本发明属于畜牧养殖废水处理领域，尤其适用于养殖处理过程中产生的高氨氮、高磷有机废水的处理，养殖厂区将含高浓度的氨氮和磷等废水厌氧发酵初步处理，得到沼气和沼气池出水，使用本发明的工艺系统对其进行浓缩和回收，得到浓缩5-20倍的高浓度含氮磷元素的有机液态肥，同时回收纯净水，本发明可实现废水的资源化和回用，达到畜牧养殖废水的“零排放”。
背景技术：
膜蒸馏技术是传统蒸馏工艺和膜分离技术相融合的一种新型工艺，膜蒸馏过程中热料液的流体在流经疏水膜表面时蒸发汽化，蒸汽通过疏水膜膜内通道，到达冷凝侧。该过程中水相中非挥发性的离子和分子则不能透过疏水膜被截留，从而达到溶液分离、浓缩或提纯的目的。膜蒸馏是伴随着多次相变的过程，热料液与疏水膜的边界层中水分子蒸发汽化，完成液态向气态的第一次相转化，膜在通过疏水膜孔道后到达冷凝侧遇冷流体或低负压环境发生冷凝，完成气态相液态的第二次相转化，传质的推动力为疏水膜两侧透过组分的蒸汽分压差。相比较蒸馏和传统压力驱动膜过程，膜蒸馏的优点主要有：(1)对被处理液的离子、大分子等非挥发性溶质能达到近乎100％的截留效果；(2)操作温度比蒸(精)馏低，能耗要远小于传统蒸(精)馏；(3)操作压力远低于反渗透，也明显低于纳滤超滤等膜分离过程。伴随着疏水膜材料和膜蒸馏工艺的进步，结合膜蒸馏工艺的自身特点，该技术日益显现出其在水处理领域尤其是高度浓缩和净水回用方面的应用潜力。
现有的膜蒸馏工艺的不足之处在能耗和对挥发性性溶质的截留效果欠佳两个主要方面：膜蒸馏工艺中需要对被处理液进行加热，占据了膜蒸馏工艺中能耗的绝大部分；对于挥发性溶质的截留效果欠佳，如氨等，在膜蒸馏过程中会随蒸汽一同挥发到达冷凝侧，对需要保留该组分的浓缩工艺，传统膜蒸馏法还未能弥补这一缺陷。
对畜牧养殖业中废水的处理，传统厌氧发酵后的沼气池出水，水质很难达到排放标准，同时排放过程中，对废水中富含的氮磷元素等养分也是一种浪费。反观用膜蒸馏法浓缩和回用畜牧养殖废水，本身具有天然优势，一方面畜牧养殖废水厌氧发酵处理过程中会产生较大量的沼气，可作为膜蒸馏体系的能量来源；另一方面废水中富含的氮磷元素经过有效的浓缩方式，可以得到高养分的有机液态肥料，同时回收部分净水。
针对膜蒸馏工艺中能耗和挥发性物质氨的截留效果不佳，开发出适合特殊废水，如畜牧养殖废水，同时经有效预处理措施能高效保留废水中氨氮养分的膜蒸馏工艺具有重大的实际意义和应用潜力。
技术实现要素：
综合畜牧养殖废水前处理的特点，本发明的目的是有效利用畜牧养殖废水前期厌氧处理过程中产生的沼气作为膜蒸馏工艺的能量供给，同时经过有效的处理方式保留沼液中氮磷等元素的养分，浓缩成液态肥料，达到畜牧养殖废水的资源化利用，实现养殖废水的“零排放”。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种养殖废水资源化浓缩和回收装置，其特征在于，包括厌氧反应器、过滤池、碱度调节池、预加热池、冷凝循环槽和膜蒸馏组件；厌氧反应器的沼液出口连接过滤池，过滤池的沼液出口连接碱度调节池，碱度调节池的沼液出口连接预加热池，预加热池连接膜蒸馏组件的热料液侧，膜蒸馏组件的冷凝液侧连接冷凝循环槽。
优选地，所述的预加热池内从下到上分为沼气加热区、加热保温区和热料液区，沼气加热区中设置的沼气加热器连接厌氧反应器的沼气出口，碱度调节池的沼液出口与加热保温区连接，热料液区经由温度控制器和第一循环泵连接膜蒸馏组件的热料液侧的入口，膜蒸馏组件的热料液侧的出口连接热料液区；所述的冷凝循环槽经由第二循环泵连接膜蒸馏组件的冷凝液侧的入口，膜蒸馏组件的冷凝液侧的出口连接冷凝循环槽。
