一种沼气液多级膜浓缩处理系统及方法与流程

本发明属于沼气液浓缩处理领域，具体涉及一种沼气液多级膜浓缩处理系统及方法。

背景技术：

随着畜牧养殖业的发展，沼气工程因其初次投入相对较少，运行费用较低，沼气的发电和燃烧等经济效益较好，沼气工程目前已在行业中得到大量推广。但是发酵产沼气的同时会产生大量沼液及沼渣等发酵残余物，其中沼液量巨大。沼液富含营养元素是非常具有回收价值的有机肥料资源，沼液还田是我国当前沼液处置的主流途径，但传统的沼液施肥受沼液储存、运输的影响，服务半径受限，沼液施肥还存在季节限制，沼液排放连续性与农田施肥季节性存在矛盾，而且长期大量直接灌溉具有污染土壤、地表水、地下水的风险，这些问题制约着沼液的资源化利用。因此，研发沼液的高值化综合利用技术，减少沼液体积、提高沼液营养物质含量，扩大沼液的利用半径，提升沼液的增效价值，尤为重要。

技术实现要素：

针对沼气工程中沼液产量大、处理成本高、储存运输困难和营养物质含量偏低等问题，本发明提出了一种沼气液多级膜浓缩处理系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种沼气液多级膜浓缩处理系统，其包括依次连通的砂过滤器、超滤膜过滤器、沼液水箱、一级纳滤膜过滤器和二级纳滤膜过滤器，所述超滤膜过滤器的淡水出口与所述沼液水箱的入口连通，所述超滤膜过滤器的浓水出口与所述砂过滤器的入口连通，所述一级纳滤膜过滤器的入口分别与所述沼液水箱的出水口及所述二级纳滤膜过滤器的浓水出口连通，所述一级纳滤膜过滤器的浓水出口与沼液浓缩液外排管道连通，所述一级纳滤膜过滤器的淡水出口与所述二级纳滤膜过滤器的入口连通。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述砂过滤器内的滤料为石英砂，石英砂的粒径为0.5-1.0mm，由石英砂构成的滤料层的厚度为600-800mm。

采用上述改进的优点为，0.5-1.0mm粒径的石英砂堆成600-800mm厚后，可有效的截留沼液中的悬浮物、颗粒杂质，防止其对后续的超滤膜及纳滤膜产生不利影响。

进一步，所述超滤膜过滤器为管式超滤膜过滤器。

采用上述改进的优点为，管式超滤膜过滤技术成熟度好，易安装维护。

进一步，所述二级纳滤膜过滤器的淡水出口与纳滤膜反洗系统或沼气工程的中水回用系统连通。

采用上述改进的优点为，沼液浓缩时分离出的淡水用于纳滤膜反洗及沼气工程中水回用，可有效节约用水，降低该系统的运行成本。

进一步，所述砂过滤器的出水口与所述超滤膜过滤器的入口之间的连通管道上设有第一水泵，所述沼液水箱的出水口与所述一级纳滤膜过滤器的入口之间的连通管道上设有第二水泵。

进一步，所述砂过滤器、超滤膜过滤器、一级纳滤膜过滤器、二级纳滤膜过滤器、第一水泵和第二水泵均与一plc控制器电连接。

采用上述改进的优点为，便于实现自动控制。

此外，本发明还提供了利用上述的多级膜浓缩处理系统进行沼气液多级膜浓缩处理的方法，其包括如下步骤：首先，原始沼液经过砂过滤器过滤，滤除悬浮物及杂质颗粒，砂过滤器的出水通入超滤膜过滤器中，滤除细菌，随后超滤膜过滤器出的淡水被送入沼液水箱中暂存，超滤膜过滤器出的浓水回流至砂过滤器重新过滤，沼液水箱存水达到设定量后向所述一级纳滤膜过滤器送水，一级纳滤膜过滤器出的浓水即为沼液浓缩液，一级纳滤膜过滤器出的淡水继续向二级纳滤膜过滤器输送，二级纳滤膜过滤器的浓水向一级内滤膜过滤器回流以增加沼液浓缩液的回收率，二级纳滤膜过滤器的淡水用于纳滤膜反洗或沼气工程的中水回用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

与原始沼液比较，经本发明所涉及的沼液浓缩处理后的透过液(淡水)中氨氮、cod和电导率的去除率高达90％以上，可满足沼气工程工艺前端调浆要求，也可用于纳滤膜系统清洗,节约用水，降低系统运行成本；双级纳滤膜系统对沼气液进行浓缩，浓缩沼液体积约为原液的20-25％，沼液中营养物质浓度提高4-5倍，沼液浓缩后便于储存和运输，有利于扩大沼液的利用半径。

