專利名稱：基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種畜禽糞污的能源再生利用技術(shù)，尤其涉及一種采用基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污的高效能源利用和污染零排放的系統(tǒng)及方法，為養(yǎng)殖場的基于畜禽糞污的沼氣工程建設(shè)提供技術(shù)支持。
背景技術(shù)：
禽畜養(yǎng)殖業(yè)是我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，隨著禽畜養(yǎng)殖業(yè)的大力發(fā)展， 畜禽糞污所造成的環(huán)境問題日益突出，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，危及生態(tài)安全，已成為社會普遍關(guān)注和亟待解決的問題之一。特別是集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)畜禽糞污排放量大、集中，而養(yǎng)殖場周圍一般沒有足夠的土地對其進(jìn)行消納，使得種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)脫節(jié)，導(dǎo)致畜禽糞污在一定區(qū)域內(nèi)過剩而造成污染。近年來，國家大力支持和推廣基于厭氧發(fā)酵技術(shù)的規(guī)模化養(yǎng)殖場沼氣工程，促進(jìn)養(yǎng)殖糞污的無害化處理和能源化利用，不但可以消除環(huán)境污染，生產(chǎn)清潔能源沼氣，產(chǎn)生的沼液和沼渣還可以生產(chǎn)有機(jī)肥料，適應(yīng)節(jié)能減排和能源可再生利用的發(fā)展需求，符合養(yǎng)殖企業(yè)本身需求以及國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。然而，沼氣工程中產(chǎn)生的大量沼液的消納問題成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。請參閱圖1，在現(xiàn)有技術(shù)中，沼氣工程針對畜禽糞污的處理流程通常包括以下內(nèi)容首先在厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中對畜禽糞污進(jìn)行發(fā)酵原料預(yù)處理、水解酸化和厭氧發(fā)酵等處理，其產(chǎn)出物包括沼氣和發(fā)酵剩余物，其中的沼氣被輸送到能源利用裝置中進(jìn)行燃燒或發(fā)電等回收利用，發(fā)酵剩余物被送至固液分離裝置中進(jìn)行固液分離，所分離出的固體含量高的部分(沼渣)經(jīng)改性處理和調(diào)配后作為有機(jī)肥料供給農(nóng)業(yè)利用，而所分離出的大量的液體部分(沼液)也是一種有機(jī)肥資源，但由于其產(chǎn)生量大，肥效指標(biāo)較低，一般周邊沒有足夠的消納土地，而遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成本較高；其次，沼液農(nóng)業(yè)利用又存在明顯的季節(jié)性，需要足夠大的存儲空間，造成一次建設(shè)成本較高，而直接進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放則成本巨大。目前沼液往往不能得到預(yù)期的“就地直接利用”，對周邊環(huán)境存在嚴(yán)重威脅。所以，規(guī)模化沼氣工程中沼液的高值化利用(即沼液的高附加值化利用)技術(shù)已成為一個至關(guān)重要的技術(shù)瓶頸問題，是亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)及方法，其利用膜濃縮技術(shù)將沼氣工程中產(chǎn)出的大量沼液加以濃縮、分離和進(jìn)一步發(fā)酵處理， 以降低沼液的產(chǎn)出量，解決沼液在后期儲存、運(yùn)輸和回收利用等方面所面臨的難題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)，包括一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器，包含畜禽糞污的發(fā)酵原料被送入其中進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，其產(chǎn)出物包括沼氣和發(fā)酵殘余物，其中將所產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出至該系統(tǒng)外部；固液分離裝置，包括固液分離機(jī)，將所述發(fā)酵殘余物送入該固液分離裝置中通過設(shè)置其中的固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離處理，分離出主要由固體部分組成的沼渣和主要由液體部分組成的沼液， 其中將所述沼渣通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部；膜濃縮裝置，將所述沼液送入該膜濃縮裝置中進(jìn)行濃縮和分離處理，分離出清液和濃縮沼液，其中將所述清液通過輸送管道輸出再利用或經(jīng)后繼處理后達(dá)標(biāo)排放；以及二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器，所述濃縮沼液被送入該二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中進(jìn)行二次厭氧發(fā)酵處理，其產(chǎn)出物包括沼氣和二級發(fā)酵后沼液，其中將產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出至該系統(tǒng)外部，并將所產(chǎn)出的二級發(fā)酵后沼液通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部以供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該膜濃縮裝置包括沼液預(yù)處理單元，包括砂濾罐，經(jīng)過固液分離后的所述沼液通過連接管道送入該砂濾罐中進(jìn)行過濾，以濾除粗大顆粒的固態(tài)物；酸化調(diào)節(jié