一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法及系统

本发明属于废水处理及资源化回收领域，具体涉及一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法及系统。

背景技术：

1、城市化进程的加快导致大量有机固体废弃物如污水厂污泥、餐厨垃圾及养殖废弃物等的产生。厌氧消化是目前处理有机固体废弃物的主流技术，可在稳定化有机固体废弃物的同时产生有价值的产物如沼气和氢气等。有机物中的氮元素在厌氧消化过程中大部分被还原成氨氮，导致厌氧消化产生的沼液中含有高浓度氨氮，其浓度可达1500-5000mg/l。

2、将沼液中的氨氮进行回收后制成铵态氮肥进行资源化利用是经济合理的选择。其中，吹脱法是沼液中氨氮资源化的有效方法之一，其基本原理是利用亨利定律，通过气液接触使沼液中的氨氮从液体转移至气体中，而后被酸吸收液吸收。然而，在吹脱进行前，通常需要在沼液中添加碱剂提升ph以保证氨氮的脱除效果。

3、除了氨氮，厌氧沼液中也含有高浓度的无机碳。在吹脱过程中，无机碳会以二氧化碳的形式被脱除，进而提高沼液的ph值。二氧化碳是一种温室气体，但其同时也是一种工业原料，因此将其进行资源化利用具有一定的碳减排作用。

4、中国专利cn112794339b公开了一种回收液体中氨的方法及装置，其通过吹脱二氧化碳提升废水ph，同时将吹脱出的氨气通入硫酸溶液进行资源化利用。然而，该技术并未对二氧化碳进行资源化回收。此外，该技术采用传统的气液接触型吸收塔，易产生液泛、沟流及雾沫夹带等问题，因此其传质效率较低。

5、近年来，膜接触器因具有较大的传质表面积而被应用于氨氮的回收。中国专利cn111892147a公开了一种利用中空纤维膜接触器处理高浓度氨氮废水的系统，并对获得的氯化铵、硫酸铵等产物进行回收。然而，为了减轻膜污染，该技术通常需要进行预处理去除大颗粒悬浮物，但膜污染和膜浸润问题仍无法避免，导致氨氮回收效率逐渐降低。

技术实现思路

1、本发明提供一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法及系统，用于替代现有吹脱技术回收氨氮过程中传统的气液接触式吸收塔，并解决现有利用中空纤维膜接触器回收氨氮过程中膜易被污染和润湿的问题。

2、根据本发明的第一个方面，本发明提供一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法，包括以下步骤：

3、步骤1：采用空气直接曝气吹脱的方法对沼液进行吹脱，使氨氮和无机碳分别以氨气和二氧化碳的形式随空气离开吹脱槽，获得富含氨气和二氧化碳的吹脱气；

4、步骤2：使富含氨气和二氧化碳的吹脱气自上而下经过第一级中空纤维膜接触器的壳程，同时使酸吸收液自下而上在所述第一级中空纤维膜接触器的管程进行循环吸收氨气，获得脱氨后的吹脱气和铵盐溶液；

5、步骤3：使脱氨后的吹脱气自下而上经过第二级中空纤维膜接触器的壳程，同时使碱吸收液自上而下在所述第二级中空纤维膜接触器管程循环回收二氧化碳，获得脱除氨气和二氧化碳后的吹脱气以及碳酸氢盐或碳酸盐溶液；

6、步骤4：将脱除氨气及二氧化碳后的吹脱气循环至鼓风机，并和空气一起再次进入吹脱槽中进行循环曝气；

7、步骤5：待铵盐溶液和碳酸氢盐或碳酸盐溶液的质量浓度≥15％时将其用于后续的回用。

8、优选地，所述一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法，无需对沼液进行预处理，无需添加碱剂调节沼液ph。

9、优选地，步骤1所述直接曝气吹脱的气液比范围为1200-6000。

10、优选地，步骤2及3所述酸碱吸收液的流量范围为1-5l/h。

11、优选地，步骤2及步骤3所述的中空纤维膜接触器采用疏水透气膜，膜材料由聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯中的一种或两种组成，膜的孔径范围为0.01-0.1μm，膜的孔隙率范围为30％-70％。

12、优选地，步骤2所述酸吸收液为硫酸、盐酸、磷酸及硝酸的一种或几种组成。

13、优选地，步骤3中所述碱吸收液为碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾及氢氧化钠的一种或几种组成。

14、根据本发明的第二个方面，本发明提供一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的系统，其包括：鼓风机1，气体流量计2，吹脱槽3，加热装置4，微孔曝气盘5，氨氮回收装置6及无机碳回收装置7；