优选地，所述的过滤池设置格栅或过滤网，除去沼液中的悬浮颗粒物。
优选地，所述的过滤池底部设置废渣池排口。
优选地，所述的过滤池与碱度调节池之间的管路上设置第一调节阀，碱度调节池与预加热池之间的管路上设置第二调节阀，所述的厌氧反应器与过滤池之间的管路上设有送料泵。
优选地，所述的碱度调节池内设有搅拌器。
优选地，所述的预加热池设有浓缩液排口。
优选地，所述的冷凝循环槽设有溢流口。
优选地，所述的热料液侧的出口和冷凝液侧的入口位于膜蒸馏组件的上端，热料液侧的入口和冷凝液侧的出口位于膜蒸馏组件的下端。
本发明还提供了一种养殖废水资源化浓缩和回收工艺，其特征在于，采用上述的养殖废水资源化浓缩和回收装置，包括：经厌氧反应器处理后的沼液经过滤池过滤后，进入碱度调节池进行碱度调节，碱度调节池出水通过以厌氧反应器的沼气作为热源的预加热池进行加热，预热后的沼液输送进膜蒸馏组件的热料液侧进行膜蒸馏处理，热料液侧产生的蒸汽通过膜蒸馏组件中的疏水膜而到达膜蒸馏组件的冷凝液侧，冷凝液侧采用水作为冷凝液，产出净水。
优选地，所述的预加热区的加热温度控制在40-70℃。
优选地，所述的膜蒸馏组件采用直接接触式膜蒸馏。
优选地，所述的碱度调节采用的是盐酸、硫酸试剂或硝酸试剂。
优选地，所述的碱度调节后pH在4-6之间。
通过采取上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
畜牧养殖废水经厌氧处理后，可就地采用本技术工艺进行养分浓缩和净水回用；沼气作为膜蒸馏工艺的主要热源能提高沼气的利用效率和减少存储运输的成本；碱度调节池的设置与碱度调节，可有效缓解氨氮类易挥发溶质在膜蒸馏过程中的损失，本工艺能有效保留沼液废水中90％以上的氨氮；经工艺处理后的浓缩液部分可直接达到液态肥的标准，实现资源充分利用，同时回收净水，回用至生产及生活中。
本发明可实现养殖废水中高氨氮、高磷液的浓缩和净水回用。本发明要解决养殖废水的养分浓度低，保存不方便，水资源利用效率低等问题。本发明可实现养殖废水的“零排放”，其突出特点有：1、充分利用养殖废水初步厌氧处理后得到的沼气和沼液，经过本发明的膜蒸馏工艺，浓缩沼液、回收净水；2、本发明中利用厌氧产生的沼气作为整个处理工艺的主要能量来源，可就地实现本工艺系统的运行，降低系统的能耗；3、本工艺能有效保存浓缩液中的氨氮元素，避免常规方法处理过程中氨氮因挥发性强而导致的流失。本发明是一种养殖业生产链末端废弃污染物的半独立资源化处理工艺，能够真正实现变废为宝。
附图说明
图1是养殖废水资源化浓缩和回收装置示意图。
图中：I、沼气供气管路；II、蒸发管道回路；III、冷凝管道回路。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例
如图1所示，本发明的养殖废水资源化浓缩和回收装置，包括厌氧反应器1、过滤池2、碱度调节池3、预加热池4、冷凝循环槽5和膜蒸馏组件6。
厌氧反应器1具有沼液出口和沼气出口，沼液出口直接连接过滤池2，沼气1-1经沼气供气管路I直接导入预加热池4的沼气加热器，对沼液1-2进行预加热。
过滤池2设置格栅或过滤网2-2，对细颗粒物或悬浮物进行拦截，减少后续膜处理过程中的污染，延长膜蒸馏过程的使用时间。过滤池2的沼液出口连接碱度调节池3，过滤出水进入碱度调节池3进行pH调节。所述的过滤池2底部设置废渣池排口2-3。
碱度调节池3对初步过滤的沼液进行碱度调节；碱度调节池3是本发明中保留氨氮元素的关键步骤。沼液的碱度调节使用盐酸、硫酸试剂或硝酸试剂，调节工艺系统内pH精确在4-6之间。碱度调节池3设置搅拌器3-2，保证调节液的混合充分。