)罐，經(jīng)砂濾后的沼液被送入該酸化調(diào)節(jié)罐中，與來自酸液池中的酸液進(jìn)行混合，將所述沼液酸化調(diào)節(jié)至預(yù)定的酸度；以及芯式過濾器，經(jīng)酸化調(diào)節(jié)后的沼液被送入該芯式過濾器進(jìn)行微濾，進(jìn)一步濾除微小顆粒的固態(tài)物；以及該膜濃縮裝置還包括反滲透膜柱，通過輸送管道和高壓泵連接至該沼液預(yù)處理裝置的芯式過濾器，來自該芯式過濾器的沼液從該反滲透膜柱的底部泵入，在壓力作用下緩慢上升并進(jìn)行過濾和分流，從而分離出清液和濃縮沼液；清液池，經(jīng)該反滲透膜柱分離出的清液被輸送至該清液池中；以及濃縮沼液池，經(jīng)該反滲透膜柱分離出的濃縮沼液被輸送至該濃縮沼液池中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該反滲透膜柱包括外殼，由玻璃鋼制成；多層膜片，每層膜片由耐污染的反滲透膜制成；以及多個導(dǎo)流盤，由高強(qiáng)度材料制成，所述多個導(dǎo)流盤的每兩個形成一對，每對導(dǎo)流盤正反相扣，將所述多個膜片夾在其中，在該外殼中自下而上堆疊多對導(dǎo)流盤，所述沼液自下而上依次流經(jīng)所述多對導(dǎo)流盤中的多層膜片，通過所述膜片過濾出的液體形成清液，被截留的液體形成濃縮沼液，所述清液與所述濃縮沼液分別經(jīng)由不同的流道流出該反滲透膜柱。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器為上流式厭氧污泥床、膨脹顆粒污泥床或厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器之一，來自該膜濃縮裝置的所述濃縮沼液在其中進(jìn)行二次厭氧發(fā)酵處理，在產(chǎn)出沼氣的同時去除所述濃縮沼液中的有機(jī)物。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，來自該膜濃縮裝置的清液直接回流至該一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，來自該膜濃縮裝置的清液在設(shè)置于該系統(tǒng)外部的清液后處理裝置中進(jìn)行好氧脫氨處理，將處理后清水達(dá)標(biāo)排放，或?qū)⑻幚砗笄逅亓髦猎撘患墔捬醢l(fā)酵反應(yīng)器中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器為升流式固體厭氧反應(yīng)器或連續(xù)攪拌反應(yīng)器，所述厭氧發(fā)酵處理包括對所述發(fā)酵原料進(jìn)行預(yù)處理、水解酸化和厭氧發(fā)酵。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，來自該固液分離裝置的沼渣在設(shè)置于該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行改性處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用；以及來自該第二厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的濃縮沼液在該農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)配處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理方法，其采用如上所述的畜禽糞污處理系統(tǒng)對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行處理，該方法包括以下步驟Si)將包含畜禽糞污的發(fā)酵原料送入一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，產(chǎn)出沼氣和發(fā)酵殘余物，其中將所產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出至該系統(tǒng)外部的能源利用裝置加以利用；S2)將所述發(fā)酵殘余物送入固液分離裝置中進(jìn)行固液分離處理，分離出主要由固體部分組成的沼渣和主要由液體部分組成的沼液，其中將所述沼渣通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行改性處理后供農(nóng)業(yè)應(yīng)用；S3)將所述沼液送入該膜濃縮裝置中進(jìn)行濃縮和分離處理，分離出清液和濃縮沼液；以及S4)將所述濃縮沼液送入二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中進(jìn)行再次厭氧發(fā)酵處理，產(chǎn)出沼氣和二級發(fā)酵后沼液，其中將所產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出，并對所產(chǎn)出的二級發(fā)酵后沼液通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)配后供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在步驟S3中，來自一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的沼液首先在沼液預(yù)處理單元中依次進(jìn)行砂濾、酸調(diào)節(jié)和微濾處理，然后在膜濃縮單元中進(jìn)行濃縮和分離。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在步驟S4之后，來自膜濃縮裝置的清液直接回流至該一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在步驟S4之后，來自膜濃縮裝置的清液在該系統(tǒng)外部的清液后處理裝置中進(jìn)行好氧脫氨處理，將處理后清水達(dá)標(biāo)排放，或?qū)⑻幚砗笄逅亓髦猎撘患墔捬醢l(fā)酵反應(yīng)器中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理方法還包括以下步驟在步驟S2之后，來自該固液分離裝置的沼渣在設(shè)置于該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行改性處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用；以及在步驟S4之后，來自該第二厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的濃縮沼液在該農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)配處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。