一种模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统及方法与流程

本发明涉及猪粪处理技术领域，特别是针对猪粪废水的脱水浓缩这个工艺处理环节，设计发明了一种模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统。

背景技术：

随着规模化养猪场迅速发展，猪粪废水的排放量越来越大，一个养猪场内以一组2400头的规模，日排放污水量就将达到20t/d。大规模的猪粪废水处理，带来了一系列日趋严峻的环境问题。

养猪场废水主要来源于猪粪尿、猪栏冲洗水，含有粪便、尿、饲料等，猪粪废水的主要特征是：高氨氮、高有机污染物、高含磷、悬浮物多，污水中还含有消毒水、残留的农药、以及各种人畜共患病毒和细菌。这些污染物如不进行适当处理，一旦进入天然水体、农田，就会对水体和农田造成污染，也容易引发养猪场内的传染病。

目前，对于养猪场废水的处理没有固定的处理工艺流程，一般运用传统的“厌氧消化+好氧生化”方式，但因为猪粪废水的含水量非常大、厌氧出水可生化性差、污泥容易上浮、废水排放难达标等问题，而现有的猪粪处理系统不能连续工作，处理能力有限，且效率较低。因此研究一种能够连续工作，并能降低猪粪废水含水率、增加养猪场废水回用、杜绝养猪场内病毒和细菌的交叉传染的养猪场废水处理工艺，助力绿色循环经济，具有十分重要的现实意义。

技术实现要素：

为此，本发明设计了一套模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统及方法，通过对猪粪废水的真空蒸馏脱水，降低了猪粪废水含水率，有效改善现有的大规模猪粪废水处理工艺过程中堆肥处理效果；通过增加养猪场废水回用率(50％以上)，使得后续固液分离产生的废水量大幅度减少，从而有效缓解了废水处理难度，实现达标排放，并能连续快速实现对猪粪废水的处理。

为实现上述目的，本发明的一种模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统及方法，采用以下技术方案：

一种模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统，共分为以下三个工艺模块：1)蒸汽锅炉模块其包括配装烟气净化装置、集水箱、增压供水泵等；2)蒸馏塔模块，其包括配装猪粪废水加热器、真空泵、螺杆泵、冷凝器、plc控制柜等；3)冷却塔模块，其包括配装循环水泵、回用水箱等。所述蒸馏塔模块包括猪粪废水加热器和蒸馏塔，污水提升泵将猪粪废水从收集池中抽出并注入所述猪粪废水加热器中加热后输送至所述蒸馏塔中蒸馏，所述蒸馏塔的下方设置有粪污排出口，所述粪污排出口与污泥输送泵连接，所述污泥输送泵将经过所述蒸馏塔蒸馏后的猪粪抽出并排至猪粪浓液收集池中；所述蒸馏塔的上方设置有蒸汽排出口，所述蒸汽排出口与真空泵连接，所述真空泵将所述蒸馏塔内的蒸汽抽出后经冷凝器冷凝后排至蒸馏水回用收集池中。

优选的，所述猪粪废水加热器为管式加热器，所述管式加热器的下端的进料口与所述污水提升泵的排出口连接，所述管式加热器的上端的出料口与所述蒸馏塔的进料口连接。

优选的，所述管式加热器为蒸汽加热器，所述管式加热器由蒸汽锅炉模块供给蒸汽。

优选的，所述蒸汽锅炉模块包括蒸汽锅炉，所述蒸汽锅炉的进水口通过水管与补水箱连接，所述蒸汽锅炉上端的蒸汽排出口通过管路与所述猪粪废水加热器的蒸汽进口连接以向所述猪粪废水加热器提供加热蒸汽。

