一种对好氧堆肥过程中产生的挥发气体进行回收的装置的制作方法

本实用新型涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种对好氧堆肥过程中产生的挥发气体进行回收的装置。

背景技术：

随着我国经济规模的不断扩张，人们生活水平获得了显著提升，对肉类的需求量亦不断增加，我国养殖业规模不断扩大。在畜牧业迅猛发展的过程中，也产生了大量的养殖废弃物。

在所有畜禽粪污无害化处理和资源化利用的手段中，好氧堆肥技术凭借其操作简单、运行经济、技术可行等优势获得了广泛应用。在好氧堆肥过程中，排放的空气污染物包括nh3、co2、h2s、vocs和有害微生物等，其中nh3和co2是主要污染物。nh3作为灰霾的前驱体，大量排放会导致雾霾的发生，是大气污染的重要因素。co2大量排放会导致温室效应的发生，同时，nh3和co2的挥发也会导致肥料中n素、c素的损失，降低有机肥肥效。因此，开发一种好氧堆肥反应器挥发气体高效吸收与电浓缩系统对于农业绿色发展具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种对好氧堆肥过程中产生的挥发气体进行回收的装置，本实用新型的回收装置对好氧堆肥过程中产生的挥发气体具有良好的吸收效果。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型提供了一种对好氧堆肥过程中产生的挥发气体进行回收的装置，包括吸收单元1、浓缩单元2、第一余热回收单元3-1、第二余热回收单元3-2、吸收液池4和浓缩液池5；

所述吸收单元1包括塔体11、设置在塔体11内部的填料层12、设置在塔体11内部且位于填料层12上方的喷淋组件13、设置在塔体11底部的液体收集组件14、所述塔体11底部侧壁设置有进气口15，所述塔体11顶部设置有出气口16；所述喷淋组件13和液体收集组件14之间为连通状态；

所述浓缩单元2包括壳体、设置在壳体内的极板21和设置于极板21间的膜组对22；所述壳体上部设置有配水器进液管28，下部设置有配水器出液管29；所述极板21与电源相连；所述极板21和膜组对22之间的空间构成极室23；所述膜组对22中的每个膜组包括两侧的膜框24和夹持于膜框24内的离子交换膜25；所述离子交换膜25为阴离子交换膜或阳离子交换膜；所述阴离子交换膜和阳离子交换膜交替设置；每个膜组之间交替出现的腔室分别为淡液室26和浓液室27；

所述淡液室26内的液体通过第一余热回收单元3-1进入吸收液池4；所述浓液室27和极室23内的液体通过第二余热回收单元3-2进入浓缩液池5；

所述第一余热回收单元3-1或第二余热回收单元3-2包括热电转换片基座31、设置于热电转换片基座上的热电转化片32和电池组33；所述热电转化片32和电池组33通过导线连接；

所述淡液室26内的液体通过第一余热回收单元3-1后的流出液进入吸收液池4；所述极室23和浓液室27内的液体通过管道进入第二余热回收单元3-2后的流出液进入浓缩液池5。

优选的，所述吸收液池4与喷淋组件13连通，所述吸收液池4与喷淋组件13之间设置有加压泵6；所述加压泵6和喷淋组件13之间设置有主阀门7-1、第一支阀门7-2和第二支阀门7-3。

优选的，所述填料层12包括隔板支撑、隔板和填料；所述隔板支撑固定于塔体11的内壁上；所述隔板支撑上放置有隔板；所述隔板上放置有填料；所述填料的高度为吸收单元1高度的1/3。

优选的，所述液体收集组件14的底部设置有中间凸起的锥形斜面141，在锥形斜面141的两侧最低处设置有储液槽142；所述储液槽142的下部连通有吸收单元出液管143。

