本發(fā)明屬于畜牧養(yǎng)殖廢水處理領(lǐng)域，尤其適用于養(yǎng)殖處理過程中產(chǎn)生的高氨氮、高磷有機(jī)廢水的處理，養(yǎng)殖廠區(qū)將含高濃度的氨氮和磷等廢水厭氧發(fā)酵初步處理，得到沼氣和沼氣池出水，使用本發(fā)明的工藝系統(tǒng)對其進(jìn)行濃縮和回收，得到濃縮5-20倍的高濃度含氮磷元素的有機(jī)液態(tài)肥，同時回收純凈水，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)廢水的資源化和回用，達(dá)到畜牧養(yǎng)殖廢水的“零排放”。
背景技術(shù)：
膜蒸餾技術(shù)是傳統(tǒng)蒸餾工藝和膜分離技術(shù)相融合的一種新型工藝，膜蒸餾過程中熱料液的流體在流經(jīng)疏水膜表面時蒸發(fā)汽化，蒸汽通過疏水膜膜內(nèi)通道，到達(dá)冷凝側(cè)。該過程中水相中非揮發(fā)性的離子和分子則不能透過疏水膜被截留，從而達(dá)到溶液分離、濃縮或提純的目的。膜蒸餾是伴隨著多次相變的過程，熱料液與疏水膜的邊界層中水分子蒸發(fā)汽化，完成液態(tài)向氣態(tài)的第一次相轉(zhuǎn)化，膜在通過疏水膜孔道后到達(dá)冷凝側(cè)遇冷流體或低負(fù)壓環(huán)境發(fā)生冷凝，完成氣態(tài)相液態(tài)的第二次相轉(zhuǎn)化，傳質(zhì)的推動力為疏水膜兩側(cè)透過組分的蒸汽分壓差。相比較蒸餾和傳統(tǒng)壓力驅(qū)動膜過程，膜蒸餾的優(yōu)點(diǎn)主要有：(1)對被處理液的離子、大分子等非揮發(fā)性溶質(zhì)能達(dá)到近乎100％的截留效果；(2)操作溫度比蒸(精)餾低，能耗要遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)蒸(精)餾；(3)操作壓力遠(yuǎn)低于反滲透，也明顯低于納濾超濾等膜分離過程。伴隨著疏水膜材料和膜蒸餾工藝的進(jìn)步，結(jié)合膜蒸餾工藝的自身特點(diǎn)，該技術(shù)日益顯現(xiàn)出其在水處理領(lǐng)域尤其是高度濃縮和凈水回用方面的應(yīng)用潛力。
現(xiàn)有的膜蒸餾工藝的不足之處在能耗和對揮發(fā)性性溶質(zhì)的截留效果欠佳兩個主要方面：膜蒸餾工藝中需要對被處理液進(jìn)行加熱，占據(jù)了膜蒸餾工藝中能耗的絕大部分；對于揮發(fā)性溶質(zhì)的截留效果欠佳，如氨等，在膜蒸餾過程中會隨蒸汽一同揮發(fā)到達(dá)冷凝側(cè)，對需要保留該組分的濃縮工藝，傳統(tǒng)膜蒸餾法還未能彌補(bǔ)這一缺陷。
對畜牧養(yǎng)殖業(yè)中廢水的處理，傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵后的沼氣池出水，水質(zhì)很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，同時排放過程中，對廢水中富含的氮磷元素等養(yǎng)分也是一種浪費(fèi)。反觀用膜蒸餾法濃縮和回用畜牧養(yǎng)殖廢水，本身具有天然優(yōu)勢，一方面畜牧養(yǎng)殖廢水厭氧發(fā)酵處理過程中會產(chǎn)生較大量的沼氣，可作為膜蒸餾體系的能量來源；另一方面廢水中富含的氮磷元素經(jīng)過有效的濃縮方式，可以得到高養(yǎng)分的有機(jī)液態(tài)肥料，同時回收部分凈水。
針對膜蒸餾工藝中能耗和揮發(fā)性物質(zhì)氨的截留效果不佳，開發(fā)出適合特殊廢水，如畜牧養(yǎng)殖廢水，同時經(jīng)有效預(yù)處理措施能高效保留廢水中氨氮養(yǎng)分的膜蒸餾工藝具有重大的實(shí)際意義和應(yīng)用潛力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