优选的，所述真空泵设置有两套，两套所述真空泵并联设置，两套所述真空泵交错工作或共同工作。

优选的，所述冷凝器为螺旋缠绕管换热器。

优选的，所述冷凝器的冷凝水进口与冷却水循环泵连接，所述冷却水循环水泵的进水口与冷却水塔连接，所述冷却水塔连接水源。

优选的，所述真空泵上设置有冷却部，所述冷却部的冷却水进口通过管道与冷却水循环泵的排水口连接。

优选的，所述蒸馏塔的负压为-0.85～-0.2bar。

优选的，所述猪粪废水加热器的经过其内的猪粪废水加热至65～85℃。

一种猪粪废水蒸馏回用处理方法，其特征在于包括如下步骤：

s1：蒸馏程序：

s11：打开“蒸馏程序”的启动旋钮，由plc完成蒸馏程序自动启动条件的检索确认；

s12：plc确认ok后，自动开启冷却塔循环泵，向真空泵和冷凝器提供冷却水；

s13：经过延时设定t1后，2台真空泵自动打开，开始对蒸馏塔进行抽真空；

s14：:当蒸馏塔的真空表达到设定真空压力后，自动关闭其中一台真空泵，保持另一台真空泵持续工作；

s15：经过延时设定t2后，蒸汽阀自动打开，开始向加热器提供蒸汽；

s16：经过延时设定t3后，污水提升泵自动启动，将猪粪废水从收集池中抽出并注入猪粪废水加热器中加热后输送至蒸馏塔中蒸馏，蒸馏中的水汽被真空泵抽出排至回用水收集水箱；

s17：加热器中的蒸汽在换热后凝结成水，由疏水阀排至凝结水收集水箱；

s18：当蒸馏塔中的猪粪浓液达到液位开关的高度，则蒸馏程序自动停止，由plc按顺序自动关闭污水提升泵、蒸汽阀、真空泵、冷却塔循环泵；

s2：卸泥程序：

s21：操作人员关闭“蒸馏程序”的旋钮，打开“卸泥程序”的旋钮，由plc完成卸泥程序自动启动条件的检索确认：

s22：plc确认ok后，自动开启蒸馏塔的进气阀和塔体下方的卸泥阀；

s23：经过延时设定t4后，塔体下方的污泥输送泵自动启动，将经过蒸馏塔蒸馏后的猪粪抽出并排至猪粪浓液收集池中；

s24：经过延时设定t5后，卸泥程序自动停止，由plc按顺序自动关闭污泥输送泵、蒸馏塔进气阀和卸泥阀。

本发明的模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统是一种模块化设计，也即将相关的设备和管道，安装在若干个架台模块上，全部在工厂中制作、组装和调试完成后，直接运至使用现场，吊装定位后，进行简单的拼装后即可通电投入使用。因为安装使用的便利性，也可以由业管单位租赁给养猪场使用，借助多元化的运营管理，实现养猪场废水处理的最佳经济效益。

本发明的块化猪粪废水蒸馏回用处理系统，标准一套设计处理能力为5t/h，可连续工作处理，同时还具有良好的可扩展性。例如有一个养猪场的废水处理量需求在200t/d，以每天白天处理8小时计算，这样一套蒸馏回用处理机组的处理量＝5t/h*8h/d＝40t/d,那么这一个养猪场可以选用5套蒸馏回用处理机组同时运行。也可以将这一套5t/h的蒸馏回用处理机组的设备及管道进行相应的增容和扩大,因为控制程序和原理是相同的，在经过简单的设备管道选型设计和制作安装后，也可以实现200t/d的猪粪废水处理量。

本发明的模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统利用真空蒸馏工艺降低猪粪废水含水率，并通过高温将猪粪废水中的细菌病原体杀灭，有效提升了猪粪生化处理效能，而产生的蒸馏水回用后可冲洗猪栏，进而实现水资源的循环利用，大大节约水源；同时也大幅度降低了后续的废水处理量。另外猪粪加热器排出的蒸汽凝结水，收集后回用至蒸汽锅炉的供水箱，减少了软水使用量。由于通过高温灭菌后猪粪废水中的各种人畜共患的病毒和细菌病原体均被杀灭，有效降低了养猪场内疫病传染风险。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明的模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统的结构示意图；