优选的，所述吸收单元出液管143通过配水器8和配水器进液管28相连。

优选的，所述装置还包括自动控制系统，用以控制吸收液池4输出的吸收液的流量、进气口15的进气量和浓缩单元2的极板21的电压。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种对好氧堆肥过程中产生的挥发气体进行回收的装置，包括吸收单元1、浓缩单元2、第一余热回收单元3-1、第二余热回收单元3-2、吸收液池4和浓缩液池5；好氧堆肥过程中产生的挥发性气体(主要为co2和nh3)由吸收单元1下部进气口15进入吸收单元1内部，并在压力差的作用下由吸收单元1底部向顶部移动。吸收单元1中部和上部设置有喷淋组件13，喷淋组件13与填料层12间隔布置，气体吸收液由喷淋组件13喷出，吸收液在填料层12流动过程中与挥发气体充分接触，气体中的co2和nh3等组分被吸收液吸收后由液体收集组件14收集后进入浓缩单元2。浓缩单元2中阳离子交换膜与阴离子交换膜交替布置，阴阳离子交换膜之间使用膜框24隔开。极板21设置于浓缩单元1的两侧，极板21与电源相连。吸收液中离子在电场力的作用下，阳离子透过阳离子交换膜向阴极移动，阴离子透过阴离子交换膜向阳极移动，由于吸收液中离子的移动，阴阳离子交换膜之间间隔出现浓液室27和淡液室26。淡液室26内溶液经第一余热回收单元3-1进入吸收液池4；浓液室27和极室(23)内溶液经第二余热回收单元3-2进入浓缩液池5。第一余热回收单元3-1和第二余热回收单元3-2中的热电转换片32在两侧温差的作用下实现余热向电能的转化。吸收液池4中液体由吸收单元1的喷淋组件13重新流入塔体11中，实现吸收液的循环利用。本实用新型提供的好氧堆肥反应器挥发气体吸收装置不仅对堆肥过程中挥发气体的吸收效果好，还具有运行成本低、耐冲击负荷强、占地面积小及浓缩倍数可调等优点。

本实用新型的装置作为一个有机整体，在挥发性气体减排，特别是氨减排方面，对好氧堆肥反应器挥发气体的减排效果显著。本实用新型将好氧堆肥过程中挥发气体的吸收与浓缩过程集成，在保证去除率和运行稳定性的前提下，有效提高了吸收率的利用效率；本实用新型能够在吸收气体的同时实现吸收液中离子浓度的浓缩和吸收液的循环利用，从而具有对挥发气体吸收效果好，耐冲击负荷强、体积小及浓缩倍数可调等优点；本实用新型将好氧堆肥过程中产生的余热进行回收，通过将其转换为电能的方式加以储存与回用；本实用新型的装置对好氧堆肥反应器挥发气体的吸收与浓缩效果明显。其中，氨的吸收效率可达85％，浓缩倍数为5倍。

附图说明

图1为本实用新型的对好氧堆肥过程产生挥发性气体进行回收的装置的组成图，其中1为吸收单元、2为浓缩单元、3-1为第一余热回收单元、3-2为第二余热回收单元、4为吸收液池和5为浓缩液池；

图2为本实用新型的对好氧堆肥过程产生挥发性气体进行回收的装置的组成细节图；其中11为塔体、12为填料层、13为喷淋组件、14为液体收集组件、15为进气口、16为出气口、21为极板、22为膜组对、23为极室、26为淡液室、27为浓液室、3-1为第一余热回收单元、3-2为第二余热回收单元、31为热电转换片基座、32为热电转化片、33为电池组、4为吸收液池、5为浓缩液池、6为加压泵、7-1为主阀门、7-2为第一支阀门、7-3为第二支阀门、8为配水器；

图3为本实用新型的对好氧堆肥过程产生挥发性气体进行回收的装置吸收单元俯视图与侧视图；其中a为侧视图，b为俯视图，11为塔体、12为填料层、13为喷淋组件、14为液体收集组件、15为进气口；

图4为本实用新型的对好氧堆肥过程产生挥发性气体进行回收的装置中喷淋组件的结构细节图；其中131为干管、132为支管；

图5为本实用新型的对好氧堆肥过程产生挥发性气体进行回收的装置中液体收集组件的结构细节图；其中14为液体收集组件、141为锥形斜面、142为储液槽、143为吸收单元出液管；

图6为本实用新型的对好氧堆肥过程产生挥发性气体进行回收的装置中配水器结构细节图；其中8为配水器、28为配水器进液管、29为配水器出液管；

图7为本实用新型的对好氧堆肥过程产生挥发性气体进行回收的装置中浓缩单元俯视图与侧视图；其中a为侧视图，b为俯视图，21为极板、22为膜组对、25为离子交换膜、26为淡液室、27为浓液室；

图8为本实用新型的对好氧堆肥过程产生挥发性气体进行回收的装置中浓缩单元膜组结构细节图；其中22为膜组对、24为膜框、25为离子交换膜、241为支撑肋条；

图9为本实用新型的对好氧堆肥过程产生挥发性气体进行回收的装置中余热回收单元结构细节图；其中31为热电转换片基座、32为热电转化片；

图10为本实用新型的对好氧堆肥过程产生挥发性气体进行回收的装置的自动控制图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种对好氧堆肥过程中产生的挥发气体进行回收的装置，包括吸收单元1、浓缩单元2、第一余热回收单元3-1、第二余热回收单元3-2、吸收液池4和浓缩液池5；