本發(fā)明利用膜濃縮技術(shù)將沼液進(jìn)行濃縮，通過膜濃縮技術(shù)截留沼液中的營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物以形成濃縮沼液，同時分離出清液，其中，將所述濃縮沼液再次經(jīng)過高效厭氧反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵處理，進(jìn)一步產(chǎn)生沼氣并同時去除濃縮沼液中的有機(jī)物，使得經(jīng)再次發(fā)酵處理后的沼液經(jīng)營養(yǎng)調(diào)配后即可直接農(nóng)用，而且，所分離出的清液經(jīng)過好氧脫氨處理后也可實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。本發(fā)明的整體技術(shù)將能夠顯著減少沼液的產(chǎn)出量，降低了沼液的后期儲運(yùn)成本， 同時還使得沼氣工程的沼氣產(chǎn)能最大化，并實(shí)現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用以及沼液的在農(nóng)業(yè)上的直接利用，具有顯著的綜合效益。


圖1為本發(fā)明的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)的方框圖。圖2為本發(fā)明的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理方法的流程圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的膜濃縮分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3所示膜濃縮分離裝置的反滲透膜柱的局部結(jié)構(gòu)示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下1-一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器2-固液分離裝置
3-膜濃縮裝置31-沼液預(yù)處理單元311-砂濾罐312-酸化調(diào)節(jié)罐313-芯式過濾器32-反滲透膜柱321-外殼322-膜片323-導(dǎo)流盤33-清液池34-濃縮沼液池4-二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5-清液后處理裝置6-農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。如圖1所示，其為本發(fā)明的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)的方框圖。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)包括通過輸送管道相互連通的一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器1、固液分離裝置2、膜濃縮裝置3和二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器4。其中，包含畜禽糞污的發(fā)酵原料被送入一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器1中，與存在于一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器1中的厭氧菌該進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，其產(chǎn)出物包括沼氣和發(fā)酵殘余物，所產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道被輸送至該系統(tǒng)外部，供沼氣利用裝置進(jìn)行燃燒或發(fā)電等。在固液分離裝置2中包括固液分離機(jī)，將所述發(fā)酵殘余物送入該固液分離裝置2 中通過設(shè)置其中的固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離處理，分離出主要由固體部分組成的沼渣和主要由液體部分組成的沼液，將所述沼渣通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部，在經(jīng)過營養(yǎng)和水分調(diào)配后可供農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)6進(jìn)行農(nóng)田灌溉等農(nóng)業(yè)應(yīng)用。將固液分離裝置2中輸出的沼液送入膜濃縮裝置3中進(jìn)行濃縮和分離處理，分離出清液和濃縮沼液，其中將所述清液通過輸送管道輸出再利用或經(jīng)后繼處理后達(dá)標(biāo)排放。來自膜濃縮裝置3的濃縮沼液被送入二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器4中進(jìn)行二次厭氧發(fā)酵處理，其產(chǎn)出物包括沼氣和二級發(fā)酵后沼液，其中將產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出至該系統(tǒng)外部，并將所產(chǎn)出的二級發(fā)酵后沼液通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部，供農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)6 進(jìn)行農(nóng)田灌溉等農(nóng)業(yè)應(yīng)用。