本发明涉及环保技术领域和生物质能源回收利用技术领域。可以用于餐厨垃圾、污水处理厂剩余污泥、农业废弃物等有机废物的厌氧消化的沼气工程。
背景技术：
有机废弃物采用厌氧消化处理可以回收能源，是具有广泛应用前景的处理手段。含氮有机物在厌氧消化过程最终转化为氨态氮，实践证明当氨氮浓度达到较高浓度时，厌氧产甲烷过程会到显著的抑制，进而导致厌氧消化系统的崩溃。此外，高浓度氨氮的沼液也是造成环境污染的废液，不能直接排放，由于有机物含量相对不足，生物脱氮还存在有效碳源不足的问题。因此，诸如城市污水处理厂脱水污泥、厨余垃圾、粪便等含氮量较高的生物质废弃物的厌氧消化处理路线受到阻碍。
目前采用的解决方案主要是对进料进行调理稀释，再将沼液排至污水处理系统脱氮处理后排放或回流。该方法需要使用新鲜水，而且污水处理系统设施复杂、规模大，增加了处理成本。本发明采用脱氨膜接触器对沼液进行氨回收，脱氨沼液部分回流至厌氧消化前端的调质池，减少了新鲜水的使用；排放的脱氨沼液易于处理，大幅度降低污水处理系统规模，无需外加碳源；可以回收硫酸氢铵作为产品，产生经济价值。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于膜接触器侧流回收氨氮的厌氧消化处理系统及方法，可以有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供的一种基于膜接触器侧流回收氨氮的厌氧消化处理系统，包括：预处理装置、均质池、消化池、脱水装置、沼液池、过滤器、脱氮膜接触器、脱氮液池、酸循环池、铵回收装置；
所述预处理装置、均质池、消化池、脱水装置通过水泵、管道依次相互相连，其中预处理装置作为系统接收、储存、输送、调配原料的装置，可接收液态与固态等多种形式的有机废弃物。
所述均质池内部设置混合搅拌器、加热管，通过水泵、管路与预处理装置、脱氮液池相连，接收经预处理装置处理后的有机废弃物原料、经过脱氨膜接触器处理后的部分脱氨液；通过管道将混合液送至消化池进行厌氧消化处理；同时，通过管路将加热管与蒸汽生产系统连接，对均质池内物料进行加热。
所述脱水装置由进料、脱水、出料、加药等设备组成，对厌氧消化处理后出料进行固液分离，分离出沼渣和富含氨氮的沼液；其中，沼渣经处理后进行综合利用，富含氨氮的沼液于沼液池内进行暂存待处理。
所述过滤器接收沼液储池泵送过来的沼液，并对其初步过滤处理，过滤精度为1-5um，防止脱氨膜堵塞。
所述脱氨膜接触器内设置了能够通过氨分子但阻止水分子通过的管式疏水性脱氨膜，膜两侧分别是稀酸流动相与沼液；在稀酸流动相形成的跨膜传递驱动力作用下，沼液中的氨以分子形式跨越脱氨膜进入到膜另一侧并被稀酸吸收；脱氮后沼液于脱氮液池内暂存待用，部分脱氮液根据工艺需要部分回流至均质池，多余脱氮液经处理后达标排放；为获得更高的脱氨效率，脱氨膜接触器系统可以采用多级串联的形式布置，配套的过滤器、酸循环池可采用共用和分级设置两种方式。
所述酸循环池通过水泵、管路与脱氨膜接触器相连，形成了氨氮吸收循环管路；酸循环池内酸液在泵的作用下由酸液相进口进入脱氨膜接触器，吸收氨氮分子后的酸液从脱氨膜接触器的酸液相出口排出并通过管道返回至酸循环池；酸循环池内设置在线pH计，实时反馈池内酸碱度；根据pH情况定期向酸循环池内补充酸，或将循环酸液送至铵回收装置进行铵盐回收处理。
