1)的过滤沼液进液口(1.1)，沼液减压脱氨设备(1)的冷凝口(1.3)连接氨水收集设备(12)的输入端，所述氨水收集设备(12)具有氨水出口(12.1)，沼液减压脱氨设备(1)的脱氨沼液出液口(1.2)连接脱氨沼液CO2吸收塔(2)的脱氨沼液进液口(2.1)，脱氨沼液CO2吸收塔(2)的沼气进气口(2.2)连接沼气池(8)的沼气口(8.2)，脱氨沼液CO2吸收塔(2)的富CO2脱氨沼液出液口(2.3)连接有机营养液预配设备(4)的富CO2脱氨沼液进液口(4.1)，脱氨沼液CO2吸收塔(2)的沼气提纯气的出气口(2.4)连接沼气提纯气存储设备(3)的进气口，沼气提纯气存储设备(3)的出气口通过气体压缩机(3.1)连接脱氨沼液CO2吸收塔(2)的沼气提纯气进气口(2.5)，有机营养液预配设备(4)的有机营养液出液口(4.2)连接生菜深液流栽培设备(5)的有机营养液进液口(5.1)，生菜深液流栽培设备(5)内铺设深液流栽培供气设备(6)的供气管道(6.1)，生菜深液流栽培设备(5)的栽培废液出液口(5.2)接入排放液收集设备(7)。2.根据权利要求1所述的基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统，其特征在于：它还包括热交换设备(10)，所述沼液过滤设备(9)的输出口连接热交换设备(10)的第一输入端，热交换设备(10)的第一输出端连接加热设备(11)的输入端，沼液减压脱氨设备(1)的脱氨沼液出液口(1.2)连接热交换设备(10)的第二输入端，热交换设备(10)的第二输出端连接脱氨沼液CO2吸收塔(2)的脱氨沼液进液口(2.1)。3.根据权利要求1所述的基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统，其特征在于：所述沼气池(8)的沼液出口(8.1)通过蠕动泵将沼液传输到沼液过滤设备(9)的输入口，沼液过滤设备(9)连接沼液减压脱氨设备(1)的过滤沼液进液口(1.1)之间设有用于控制流量的流量计。4.根据权利要求1所述的基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统，其特征在于：所述脱氨沼液CO2吸收塔(2)的沼气进气口(2.2)与沼气池(8)的沼气口(8.2)之间设有气体压缩机(8.3)。5.根据权利要求1所述的基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统，其特征在于：所述沼气提纯气存储设备(3)的出气口通过气体压缩机(3.1)连接脱氨沼液CO2吸收塔(2)的沼气提纯气进气口(2.5)。6.根据权利要求1所述的基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的沼液处理系统，其特征在于：所述有机营养液预配设备(4)的有机营养液出液口(4.2)连接一段水肥一体化管网后连接生菜深液流栽培设备(5)的有机营养液进液口(5.1)。7.根据权利要求1所述的基于CO2吸收和蔬菜水培协同处置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏水平，梁飞虹，余歌，崔秋芳，王文超，贺清尧，涂特，王明，张衍林，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42