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的膜濃縮分離裝置3的結(jié)構(gòu)示意圖，其具體結(jié)構(gòu)如下膜濃縮裝置3包括通過輸送管道相互連通的沼液預(yù)處理單元31、反滲透膜柱32、 清液池33和濃縮沼液池34。其中，沼液預(yù)處理單元31包括砂濾罐311，經(jīng)過固液分離后的所述沼液通過連接管道送入該砂濾罐311中進(jìn)行過濾，以濾除粗大顆粒的固態(tài)物；酸化調(diào)節(jié)罐312，經(jīng)砂濾后的沼液被送入該酸化調(diào)節(jié)罐312中，與來自酸液池中的酸液進(jìn)行混合，將所述沼液酸化調(diào)節(jié)至預(yù)定的酸度；以及芯式過濾器313，經(jīng)酸化調(diào)節(jié)后的沼液被送入該芯式過濾器313進(jìn)行微濾，進(jìn)一步濾除微小顆粒的固態(tài)物。在反滲透膜柱32中，通過輸送管道和高壓泵連接至該沼液預(yù)處理裝置31的芯式過濾器313，來自該芯式過濾器313的沼液從該反滲透膜柱32的底部泵入，在壓力作用下緩慢上升并進(jìn)行過濾和分流，從而分離出清液和濃縮沼液。經(jīng)該反滲透膜柱32分離出的清液被輸送至該清液池33中，而經(jīng)該反滲透膜柱32 分離出的濃縮沼液被輸送至該濃縮沼液池34中。圖4是圖3所示膜濃縮分離裝置的反滲透膜柱的局部結(jié)構(gòu)示意圖(僅示出一對導(dǎo)流盤323及其中夾著的多層膜片32 。如圖4所示，本發(fā)明的反滲透膜柱32可采用碟管式膜柱組件來實(shí)現(xiàn)，其具體包括外殼321，由玻璃鋼制成；多層膜片322，每層膜片323由耐污染的反滲透膜制成；以及多個導(dǎo)流盤323，由塑料或樹脂等高強(qiáng)度材料制成，所述多個導(dǎo)流盤323的每兩個形成一對，每對導(dǎo)流盤322正反相扣，將所述多個膜片322夾在其中，在該外殼321中自下而上堆疊多對導(dǎo)流盤323，所述沼液自下而上依次流經(jīng)所述多對導(dǎo)流盤 323中的多層膜片323，通過所述膜片323過濾出的液體形成清液，被截留的液體形成濃縮沼液，所述清液與所述濃縮沼液分別經(jīng)由不同的流道流出該反滲透膜柱32。碟管式膜柱組件通常被用來進(jìn)行垃圾滲濾液的處理。其具有開放式寬流道及獨(dú)特的帶凸點(diǎn)導(dǎo)流盤，料液在組件中形成湍流狀態(tài)，最大程度上減少了膜表面結(jié)垢、污染及濃差極化現(xiàn)象的產(chǎn)生，使得碟管式膜柱組件即使在高壓的操作壓力下也能體現(xiàn)其優(yōu)越的性能。 此外，碟管式膜柱組件還能有效避免膜的結(jié)垢，減輕膜污染程度，使反滲透膜的壽命延長， 其特殊結(jié)構(gòu)及水力學(xué)設(shè)計(jì)使膜組件易于清洗，清洗后通量恢復(fù)性非常好，從而延長了膜片壽命ο本發(fā)明將這種碟管式膜柱組件應(yīng)用于沼液的濃縮和分離，獲得了良好的處理效果和非常高的處理效率。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中的一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器1為升流式固體厭氧反應(yīng)器或連續(xù)攪拌反應(yīng)器，這兩種反應(yīng)器在現(xiàn)有技術(shù)中通常用于高固體濃度物料的厭氧發(fā)酵過程。所述厭氧發(fā)酵處理是指將固態(tài)物料液化并將其中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣的過程。一級厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物即為沼液，沼液中仍然含有一定量的有機(jī)物，但濃度相對較低，若對沼液繼續(xù)進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，則會導(dǎo)致反應(yīng)器體積成倍增加，反應(yīng)效率大大降低。二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器4為上流式厭氧污泥床、膨脹顆粒污泥床或厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器等高效厭氧反應(yīng)器，來自該膜濃縮裝置3的所述濃縮沼液在其中進(jìn)行二次厭氧發(fā)酵處理，在產(chǎn)出沼氣的同時去除所述濃縮沼液中的有機(jī)物。這些反應(yīng)器在現(xiàn)有技術(shù)中通常被用來進(jìn)行污水處理，相比較前述升流式固體厭氧反應(yīng)器或連續(xù)攪拌反應(yīng)器，具有更高的反應(yīng)效率。但由于其要求待處理污水的固體濃度不能太高，因此不會被用于進(jìn)行畜禽糞污的厭氧發(fā)酵處理，但適于對本發(fā)明的來自膜濃縮裝置3的濃縮沼液進(jìn)行處理。因此，本發(fā)明采用膜濃縮技術(shù)對來自固液分離裝置2的含大量水分的沼液加以濃縮，使得濃縮沼液得以進(jìn)入通常只用于污水處理的二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器4中進(jìn)行進(jìn)一步處理，從而實(shí)現(xiàn)了最佳的處理效果和處理效率。而未經(jīng)膜濃縮的沼液無論是再次進(jìn)入一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器1或是直接二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器4進(jìn)行處理，其效果都不甚理想。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，來自該膜濃縮裝置3的清液可直接回流至該一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器1中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配(即進(jìn)行稀釋)?；蛘撸瑏碜栽撃饪s裝置3的清液也可在設(shè)置于該系統(tǒng)外部的清液后處理裝置5 中進(jìn)行好氧脫氨處理，將處理后清水達(dá)標(biāo)排放，或?qū)⑻幚砗笄逅亓髦猎撘患墔捬醢l(fā)酵反應(yīng)器1中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。