本发明的有益效果是：
(1)利用脱氨膜接触器对富氨沼液中的氨氮进行回收，与其他将氨氮转化为氮气的技术方案相比，可以获得有价值的产品硫酸氢铵，处理成本较低；
(2)将脱氨沼液回流至均质池，降低了厌氧消化池内氨氮浓度，削弱氨氮抑制作用，可以提高厌氧消化效率，减少调质新鲜水使用量。
附图说明
图1为本发明专利提供的一种基于膜接触器侧流回收氨氮的厌氧消化处理系统结构示意图。
附图标记说明；
1：预处理装置；2：均质池；3：消化池；4：脱水装置；5：沼液池；6：过滤器；7：脱氮膜接触器；8：脱氮液池；9：酸循环池；10：铵回收装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作详细说明：
实施例一：
南方某静脉产业园区内餐厨垃圾处理厂，处理规模为100t/d(含固率平均为24％)，收集并处理某市区域内企事业单位食堂、大型酒店与度假村等的餐厨垃圾。工艺为带有膜接触器侧流回收氨氮的厌氧消化处理系统，即预处理(分拣+筛选+破碎+蒸煮去油)+厌氧消化+固液分离，沼渣堆肥后作为有机肥销售，沼液采用膜接触器侧流回收氨氮后作为进料调制水使用，剩余达标外排。
餐厨垃圾首先在预处理装置(1)种进行分拣、筛选、破碎、蒸煮去油等处理，处理后餐厨垃圾平均含固率为24％，其中氨氮含量约为绝干物质的4％；经泵与管道输送至附图所示的均质池(2)，其有效容积300m3；在此池内将预处理后的餐厨垃圾与来自脱氮液池(8)内暂存的、经脱氨膜接触器(6)处理后的脱氮液进行混合，其中回流的脱氨沼液中NH3-N≤150mg/L，回流量约为100～180m3/d(根据餐厨性质确定)；厨垃圾与脱氮液混合均匀，且混合液含固率调节至10％左右，同时采用蒸汽加热物料至37±1℃，通过泵与管路送至消化池(3)中进行厌氧消化处理。混合物料在消化池(3)内发生厌氧消化反应，消化时间15-30天，最终将有机物转化为沼气，经收集并输送至沼气处理和利用系统；
消化池(3)每日出料，出料经泵及管路输送至脱水装置(4)中进行脱水处理；本案例采用高压板框脱水机分离沼渣与沼液，脱水装置(4)的处理能力为12-15m3/h，干污泥产量约为1-2t/h(含水率≤60％)，配套进料螺杆泵、高压泵、空压机、皮带输送机、加药泵、溶药罐、调理罐等设备；沼渣经堆置后作为有机肥或营养土使用；脱水装置(4)滤液产量约为12-15m3/h，于沼液储池(5)中贮存，其有效容积为260m3，滤液NH3-N浓度不超过1200mg/L。富氨沼液经过过滤精度为2-5um的过滤器(6)后，泵送至脱氨膜接触器(7)，沼液中的氨氮透过疏水性脱氨膜，进入到管式膜内侧的稀硫酸吸收液，形成硫酸氢铵。本案例中的脱氨膜接触器(7)单级设置，脱氨效率不低于50％，形成最终的脱氨沼液中的NH3-N浓度不超过150mg/L；脱氨沼液进入脱氨液池(8)暂存，待厌氧消化系统开始进行原料调质操作时，再回流至进料调质池(2)对原料进行调质；同时多余的沼液溢流排放至后续的沼液处理系统。
酸循环池(9)与脱氨膜接触器(7)形成循环回路，内设置在线pH计，维持pH值为1～2，随着氨氮的吸收过程不断进行，当pH值超过2时，向酸循环池(9)加入98％浓硫酸，经过15～25次补充浓酸后，将酸液循环池(9)内的吸收液经铵盐溶液泵送至铵盐回收装置(10)进行铵盐回收。