所述吸收单元1包括塔体11、设置在塔体11内部的填料层12、设置在塔体11内部且位于填料层12上方的喷淋组件13、设置在塔体11底部的液体收集组件14、所述塔体11底部侧壁设置有进气口15，所述塔体11顶部设置有出气口16；所述喷淋组件13和液体收集组件14之间为连通状态；

所述浓缩单元2包括壳体、设置在壳体内的极板21和设置于极板21间的膜组对22；所述壳体上部设置有配水器进液管28，下部设置有配水器出液管29；所述极板21与电源相连；所述极板21和膜组对22之间的空间构成极室23；所述膜组对22中的每个膜组包括两侧的膜框24和夹持于膜框24内的离子交换膜25；所述离子交换膜25为阴离子交换膜或阳离子交换膜；所述阴离子交换膜和阳离子交换膜交替设置；每个膜组之间交替出现的腔室分别为淡液室26和浓液室27；

所述淡液室26内的液体通过第一余热回收单元3-1进入吸收液池4；所述极室23和浓液室27内的液体通过第二余热回收单元3-2进入浓缩液池5；

所述第一余热回收单元3-1和第二余热回收单元3-2独立的包括热电转换片基座31、设置于热电转换片基座上的热电转化片32和电池组33；所述热电转化片32和电池组33通过导线连接。

本实用新型提供的装置包括吸收单元1，所述吸收单元包括塔体11，所述吸收塔的侧壁底部设置有进气口15，作为本实用新型的一个实施例，所述进气口15与智能分层曝气堆肥反应器系统的气体收集管的出气口连通；所述智能分层曝气堆肥反应器系统优选为申请号为201710670003x的专利提供。

在本实用新型中，所述塔体11内设置有填料层12，作为本实用新型的一个实施例，所述填料层的数量为2个，两个填料层间隔分布，且位于上方的填料层与塔体顶部的距离为20cm，两个填料层之间的距离为20cm。

在本实用新型中，所述填料层12优选的包括隔板支撑、隔板和填料；所述隔板支撑优选的固定于塔体11的内壁上；所述隔板上优选的开有小孔，以利于吸收液流入与流出填料层12；所述隔板支撑上优选的放置有隔板；所述隔板上优选的放置有填料；所述填料优选为耐腐蚀材质，具有复杂的空间构型，可扩大气液之间接触面积；所述填料的高度优选为吸收单元1高度的1/3。其中，下层填料层12与所述液体收集组件14的距离为20cm。

在本实用新型中，所述填料层12起到增大气液接触面积，强化气液传质的作用。在本实用新型中，所述填料层12为拉西环填料，填料直径为1cm，高度为1cm。作为本实用新型的一个实施例，所述填料层厚度为400mm，直径为25cm，所述填料层为拉西环填料堆而成。

在本实用新型中，所述吸收单元还包括设置在所述塔体11内的喷淋组件13，所述喷淋组件13非接触式设置在所述填料层12的上方，作为本实用新型的一个实施例，所述所述喷淋组件13的个数优选为2，为了保证喷淋组件13喷淋液体在填料层12中均匀分布，作为本实用新型的一个实施例，所述喷淋组件13与填料层12的距离为18cm。

作为本实用新型的一个实施例，所述喷淋组件13的形状为鱼骨架形；所述喷淋组件由干管131和分布在所述干管两侧的支管132构成，支管131下部侧方开有小孔132，小孔开孔率优选为0.3％，作用是将吸收液均匀喷洒至填料层上，参见图4。其中，干管管径为1.5cm，支管管径为0.5cm，所述支管个数为14根。

作为本实用新型的一个实施例，每个喷淋组件13所连接的管道上优选的分别设置有阀门。挥发性气体在塔体11内由下向上移动，吸收液由上向下移动，气液接触过程中占挥发气体主要成分的co2和nh3被吸收液吸收，由液体收集组件14收集后进入浓缩单元2；所述吸收液优选的包括去离子水。

在本实用新型中，堆肥过程产生的尾气挥发性气体在上升过程中在填料表面与吸收液充分接触，发生气液传质，实现排放气体中可溶性组分的吸收。不能被吸收组分由吸收单元上部排气口排出，吸收液在重力作用下被液体收集组件收集。

在本实用新型中，所述填料层12优选的包括隔板支撑、隔板和填料；所述隔板支撑优选的固定于塔体11的内壁上；所述隔板上优选的开有小孔，以利于吸收液流入与流出填料层12；所述隔板支撑上优选的放置有隔板；所述隔板上优选的放置有填料；所述填料优选为耐腐蚀材质，具有复杂的空间构型，可扩大气液之间接触面积；所述填料的高度优选为吸收单元1高度的1/3。所述隔板上开有小孔，利于气体和吸收液通过的同时防止填料流失。