綜合畜牧養(yǎng)殖廢水前處理的特點(diǎn)，本發(fā)明的目的是有效利用畜牧養(yǎng)殖廢水前期厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣作為膜蒸餾工藝的能量供給，同時經(jīng)過有效的處理方式保留沼液中氮磷等元素的養(yǎng)分，濃縮成液態(tài)肥料，達(dá)到畜牧養(yǎng)殖廢水的資源化利用，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水的“零排放”。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
一種養(yǎng)殖廢水資源化濃縮和回收裝置，其特征在于，包括厭氧反應(yīng)器、過濾池、堿度調(diào)節(jié)池、預(yù)加熱池、冷凝循環(huán)槽和膜蒸餾組件；厭氧反應(yīng)器的沼液出口連接過濾池，過濾池的沼液出口連接堿度調(diào)節(jié)池，堿度調(diào)節(jié)池的沼液出口連接預(yù)加熱池，預(yù)加熱池連接膜蒸餾組件的熱料液側(cè)，膜蒸餾組件的冷凝液側(cè)連接冷凝循環(huán)槽。
優(yōu)選地，所述的預(yù)加熱池內(nèi)從下到上分為沼氣加熱區(qū)、加熱保溫區(qū)和熱料液區(qū)，沼氣加熱區(qū)中設(shè)置的沼氣加熱器連接厭氧反應(yīng)器的沼氣出口，堿度調(diào)節(jié)池的沼液出口與加熱保溫區(qū)連接，熱料液區(qū)經(jīng)由溫度控制器和第一循環(huán)泵連接膜蒸餾組件的熱料液側(cè)的入口，膜蒸餾組件的熱料液側(cè)的出口連接熱料液區(qū)；所述的冷凝循環(huán)槽經(jīng)由第二循環(huán)泵連接膜蒸餾組件的冷凝液側(cè)的入口，膜蒸餾組件的冷凝液側(cè)的出口連接冷凝循環(huán)槽。
優(yōu)選地，所述的過濾池設(shè)置格柵或過濾網(wǎng)，除去沼液中的懸浮顆粒物。
優(yōu)選地，所述的過濾池底部設(shè)置廢渣池排口。
優(yōu)選地，所述的過濾池與堿度調(diào)節(jié)池之間的管路上設(shè)置第一調(diào)節(jié)閥，堿度調(diào)節(jié)池與預(yù)加熱池之間的管路上設(shè)置第二調(diào)節(jié)閥，所述的厭氧反應(yīng)器與過濾池之間的管路上設(shè)有送料泵。
優(yōu)選地，所述的堿度調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)有攪拌器。
優(yōu)選地，所述的預(yù)加熱池設(shè)有濃縮液排口。
優(yōu)選地，所述的冷凝循環(huán)槽設(shè)有溢流口。
優(yōu)選地，所述的熱料液側(cè)的出口和冷凝液側(cè)的入口位于膜蒸餾組件的上端，熱料液側(cè)的入口和冷凝液側(cè)的出口位于膜蒸餾組件的下端。
本發(fā)明還提供了一種養(yǎng)殖廢水資源化濃縮和回收工藝，其特征在于，采用上述的養(yǎng)殖廢水資源化濃縮和回收裝置，包括：經(jīng)厭氧反應(yīng)器處理后的沼液經(jīng)過濾池過濾后，進(jìn)入堿度調(diào)節(jié)池進(jìn)行堿度調(diào)節(jié)，堿度調(diào)節(jié)池出水通過以厭氧反應(yīng)器的沼氣作為熱源的預(yù)加熱池進(jìn)行加熱，預(yù)熱后的沼液輸送進(jìn)膜蒸餾組件的熱料液側(cè)進(jìn)行膜蒸餾處理，熱料液側(cè)產(chǎn)生的蒸汽通過膜蒸餾組件中的疏水膜而到達(dá)膜蒸餾組件的冷凝液側(cè)，冷凝液側(cè)采用水作為冷凝液，產(chǎn)出凈水。
優(yōu)選地，所述的預(yù)加熱區(qū)的加熱溫度控制在40-70℃。
優(yōu)選地，所述的膜蒸餾組件采用直接接觸式膜蒸餾。
優(yōu)選地，所述的堿度調(diào)節(jié)采用的是鹽酸、硫酸試劑或硝酸試劑。
優(yōu)選地，所述的堿度調(diào)節(jié)后pH在4-6之間。
通過采取上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：