本发明的有益效果是：
(1)利用脱氨膜接触器对富氨沼液中的氨氮进行回收，与其他将氨氮转化为氮气的技术方案相比，可以获得有价值的产品硫酸氢铵，处理成本较低；
(2)将脱氨沼液回流至均质池，降低了厌氧消化池内氨氮浓度(由无此系统的5000-6000mg/L将至1200mg/L)，大大削弱了氨氮对厌氧系统的抑制作用，可以提高厌氧消化效率，减少调质新鲜水使用量。
实施例二：
河北省某市污泥处理处置中心，处理规模为300t/d(含固率20％)，收集并处理某市区域内市政污水处理厂产生的脱水污泥。工艺为带有膜接触器侧流回收氨氮的厌氧消化处理系统，即污泥料仓+均质池+厌氧消化+固液分离，沼渣堆肥后作为营养土，沼液采用膜接触器侧流回收氨氮后作为进料调制水使用，剩余达标外排。
污水处理厂污泥通过密封车辆送至污泥处理中心的预处理装置(1)，预处理装置(1)包括污泥料仓、输送机、浆化机；经预处理后污泥氨氮含量约为绝干物质的2％；经泵与管道输送至附图所示的均质池(2)，其有效容积500m3；在此池内将预处理后的污泥与来自脱氮液池(8)内暂存的、经脱氨膜接触器(6)处理后的脱氮液进行混合，其中回流的脱氨沼液中NH3-N≤100mg/L，回流量约为150～200m3/d；污泥与脱氮液混合均匀，且混合液含固率调节至8％左右，同时采用蒸汽加热物料至37±1℃，通过泵与管路送至消化池(3)中进行厌氧消化处理。混合物料在消化池(3)内发生厌氧消化反应，消化时间15-30天，最终将有机物转化为沼气，经收集并输送至沼气处理和利用系统；
消化池(3)每日出料，出料经泵及管路输送至脱水装置(4)中进行脱水处理；本案例采用高压板框脱水机分离沼渣与沼液，脱水装置(4)的处理能力为30-50m3/h，出泥含水率≤60％，配套进料螺杆泵、高压泵、空压机、皮带输送机、加药泵、溶药罐、调理罐等设备；沼渣经堆置后作为园林绿化营养土使用；脱水装置(4)滤液产量约为30-50m3/h，于沼液储池(5)中贮存，其有效容积为500m3，滤液NH3-N浓度不超过1000mg/L。富氨沼液经过过滤精度为2-5um的过滤器(6)后，泵送至脱氨膜接触器(7)，沼液中的氨氮透过疏水性脱氨膜，进入到管式膜内侧的稀硫酸吸收液，形成硫酸氢铵。本案例中的脱氨膜接触器(7)单级设置，脱氨效率不低于50％，形成最终的脱氨沼液中的NH3-N浓度不超过120mg/L；脱氨沼液进入脱氨液池(8)暂存，待厌氧消化系统开始进行原料调质操作时，再回流至进料调质池(2)对原料进行调质；同时多余的沼液溢流排放至后续的沼液处理系统。
酸循环池(9)与脱氨膜接触器(7)形成循环回路，内设置在线pH计，维持pH值为1～2，随着氨氮的吸收过程不断进行，当pH值超过2时，向酸循环池(9)加入98％浓硫酸，经过15～25次补充浓酸后，将酸液循环池(9)内的吸收液经铵盐溶液泵送至铵盐回收装置(10)进行铵盐回收。
本发明的有益效果是：
(1)利用脱氨膜接触器对富氨沼液中的氨氮进行回收，与其他将氨氮转化为氮气的技术方案相比，可以获得有价值的产品硫酸氢铵，处理成本较低；
(2)将脱氨沼液回流至均质池，降低了厌氧消化池内氨氮浓度(由无此系统的2000-3000mg/L将至1000mg/L)，大大削弱了氨氮对厌氧系统的抑制作用，可以提高厌氧消化效率，减少调质新鲜水使用量。