15、所述氨氮回收装置包括：第一级中空纤维膜接触器61，酸吸收液储存槽62，酸吸收液自动加药系统63及酸液泵64；

16、所述无机碳回收装置包括：第二级中空纤维膜接触器71，碱吸收液储存槽72，碱吸收液自动加药系统73及碱液泵74。

17、在一个实施方式中，所述鼓风机1进气口与气体流量计2相连，吹脱气经流量调节后鼓入吹脱槽3中，并由微孔曝气盘5分散为微细气泡，以脱除氨气及二氧化碳；

18、所述吹脱槽3出气口与所述第一级中空纤维膜接触器61壳程气体入口611相连，以回收吹脱气中的氨气；

19、所述第一级中空纤维膜接触器61壳程气体出口612与所述第二级中空纤维膜接触器71壳程气体入口711相连，以回收吹脱气中的二氧化碳；

20、所述第二级中空纤维膜接触器71壳程气体出口712与鼓风机1进气口相连，以实现气体循环；

21、所述酸吸收液储存槽62中的酸吸收液经酸液泵64自下而上流过第一级中空纤维膜接触器61管程以回收氨气，出液循环回酸吸收液储存槽62；

22、所述碱吸收液储存槽72中的碱吸收液经碱液泵74自上而下流过第二级中空纤维膜接触器71管程以回收二氧化碳，出液循环回碱吸收液储存槽72。

23、在一个实施方式中，所述的一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的系统，其特征在于，包含酸吸收液加药装置63和碱吸收液加药装置73，所述两套加药装置分别与酸吸收液储存槽62和碱吸收液储存槽72相连接，用以监测ph并维持酸吸收液ph小于4，碱吸收液ph大于10.5。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

25、(1)本发明可同步回收沼液中的氨氮和二氧化碳，既避免排放有毒有害气体，又可获得有价值的产品，具有一定的环境及经济效益。

26、(2)本发明采用中空纤维膜接触器替代传统的气液接触型吸收塔，使气液两相不直接接触，避免液泛、沟流及雾沫夹带等问题，可以提高氨氮和二氧化碳的回收效率。

27、(3)在本发明中，沼液不与膜丝直接接触，可避免中空纤维膜被沼液污染或润湿，同时可省去对沼液的预处理，从而节省运行成本。

技术特征：

1.一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法，其特征在于，无需对沼液进行预处理。

3.根据权利要求1所述的一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法，其特征在于，所述步骤1中直接曝气吹脱的气液比范围为1200-6000。

4.根据权利要求1所述的一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3中酸碱吸收液的流量范围为1-5l/h。

5.根据权利要求1所述的一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3中的中空纤维膜接触器采用疏水透气膜，膜材料由聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯中的一种或两种组成，膜的孔径范围为0.01-0.1μm，膜的孔隙率范围为30％-70％。

6.根据权利要求1所述的一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法，其特征在于，所述步骤2中的酸吸收液为硫酸、盐酸、磷酸及硝酸中的一种或几种组成。

7.根据权利要求1所述的一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法，其特征在于，所述步骤3中的碱吸收液为碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾及氢氧化钠中的一种或几种。

8.一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的系统，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的系统，其特征在于，包含酸吸收液加药装置(63)和碱吸收液加药装置(73)，所述两套加药装置分别与酸吸收液储存槽(62)和碱吸收液储存槽(72)相连接，用以监测ph并维持酸吸收液ph小于4，碱吸收液ph大于10.5。

技术总结
本发明涉及废水处理及资源化领域，特别涉及一种同步回收沼液中氨氮及无机碳的方法及系统。其特征是将曝气吹脱和膜气吸收相结合，将沼液中的氨氮及无机碳通过曝气吹脱转化为氨气及二氧化碳，并将吹脱气通入两级中空纤维膜接触器中，利用酸吸收液及碱吸收液分别回收氨气及二氧化碳，获得如硫酸铵、碳酸氢钾等有价值的副产品。相比于传统的吸收塔，采用膜气吸收可大幅减小占地面积，有效避免液泛、沟流及雾沫夹带等问题以及沼液与膜面直接接触带来的膜污染及膜润湿问题。本发明在实现资源化回收沼液中有价值物质的同时，减少了吹脱过程中有毒有害气体的排放，具有良好的环境和经济效益。

技术研发人员：赵全保,黄声宇,吴小琼,俞汉青,郑煜铭
受保护的技术使用者：中国科学院城市环境研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17