附图说明

图1为本发明提供的一种沼气液多级膜浓缩处理系统及方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明提供一种沼气液多级膜浓缩处理系统，其包括依次连通的砂过滤器、超滤膜过滤器、沼液水箱、一级纳滤膜过滤器和二级纳滤膜过滤器，所述超滤膜过滤器的淡水出口与所述沼液水箱的入口连通，所述超滤膜过滤器的浓水出口与所述砂过滤器的入口连通，所述一级纳滤膜过滤器的入口分别与所述沼液水箱的出水口及所述二级纳滤膜过滤器的浓水出口连通，所述一级纳滤膜过滤器的浓水出口与沼液浓缩液外排管道连通，所述一级纳滤膜过滤器的淡水出口与所述二级纳滤膜过滤器的入口连通。

需要说明的是，沼液水箱的有效容积在1立方以上，用于暂时储存来自管式超滤膜过滤出水，以便采用高压泵泵入后续的两级纳滤器。两级纳滤器均采用ge复合纳滤膜元件hl4040tf，有效膜面积8.2m2，膜元件具有玻璃钢缠绕外壳和标准进水流道，中低压部分采用upvc管件，高压部分采用304ss管件。

进一步，所述砂过滤器内的滤料为石英砂，石英砂的粒径为0.5-1.0mm，由石英砂构成的滤料层的厚度为600-800mm。

需要说明的是，砂过滤器的滤料是石英砂，过滤容器材质为frp，在一定操作压力(<0.6mpa)下将沼液通过滤料截留悬浮物、颗粒等杂质，砂过滤器可根据过滤器前后压差进行自动反冲洗，反冲洗通过控制阀门使水的方向改变；随着砂过滤器对沼气液悬浮物的截留作用，滤层缝隙被杂质堵住，出水压力减小，需要对滤层进行反冲洗，当砂滤过滤器前后压差达到0.2mpa时，对砂滤罐进行反冲。

进一步，所述超滤膜过滤器为管式超滤膜过滤器。

需要说明的是，管式超滤膜的材质是pvdf，具有耐酸碱性好、抗污染性强、耐化学清洗、耐高浓度余氯的特点。

进一步，所述二级纳滤膜过滤器的淡水出口与纳滤膜反洗系统或沼气工程的中水回用系统连通。

需要说明的是，上述两级纳滤膜膜浓缩系统，第一级纳滤膜系统所产生透过液进入第二级纳滤膜系统进行过滤，进一步降低产水的氨氮、盐离子、cod等。沼液经两级纳滤浓缩处理，二级纳滤系统的透过液中盐、cod等污染物浓度大大降低，可进入纳滤膜反洗系统进水，或作为沼气工程中水回用。在双级纳滤膜浓缩系统中，压力一定时膜透过量下降10％～15％时，对膜柱进行物理清洗，物理清洗不再起作用时，对膜柱进行化学清洗。

进一步，所述砂过滤器的出水口与所述超滤膜过滤器的入口之间的连通管道上设有第一水泵，所述沼液水箱的出水口与所述一级纳滤膜过滤器的入口之间的连通管道上设有第二水泵。

需要说明的是，第二水泵应为高压泵，其提供足够大的压力使沼液通过一级及二级纳滤膜毂滤器进行浓缩分离。

进一步，所述砂过滤器、超滤膜过滤器、一级纳滤膜过滤器、二级纳滤膜过滤器、第一水泵和第二水泵均与一plc控制器电连接。

上述的沼气液膜浓缩处理系统进行沼气液浓缩处理的步骤如下：首先，原始沼液经过砂过滤器过滤，滤除悬浮物及杂质颗粒，砂过滤器的出水通入超滤膜过滤器中，滤除细菌，随后超滤膜过滤器出的淡水被送入沼液水箱中暂存，超滤膜过滤器出的浓水回流至砂过滤器重新过滤，沼液水箱存水达到设定量后向所述一级纳滤膜过滤器送水，一级纳滤膜过滤器出的浓水即为沼液浓缩液，一级纳滤膜过滤器出的淡水继续向二级纳滤膜过滤器输送，二级纳滤膜过滤器的浓水向一级内滤膜过滤器回流以增加沼液浓缩液的回收率，二级纳滤膜过滤器的淡水用于纳滤膜反洗或沼气工程的中水回用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。