图2是本发明的模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统的工作流程图；

图3是本发明的模块化猪粪废水蒸馏回用处理方法的原理框图。

图中附图标记表示为：

1-猪粪废水加热器；2-蒸馏塔；21-粪污排出口；22-蒸汽排出口；3-污水提升泵；4-收集池；5-污泥输送泵；6-猪粪浓液收集池；7-真空泵；71-冷却部；8-冷凝器；9-蒸馏水回用收集池；10-蒸汽锅炉模块；11-蒸汽锅炉；12-补水箱；13-冷却水循环泵；14-冷却水塔；15-烟气净化装置。

具体实施方式

参见图1-2，一种模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统，共分为以下三个工艺模块：1)蒸汽锅炉模块其包括配装烟气净化装置、集水箱、增压供水泵等；2)蒸馏塔模块，其包括配装猪粪废水加热器、真空泵、螺杆泵、冷凝器、plc控制柜等；3)冷却塔模块，其包括配装循环水泵、回用水箱等。

所述蒸馏塔模块包括猪粪废水加热器1和蒸馏塔2，污水提升泵3将猪粪废水从收集池4中抽出并注入所述猪粪废水加热器1中加热后输送至所述蒸馏塔2中蒸馏，所述蒸馏塔2的下方设置有粪污排出口21，所述粪污排出口21与污泥输送泵5连接，所述污泥输送泵5将经过所述蒸馏塔2蒸馏杀菌后浓缩的猪粪抽出并排至猪粪浓液收集池6中；所述蒸馏塔2的上方设置有蒸汽排出口22，所述蒸汽排出口22与真空泵7连接，所述真空泵7将所述蒸馏塔2内的蒸汽抽出后经冷凝器8冷凝后排至蒸馏水回用收集池9中。本发明的模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统利用真空蒸馏工艺降低猪粪废水含水率，并通过高温将猪粪废水中的细菌病原体杀灭，有效提升了猪粪生化处理效能，而产生的蒸馏水回用后可冲洗猪栏，进而实现水资源的循环利用，大大节约水源。由于通过高温灭菌后猪粪废水中的各种人畜共患的病毒和细菌病原体均被杀灭，有效降低了养猪场内疫病传染风险。

本实施例的所述猪粪废水加热器1为管式加热器，所述管式加热器的下端的进料口与所述污水提升泵3的排出口连接，所述管式加热器的上端的出料口与所述蒸馏塔2的进料口连接；所述管式加热器为蒸汽加热器，所述管式加热器由蒸汽锅炉模块10提供蒸汽。采用蒸汽进行加热，不仅便于控制加热温度，且加热、杀菌效果更好，更适合于养猪场的操作使用。蒸汽自本猪粪废水加热器1的上端向下供应，而从收集池抽取的猪粪废水则从猪粪废水加热器的下端向上输送，进而实现用蒸汽对抽取的猪粪废水进行加热灭菌，加热后的猪粪废水输送至蒸馏塔内后，由于蒸腾及负压的作用，猪粪废水中的水汽被正空泵向外抽出，进而对猪粪废水进行浓缩蒸馏，并进一步实现对残存病毒及细菌病原体的杀灭，蒸发并通过真空泵抽出的水汽经过冷凝后，则实现了对原猪粪中废水的进一步回收利用，进而节约了水源。

本实施例的所述蒸汽锅炉模块1包括蒸汽锅炉11，所述蒸汽锅炉11的进水口通过水管与补水箱12连接，所述蒸汽锅炉11上端的蒸汽排出口通过管路与所述猪粪废水加热器1的蒸汽进口连接以向所述猪粪废水加热器1提供加热蒸汽，以加热猪粪废水。本实施例的蒸汽锅炉11可采用燃烧生物燃料进行加热，也可采用电加热的形式进行加热。为了保护环境，采用生物燃料进行加热是，则需要在蒸汽锅炉的排烟口处设置烟气净化装置15，以符合环保要求。

为了提高蒸馏塔的工作稳定性，保证蒸馏塔内的猪粪废水能够按照预设参数进行蒸馏、浓缩、灭菌，所述真空泵7设置有两套，两套所述真空泵7并联设置，两套所述真空泵7在实际工作过程中可根据需要设置成交错工作或共同工作，以保证蒸馏塔2内的真空度。