來自該固液分離裝置2的沼渣可在設(shè)置于該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)6中進(jìn)行改性處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用；以及來自該第二厭氧發(fā)酵反應(yīng)器4的濃縮沼液可在農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)6中進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)配處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。這里所指農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)6是一個比較寬泛的說法，其可以是一套農(nóng)業(yè)設(shè)施，也可以是完全不同的農(nóng)業(yè)設(shè)施，可以根據(jù)其應(yīng)用對象和應(yīng)用場合的不同而具體配置。下面結(jié)合圖2對本發(fā)明的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理方法加以描述。當(dāng)采用如上所述的畜禽糞污處理系統(tǒng)對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行處理時，其處理方法包括以下步驟Sl將包含畜禽糞污的發(fā)酵原料送入一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器1中進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理， 產(chǎn)出沼氣和發(fā)酵殘余物，其中將所產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出至該系統(tǒng)外部的能源利用裝置加以利用；S2將所述發(fā)酵殘余物送入固液分離裝置2中進(jìn)行固液分離處理，分離出主要由固體部分組成的沼渣和主要由液體部分組成的沼液，其中將所述沼渣通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)6進(jìn)行改性處理后供農(nóng)業(yè)應(yīng)用；S3將所述沼液送入該膜濃縮裝置3中進(jìn)行濃縮和分離處理，分離出清液和濃縮沼液；以及S4將所述濃縮沼液送入二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器4中進(jìn)行再次厭氧發(fā)酵處理，產(chǎn)出沼氣和二級發(fā)酵后沼液，其中將所產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出，并對所產(chǎn)出的二級發(fā)酵后沼液通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)6進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)配后供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。其中，在步驟S3中，來自一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器1的沼液首先在沼液預(yù)處理單元31 中依次進(jìn)行砂濾、酸調(diào)節(jié)和微濾處理，然后在膜濃縮單元32中進(jìn)行濃縮和分離。在步驟S4之后，來自膜濃縮裝置3的清液直接回流至該一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器1中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。在步驟S4之后，來自膜濃縮裝置3的清液在該系統(tǒng)外部的清液后處理裝置5中進(jìn)行好氧脫氨處理，將處理后清水達(dá)標(biāo)排放，或?qū)⑻幚砗笄逅亓髦猎撘患墔捬醢l(fā)酵反應(yīng)器1 中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。本發(fā)明的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理方法還包括以下步驟在步驟S2之后，來自該固液分離裝置2的沼渣在設(shè)置于該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)6中進(jìn)行改性處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用；以及在步驟S4之后，來自該第二厭氧發(fā)酵反應(yīng)器4的濃縮沼液在該農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)6中進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)配處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。本發(fā)明利用膜濃縮技術(shù)將沼液進(jìn)行濃縮，通過膜濃縮技術(shù)截留沼液中的營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物以形成濃縮沼液，同時分離出清液，其中，將所述濃縮沼液再次經(jīng)過高效的二級厭