在本实用新型中，所述吸收单元1还包括设置在所述塔体11底部的液体吸收组件14。参见图5，作为本实用新型的一个实施例，所述液体吸收组件14的底部为中间凸起的锥形斜面141，在锥形斜面141的两侧最低处设置有储液槽142，由填料中下渗的吸收液沿锥形结构斜面进入底部储液槽142；所述储液槽142的下部优选的连接有吸收单元出液管143。

在本实用新型中，所述吸收单元1的材质优选为耐腐蚀材质，更优选为聚丙烯、玻璃钢或有机玻璃；所述填料的结构优选为空间多面体结构，具有较大的表面积；所述填料的材质优选为聚丙烯和/或聚乙烯，填料形式为拉西环，作为本实用新型的一个实施例，所述填料直径为1cm，高度为1cm。

本实用新型提供的装置包括与所述吸收单元1连通的浓缩单元2。在本实用新型中，所述浓缩单元2包括壳体、设置在壳体内的极板21和设置于极板21间的膜组对22；作为本实用新型的一个实施例，所述浓缩单元2内各室通过软管与配水器8的配水器出液管29相连，液体收集组件14与配水器8的配水器进液管28相连配水器8起到收集液体并均匀分配的作用。参见图6。

在本实用新型中，所述膜组对为三明治结构，两侧为膜框，中间分别夹持离子交换膜，所述离子交换膜为阴离子或阳离子交换膜。浓缩单元2中阴、阳离子交换膜交替布置。两侧极板与直流稳压电源相连，吸收液中阳离子(nh⁴⁺、h⁺)在电场作用下向阴极方向移动，阴离子(co3^2-、oh^-)在电场作用下向阳极方向移动；所述阴离子交换膜水溶液中显正电荷，允许阴离子通过，阳离子交换膜水溶液中显负电荷，允许阳离子通过；在电场和离子交换膜的共同作用下，所述浓缩单元膜组对之间交替出现淡液室和浓液室；淡液室内液体通过管道进入第一余热回收单元3-1；浓液室内液体通过管道进入第二余热回收单元3-2。

在本实用新型中，所述浓缩单元膜2中的膜框24起支撑离子交换膜25的作用，为了增加离子交换膜25与水的接触面积，膜框24上优选的开设有孔洞。为了保证水流作用下膜的平整程度，膜框24上优选的还设置有支撑肋条241。

在本实用新型中，所述浓缩单元2的极板21优选为钛涂钌或石墨等耐腐蚀材质，设置于浓缩单元2两侧，一侧极板与电源正极相连，另一侧与电源负极相连。

在本实用新型具体实施过程中，所述浓缩单元2进液分为三部分，一部分为浓室进液，一部分为淡室进液，另一部分为极板液。出液也分为三部分，一部分为浓液，一部分为淡液，一部分为极板液，淡液经管道输送至第一余热回收单元3-1，极板液和浓液经管道输送至第二余热回收单元3-2。

在本实用新型中，由于好氧堆肥过程产生热量，吸收单元1中气液接触过程中会发生热量传递，造成吸收液温度升高；由于本实用新型系统为连续流，余热回收单元中的转换片基座31可使热电转换片32与高温浓液和淡液充分接触，热电转换片32内的半导体结构在两侧温差作用下产生电能，所产生电能通过导线储存入电池组33中。

在本实用新型中，所述吸收液池4和浓缩液池5分别用来储存吸收液和浓缩液，吸收液池和浓缩液池为封闭结构，顶盖上优选的设置有两个进料管。其中，浓缩液池5的顶盖上一个进料管用来进液，另一个进料管在排出气体的同时，运行一定时间后通过该进料管优选的向浓缩液中添加硫酸，使浓缩液中的氨转化为硫酸铵，以实现n素的资源化利用，浓缩液池5的侧壁底部优选的设置有一个出液管，出液管上优选的设置有阀门，以控制硫酸铵浓液的流出。吸收液池4顶盖上一个进料管用来进液，另一个进料管用来补充系统长时间运行所造成的吸收液损失。

在本实用新型中，好氧堆肥过程中产生的挥发气体被吸收液吸收，吸收液经浓缩手段浓缩后产生浓液和淡液。淡液回流吸收挥发气体，实现吸收液的重复利用。浓液可作为肥料，实现资源化利用。