碱度调节池3的沼液出口连接预加热池4，预加热池4内从下到上分为沼气加热区4-1、加热保温区4-2和热料液区4-3，沼气加热区4-1中设置的沼气加热器连接厌氧反应器1的沼气出口，碱度调节池3的沼液出口与加热保温区4-2连接。预加热池4为碱度调节池3进入的调节沼液和膜蒸馏组件6回流的沼液的一体式储罐。
预加热池4连接膜蒸馏组件6的热料液侧6-1，膜蒸馏组件6的冷凝液侧6-2连接冷凝循环槽5。预加热区4的加热温度由预加热池4和温度控制器9精确控制在40-70℃。预加热池4设有浓缩液排口4-4。
热料液区4-3经由温度控制器9和第一循环泵7连接膜蒸馏组件6的热料液侧6-1的入口6-b，膜蒸馏组件6的热料液侧6-1的出口6-a连接热料液区4-3，构成蒸发管道回路II。冷凝循环槽5经由第二循环泵8连接膜蒸馏组件6的冷凝液侧6-2的入口6-c，膜蒸馏组件6的冷凝液侧6-2的出口6-d连接冷凝循环槽5，构成冷凝管道回路III。实际中，本发明的膜蒸馏组件6不限于图1中所示的单级膜蒸馏组件及其所配套的多级蒸发、冷凝管路等。
膜蒸馏组件6由疏水膜和组件组成，采用直接接触式膜蒸馏，膜的一侧直接接触热料液，另一侧直接接触冷凝液。传质过程主要为(1)被处理的热料液主体流经疏水膜表面，与疏水膜边界层接触；(2)热料液在疏水膜的边界层界面汽化，完成液态向气态的相转化；(3)汽化的蒸汽通过疏水膜内孔道向冷凝液侧扩散；(4)热蒸汽通过膜孔与冷凝液直接接触而冷凝，再次完成气态向液态的相转化。
热料液侧6-1的出口6-a和冷凝液侧6-2的入口6-c位于膜蒸馏组件6的上端，热料液侧6-1的入口6-b和冷凝液侧6-2的出口6-d位于膜蒸馏组件6的下端。热料液采用下进上出的供水方式，保证热料液的蒸发时间，冷凝液采用上进下出的供水方式，在较低冷凝流量运行中能够造成跌水现象，形成一定的局部负压，提高蒸发量，达到提高产水的效果。
冷凝循环槽5设置溢流口5-2，保证冷凝循环槽5内水量恒定，溢流口5-2的出水为回用净水，溢流口5-2的出水可连接生产、生活用水管路，亦可采用储罐收集。
过滤池2与碱度调节池3之间的管路上设置第一调节阀2-4，碱度调节池3与预加热池4之间的管路上设置第二调节阀3-3，所述的厌氧反应器1与过滤池2之间的管路上设有送料泵10。
一种养殖废水资源化浓缩和回收工艺，采用上述的养殖废水资源化浓缩和回收装置，包括：沼液1-经过厌氧反应器进行厌氧初步处理后，经厌氧反应器1处理后的沼液经过滤池2过滤后，进入碱度调节池3进行碱度调节，碱度调节池3出水通过以厌氧反应器1的沼气作为热源的预加热池4进行加热，预热后的沼液输送进膜蒸馏组件6的热料液侧6-1进行膜蒸馏处理，热料液侧6-1产生的蒸汽通过膜蒸馏组件6中的疏水膜而到达膜蒸馏组件6的冷凝液侧6-2，冷凝液侧6-2采用常温循环自来水作为冷凝液，产出净水，经膜蒸馏浓缩后的高氮磷元素的溶液由浓缩液排口4-4排出。
所述膜蒸馏工艺经过连续运行，能够实现氨氮元素的浓缩倍率达到5-20倍，产水回用率能够达到进水总量的30％-50％。
表1所示为某养猪废水水样经过本工艺处理的部分测试数据：
表1畜牧废水资源化水样测试
上述实施例是对本发明进行的具体描述，只是对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术人员根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。