10氧發(fā)酵反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵處理，進(jìn)一步產(chǎn)生沼氣并同時去除濃縮沼液中的有機(jī)物，使得經(jīng)再次發(fā)酵處理后的沼液經(jīng)營養(yǎng)調(diào)配后即可直接農(nóng)用，而且，所分離出的清液經(jīng)過好氧脫氨處理后也可實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。本發(fā)明的整體技術(shù)將能夠顯著減少沼液的產(chǎn)出量，降低了含水量巨大的沼液的后期儲運(yùn)成本，同時還使得沼氣工程的沼氣產(chǎn)能最大化，以及實(shí)現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用和沼液的在農(nóng)業(yè)上的直接利用，具有顯著的綜合效益。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)，包括一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(1)，包含畜禽糞污的發(fā)酵原料被送入其中進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，其產(chǎn)出物包括沼氣和發(fā)酵殘余物，其中將所產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出至該系統(tǒng)外部；固液分離裝置O)，包括固液分離機(jī)，將所述發(fā)酵殘余物送入該固液分離裝置O)中通過設(shè)置其中的固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離處理，分離出主要由固體部分組成的沼渣和主要由液體部分組成的沼液，其中將所述沼渣通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部；膜濃縮裝置(3)，將所述沼液送入該膜濃縮裝置(3)中進(jìn)行濃縮和分離處理，分離出清液和濃縮沼液，其中將所述清液通過輸送管道輸出再利用或經(jīng)后繼處理后達(dá)標(biāo)排放；以及二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器G)，所述濃縮沼液被送入該二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(4)中進(jìn)行二次厭氧發(fā)酵處理，其產(chǎn)出物包括沼氣和二級發(fā)酵后沼液，其中將產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出至該系統(tǒng)外部，并將所產(chǎn)出的沼液通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部以供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)，其中該膜濃縮裝置 ⑶包括沼液預(yù)處理單元(31)，包括砂濾罐(311)，經(jīng)過固液分離后的所述沼液通過連接管道送入該砂濾罐(311)中進(jìn)行過濾，以濾除粗大顆粒的固態(tài)物；酸化調(diào)節(jié)罐(312)，經(jīng)砂濾后的沼液被送入該酸化調(diào)節(jié)罐(312)中，與來自酸液池中的酸液進(jìn)行混合，將所述沼液酸化調(diào)節(jié)至預(yù)定的酸度；以及芯式過濾器(313)，經(jīng)酸化調(diào)節(jié)后的沼液被送入該芯式過濾器(31 進(jìn)行微濾，進(jìn)一步濾除微小顆粒的固態(tài)物；以及反滲透膜柱(32)，通過輸送管道和高壓泵連接至該沼液預(yù)處理裝置(31)的芯式過濾器(313)，來自該芯式過濾器(313)的沼液從該反滲透膜柱(32)的底部泵入，在壓力作用下上升并進(jìn)行過濾和分流，從而分離出清液和濃縮沼液；清液池(33)，經(jīng)該反滲透膜柱(32)分離出的清液被輸送至該清液池(3 中；以及濃縮沼液池(34)，經(jīng)該反滲透膜柱(3 分離出的濃縮沼液被輸送至該濃縮沼液池 (34)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)，其中該反滲透膜柱 (32)包括外殼(321)，由玻璃鋼制成；多層膜片(322)，每層膜片(323)由耐污染的反滲透膜制成；以及多個導(dǎo)流盤(323)，由高強(qiáng)度材料制成，所述多個導(dǎo)流盤(323)的每兩個形成一對， 每對導(dǎo)流盤(322)反相扣，將所述多個膜片(32 夾在其中，在該外殼(321)中自下而上堆疊多對導(dǎo)流盤(323)，所述沼液自下而上依次流經(jīng)所述多對導(dǎo)流盤(323)中的多層膜片 (323)，通過所述膜片(32 過濾出的液體形成清液，被截留的液體形成濃縮沼液，所述清液與所述濃縮沼液分別經(jīng)由不同的流道流出該反滲透膜柱(32)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)，其中該二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(4)為上流式厭氧污泥床、膨脹顆粒污泥床或厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器之一，來自該膜濃縮裝置(3)的所述濃縮沼液在其中進(jìn)行二次厭氧發(fā)酵處理，在產(chǎn)出沼氣的同時去除所述濃縮沼液中的有機(jī)物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)，其中，來自該膜濃縮裝置( 的清液直接回流至該一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(1)中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)，其中，來自該膜濃縮裝置(3)的清液在設(shè)置于該系統(tǒng)外部的清液后處理裝置(5)中進(jìn)行好氧脫氨處理，將處理后清水達(dá)標(biāo)排放，或?qū)⑻幚砗笄逅亓髦猎撘患墔捬醢l(fā)酵反應(yīng)器(1)中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)，其中該一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(1)為升流式固體厭氧反應(yīng)器或連續(xù)攪拌反應(yīng)器，所述厭氧發(fā)酵處理包括對所述發(fā)酵原料進(jìn)行預(yù)處理、水解酸化和厭氧發(fā)酵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)其中，來自該固液分離裝置O)的沼渣在設(shè)置于該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)(6)中進(jìn)行改性處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用；以及來自該第二厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(4)的濃縮沼液在該農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)(6)中進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)配處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。