畜牧養(yǎng)殖廢水經(jīng)厭氧處理后，可就地采用本技術(shù)工藝進(jìn)行養(yǎng)分濃縮和凈水回用；沼氣作為膜蒸餾工藝的主要熱源能提高沼氣的利用效率和減少存儲運(yùn)輸?shù)某杀?；堿度調(diào)節(jié)池的設(shè)置與堿度調(diào)節(jié)，可有效緩解氨氮類易揮發(fā)溶質(zhì)在膜蒸餾過程中的損失，本工藝能有效保留沼液廢水中90％以上的氨氮；經(jīng)工藝處理后的濃縮液部分可直接達(dá)到液態(tài)肥的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)資源充分利用，同時回收凈水，回用至生產(chǎn)及生活中。
本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水中高氨氮、高磷液的濃縮和凈水回用。本發(fā)明要解決養(yǎng)殖廢水的養(yǎng)分濃度低，保存不方便，水資源利用效率低等問題。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水的“零排放”，其突出特點(diǎn)有：1、充分利用養(yǎng)殖廢水初步厭氧處理后得到的沼氣和沼液，經(jīng)過本發(fā)明的膜蒸餾工藝，濃縮沼液、回收凈水；2、本發(fā)明中利用厭氧產(chǎn)生的沼氣作為整個處理工藝的主要能量來源，可就地實(shí)現(xiàn)本工藝系統(tǒng)的運(yùn)行，降低系統(tǒng)的能耗；3、本工藝能有效保存濃縮液中的氨氮元素，避免常規(guī)方法處理過程中氨氮因揮發(fā)性強(qiáng)而導(dǎo)致的流失。本發(fā)明是一種養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)鏈末端廢棄污染物的半獨(dú)立資源化處理工藝，能夠真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶。
附圖說明
圖1是養(yǎng)殖廢水資源化濃縮和回收裝置示意圖。
圖中：I、沼氣供氣管路；II、蒸發(fā)管道回路；III、冷凝管道回路。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實(shí)施例
如圖1所示，本發(fā)明的養(yǎng)殖廢水資源化濃縮和回收裝置，包括厭氧反應(yīng)器1、過濾池2、堿度調(diào)節(jié)池3、預(yù)加熱池4、冷凝循環(huán)槽5和膜蒸餾組件6。
厭氧反應(yīng)器1具有沼液出口和沼氣出口，沼液出口直接連接過濾池2，沼氣1-1經(jīng)沼氣供氣管路I直接導(dǎo)入預(yù)加熱池4的沼氣加熱器，對沼液1-2進(jìn)行預(yù)加熱。
過濾池2設(shè)置格柵或過濾網(wǎng)2-2，對細(xì)顆粒物或懸浮物進(jìn)行攔截，減少后續(xù)膜處理過程中的污染，延長膜蒸餾過程的使用時間。過濾池2的沼液出口連接堿度調(diào)節(jié)池3，過濾出水進(jìn)入堿度調(diào)節(jié)池3進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。所述的過濾池2底部設(shè)置廢渣池排口2-3。
堿度調(diào)節(jié)池3對初步過濾的沼液進(jìn)行堿度調(diào)節(jié)；堿度調(diào)節(jié)池3是本發(fā)明中保留氨氮元素的關(guān)鍵步驟。沼液的堿度調(diào)節(jié)使用鹽酸、硫酸試劑或硝酸試劑，調(diào)節(jié)工藝系統(tǒng)內(nèi)pH精確在4-6之間。堿度調(diào)節(jié)池3設(shè)置攪拌器3-2，保證調(diào)節(jié)液的混合充分。
堿度調(diào)節(jié)池3的沼液出口連接預(yù)加熱池4，預(yù)加熱池4內(nèi)從下到上分為沼氣加熱區(qū)4-1、加熱保溫區(qū)4-2和熱料液區(qū)4-3，沼氣加熱區(qū)4-1中設(shè)置的沼氣加熱器連接厭氧反應(yīng)器1的沼氣出口，堿度調(diào)節(jié)池3的沼液出口與加熱保溫區(qū)4-2連接。預(yù)加熱池4為堿度調(diào)節(jié)池3進(jìn)入的調(diào)節(jié)沼液和膜蒸餾組件6回流的沼液的一體式儲罐。