在本实用新型中，所述吸收液池4和吸收单元1之间优选的设置有加压泵6；所述吸收液池4内的吸收液经加压泵6加压后进入吸收单元1内喷淋组件13内，由喷淋组件13喷淋到填料层12上，实现吸收液的重复利用；所述加压泵6和喷淋组件13之间优选的设置有主阀门7-1、第一支阀门7-2和第二支阀门7-3。

在本实用新型中，所述装置优选的还包括自动控制系统，所述自动控制系统主要由控制柜、氨气浓度传感器、气体流量传感器、电导率传感器、ph传感器和电压传感器组成，这些传感器将所获取数据传送至自动控制系统，根据程序设定进行自动调整。控制过程参见图10。自动控制单元起到监控进气气体浓度、气体流量、吸收液ph值、浓室液体电导率、淡室液体电导率、浓室液体ph值和淡室液体ph值。并对浓缩单元2的极板21的电压、吸收液回流流量进行动态控制，以保证对气体的最高吸收效率与最大浓缩倍数。

本实用新型具体实施过程中，所述吸收单元1吸收液进液、出液流量，浓缩单元2液体进、出流量均应相同，以保证整个系统的稳定运行。

通过调节吸收液喷淋流量，能够有效控制好氧堆肥过程挥发气体的吸收速率，通过调节极板电压，能够有效控制吸收液中离子电场下的迁移速率和离子的回收效率。

本实用新型所述装置的使用方法优选的包括以下步骤：

1)将好氧堆肥产生的挥发性气体经进气口15进入塔体11内部，在进出气口压差作用下，挥发气体在塔体11内由底部向上部移动，吸收液池4输出的吸收液由喷淋组件喷洒入塔体11内，吸收液在重力作用下由塔体11上和/或中部向下部运动，在填料层12中与挥发气体充分接触，挥发气体中可溶于吸收液的部分由气相转移至液相中，液体最终由液体收集组件14收集；

2)所述液体收集组件14收集的液体输入浓缩单元2，在电场和离子交换膜25的共同作用下，所述膜组对22之间交替出现淡液室26和浓液室27；

3)所述淡液室26内的液体通过第一余热回收单元3-1后的流出液进入吸收液池4；所述浓液室27与极室23内的液体通过管道进入第二余热回收单元3-2后的流出液进入浓缩液池5；所述第一余热回收单元3-1和第二余热回收单元3-2将回收的热能转化为电能储存入电池组33。

本实用新型首先将好氧堆肥产生的挥发性气体经进气口15进入塔体11内部，在进出气口压差作用下，挥发气体在塔体11内由底部向上部移动，吸收液池4输出的吸收液由喷淋组件喷洒入塔体11内，吸收液在重力作用下由塔体11上和/或中部向下部运动，在填料层12中与挥发气体充分接触，挥发气体中可溶于吸收液的部分由气相转移至液相中，液体最终由液体收集组件14收集；所述吸收液池4输出的吸收液的流量优选为4～5m³/h。作为一个实施例，所述吸收液采用去离子水，电阻率为18.2mωcm。

本实用新型所述液体收集组件14收集的液体输入浓缩单元2，在电场和离子交换膜25的共同作用下，所述膜组对22之间交替出现淡液室26和浓液室27；所述浓缩单元2的极板21的电压优选为20～40v。

本实用新型中，所述淡液室26内的液体通过第一余热回收单元3-1后的流出液进入吸收液池4；所述浓液室27内的液体通过管道进入第二余热回收单元3-2后的流出液进入浓缩液池5；所述第一余热回收单元3-1和第二余热回收单元3-2将回收的热能转化为电能储存入电池组33。

本实用新型中，所述浓液主要为浓缩后的碳酸铵、碳酸氢铵溶液，淡液主要为经纯化后的去离子水。

本实用新型中，所述吸收过程、浓缩过程和热回收过程均为连续过程。

本实用新型中，储存于浓缩液池5内的浓缩液可直接作为液体肥施用于土地，或使用硫酸稳定后，将浓缩液池内的碳酸铵、碳酸氢铵转化为硫酸铵后作为液体肥施用于土地。

下面将结合本实用新型中的实施例，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

吸收液为去离子水，电阻率18.2mω·cm。气体为好氧堆肥过程挥发气体，采用管道输送至该本实用新型装置的进气口，其中，nh3浓度为1.7g/m³，电浓缩系统电压为30v，吸收液流量为4.5m³/h。

经过好氧堆肥反应器挥发气体高效吸收与电浓缩系统处理后，吸收单元上部出气口nh3去除率为89％。浓缩液ph为11.25，吸收液ph为7.03。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。