9.一種基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理方法，其采用如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的畜禽糞污處理系統(tǒng)對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行處理，該方法包括以下步驟51)將包含畜禽糞污的發(fā)酵原料送入一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(1)中進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理， 產(chǎn)出沼氣和發(fā)酵殘余物，其中將所產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出至該系統(tǒng)外部的能源利用裝置加以利用；52)將所述發(fā)酵殘余物送入固液分離裝置O)中進(jìn)行固液分離處理，分離出主要由固體部分組成的沼渣和主要由液體部分組成的沼液，其中將所述沼渣通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)(6)進(jìn)行改性處理后供農(nóng)業(yè)應(yīng)用；53)將所述沼液送入該膜濃縮裝置(3)中進(jìn)行濃縮和分離處理，分離出清液和濃縮沼液；以及54)將所述濃縮沼液送入二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中進(jìn)行再次厭氧發(fā)酵處理，產(chǎn)出沼氣和沼液，其中將所產(chǎn)出的沼氣通過輸氣管道輸出，并對所產(chǎn)出的沼液通過輸送裝置輸出至該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)(6)進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)配后供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理方法，在步驟S3中，來自一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(1)的沼液首先在沼液預(yù)處理單元(31)中依次進(jìn)行砂濾、酸調(diào)節(jié)和微濾處理，然后在膜濃縮單元(3 中進(jìn)行濃縮和分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理方法，在步驟S4之后，來自膜濃縮裝置( 的清液直接回流至該一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(1)中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理方法，在步驟S4之后，來自膜濃縮裝置(3)的清液在該系統(tǒng)外部的清液后處理裝置(5)中進(jìn)行好氧脫氨處理，將處理后清水達(dá)標(biāo)排放，或?qū)⑻幚砗笄逅亓髦猎撘患墔捬醢l(fā)酵反應(yīng)器(1)中對包含畜禽糞污的發(fā)酵原料進(jìn)行調(diào)配。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理方法，還包括以下步驟在步驟S2之后，來自該固液分離裝置(2)的沼渣在設(shè)置于該系統(tǒng)外部的農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng) (6)中進(jìn)行改性處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用；以及在步驟S4之后，來自該第二厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(4)的沼液在該農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)(6)中進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)配處理，從而作為有機(jī)肥料供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器、固液分離裝置、膜濃縮裝置和二級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器。該系統(tǒng)的核心部分采用膜濃縮技術(shù)對一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器產(chǎn)生的并經(jīng)過固液分離裝置之后的沼液進(jìn)行濃縮，分離出清液和濃縮沼液，膜濃縮后的清液通過好氧脫氨等后繼處理后可用于一級厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中厭氧發(fā)酵原料的調(diào)配或直接達(dá)標(biāo)排放，濃縮沼液再經(jīng)二級高效厭氧發(fā)酵，進(jìn)一步產(chǎn)出沼氣，從而提高了畜禽糞污的能源利用率，且發(fā)酵殘余物最終可供農(nóng)業(yè)應(yīng)用。該方法工藝簡單，沼液產(chǎn)出量得以顯著減少，降低了農(nóng)業(yè)應(yīng)用的難度及中間運(yùn)輸、儲存等環(huán)節(jié)的成本，實(shí)現(xiàn)了畜禽糞污的高效能源化利用和零排放。
文檔編號C02F11/04GK102249507SQ20111009505
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者朱民, 梁康強(qiáng), 賈立敏, 閻中, 魏泉源 申請人:北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院