預(yù)加熱池4連接膜蒸餾組件6的熱料液側(cè)6-1，膜蒸餾組件6的冷凝液側(cè)6-2連接冷凝循環(huán)槽5。預(yù)加熱區(qū)4的加熱溫度由預(yù)加熱池4和溫度控制器9精確控制在40-70℃。預(yù)加熱池4設(shè)有濃縮液排口4-4。
熱料液區(qū)4-3經(jīng)由溫度控制器9和第一循環(huán)泵7連接膜蒸餾組件6的熱料液側(cè)6-1的入口6-b，膜蒸餾組件6的熱料液側(cè)6-1的出口6-a連接熱料液區(qū)4-3，構(gòu)成蒸發(fā)管道回路II。冷凝循環(huán)槽5經(jīng)由第二循環(huán)泵8連接膜蒸餾組件6的冷凝液側(cè)6-2的入口6-c，膜蒸餾組件6的冷凝液側(cè)6-2的出口6-d連接冷凝循環(huán)槽5，構(gòu)成冷凝管道回路III。實(shí)際中，本發(fā)明的膜蒸餾組件6不限于圖1中所示的單級膜蒸餾組件及其所配套的多級蒸發(fā)、冷凝管路等。
膜蒸餾組件6由疏水膜和組件組成，采用直接接觸式膜蒸餾，膜的一側(cè)直接接觸熱料液，另一側(cè)直接接觸冷凝液。傳質(zhì)過程主要為(1)被處理的熱料液主體流經(jīng)疏水膜表面，與疏水膜邊界層接觸；(2)熱料液在疏水膜的邊界層界面汽化，完成液態(tài)向氣態(tài)的相轉(zhuǎn)化；(3)汽化的蒸汽通過疏水膜內(nèi)孔道向冷凝液側(cè)擴(kuò)散；(4)熱蒸汽通過膜孔與冷凝液直接接觸而冷凝，再次完成氣態(tài)向液態(tài)的相轉(zhuǎn)化。
熱料液側(cè)6-1的出口6-a和冷凝液側(cè)6-2的入口6-c位于膜蒸餾組件6的上端，熱料液側(cè)6-1的入口6-b和冷凝液側(cè)6-2的出口6-d位于膜蒸餾組件6的下端。熱料液采用下進(jìn)上出的供水方式，保證熱料液的蒸發(fā)時間，冷凝液采用上進(jìn)下出的供水方式，在較低冷凝流量運(yùn)行中能夠造成跌水現(xiàn)象，形成一定的局部負(fù)壓，提高蒸發(fā)量，達(dá)到提高產(chǎn)水的效果。
冷凝循環(huán)槽5設(shè)置溢流口5-2，保證冷凝循環(huán)槽5內(nèi)水量恒定，溢流口5-2的出水為回用凈水，溢流口5-2的出水可連接生產(chǎn)、生活用水管路，亦可采用儲罐收集。
過濾池2與堿度調(diào)節(jié)池3之間的管路上設(shè)置第一調(diào)節(jié)閥2-4，堿度調(diào)節(jié)池3與預(yù)加熱池4之間的管路上設(shè)置第二調(diào)節(jié)閥3-3，所述的厭氧反應(yīng)器1與過濾池2之間的管路上設(shè)有送料泵10。
一種養(yǎng)殖廢水資源化濃縮和回收工藝，采用上述的養(yǎng)殖廢水資源化濃縮和回收裝置，包括：沼液1-經(jīng)過厭氧反應(yīng)器進(jìn)行厭氧初步處理后，經(jīng)厭氧反應(yīng)器1處理后的沼液經(jīng)過濾池2過濾后，進(jìn)入堿度調(diào)節(jié)池3進(jìn)行堿度調(diào)節(jié)，堿度調(diào)節(jié)池3出水通過以厭氧反應(yīng)器1的沼氣作為熱源的預(yù)加熱池4進(jìn)行加熱，預(yù)熱后的沼液輸送進(jìn)膜蒸餾組件6的熱料液側(cè)6-1進(jìn)行膜蒸餾處理，熱料液側(cè)6-1產(chǎn)生的蒸汽通過膜蒸餾組件6中的疏水膜而到達(dá)膜蒸餾組件6的冷凝液側(cè)6-2，冷凝液側(cè)6-2采用常溫循環(huán)自來水作為冷凝液，產(chǎn)出凈水，經(jīng)膜蒸餾濃縮后的高氮磷元素的溶液由濃縮液排口4-4排出。
所述膜蒸餾工藝經(jīng)過連續(xù)運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)氨氮元素的濃縮倍率達(dá)到5-20倍，產(chǎn)水回用率能夠達(dá)到進(jìn)水總量的30％-50％。
表1所示為某養(yǎng)豬廢水水樣經(jīng)過本工藝處理的部分測試數(shù)據(jù)：
表1畜牧廢水資源化水樣測試
上述實(shí)施例是對本發(fā)明進(jìn)行的具體描述，只是對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。