本实施例的所述冷凝器8为螺旋缠绕管换热器，所述冷凝器的冷凝水进口与冷却水循环泵13连接，所述冷却水循环水泵13的进水口与冷却水塔14连接，所述冷却水塔14连接水源，水源可为自来水管，其他形式的供水管。设置冷却水塔14能够积存一定量的冷却水，进而为本系统提供充足的冷却水。

为了及时对真空泵7进行降温，以保证真空泵的工作稳定性，所述真空泵7上设置有冷却部71，所述冷却部71的冷却水进口通过管道与冷却水循环泵13的排水口连接。通过冷却水循环泵13对冷却部71进行供应冷却水，能够节省能源，减少设备，进而简化整个系统的复杂性。

作为优选，本实施例的所述蒸馏塔的负压为-0.85bar至-0.2bar，特别优选-0.85bar；所述猪粪废水加热器1的经过其内的猪粪废水加热至65～85℃，并优选80℃，该温度下不仅可实现对猪粪废水中的过多水分的有效蒸发，达到浓缩猪粪废水的目的，同时还能够有效杀灭原猪粪废水中的病毒和细菌病原体，达到灭菌的效果，而且相对的还可节省能源，减少能源的浪费。

为了实现本模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统的自动化控制，根据需要，可在本实施例的各管道、各设备进出口处设置注入电磁阀、压力表、温度计、压力开关等自动监测、控制部件。

本发明的模块化猪粪废水蒸馏回用处理方法分为两个控制程序：蒸馏程序和卸泥程序，在自动模式下实现“一键启停”操作，全部由plc自动完成控制。优选的控制程序和操作步骤如下：

s1：蒸馏程序：

s11：打开“蒸馏程序”的启动旋钮，由plc完成蒸馏程序自动启动条件的检索确认；

s12：plc确认ok后，自动开启冷却塔循环泵，向真空泵和冷凝器提供冷却水；

s13：经过延时设定t1后，2台真空泵自动打开，开始对蒸馏塔进行抽真空；

s14：:当蒸馏塔的真空表达到设定真空压力后，自动关闭其中一台真空泵，保持另一台真空泵持续工作；

s15：经过延时设定t2后，蒸汽阀自动打开，开始向加热器提供蒸汽；

s16：经过延时设定t3后，污水提升泵自动启动，将猪粪废水从收集池中抽出并注入猪粪废水加热器中加热后输送至蒸馏塔中蒸馏，蒸馏中的水汽被真空泵抽出排至回用水收集水箱；

s17：加热器中的蒸汽在换热后凝结成水，由疏水阀排至凝结水收集水箱；

s18：当蒸馏塔中的猪粪浓液达到液位开关的高度，则蒸馏程序自动停止，由plc按顺序自动关闭污水提升泵、蒸汽阀、真空泵、冷却塔循环泵；

s2：卸泥程序：

s21：操作人员关闭“蒸馏程序”的旋钮，打开“卸泥程序”的旋钮，由plc完成卸泥程序自动启动条件的检索确认：

s22：plc确认ok后，自动开启蒸馏塔的进气阀和塔体下方的卸泥阀；

s23：经过延时设定t4后，塔体下方的污泥输送泵自动启动，将经过蒸馏塔蒸馏后的猪粪抽出并排至猪粪浓液收集池中；

s24：经过延时设定t5后，卸泥程序自动停止，由plc按顺序自动关闭污泥输送泵、蒸馏塔进气阀和卸泥阀。

本发明的模块化猪粪废水蒸馏回用处理系统的工艺流程实操重点：生物质蒸汽锅炉属于特种设备，操作人员需经过培训认证后方可上岗操作，蒸汽锅炉每天停炉前需要进行炉体排污和炉膛清灰，每天下班做好清洁保养工作。每天下班前都要用水冲洗真空蒸馏塔和加热器的内壁和管道，防止残留的猪粪干结，影响系统的后续正常使用。

上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，本领域技术人员应该明白，凡是依据上述原理及精神在本发明基础上的改进、替代，都应在本发明的保护范围之内。