本發明涉及環保技術領域和生物質能源回收利用技術領域。可以用于餐廚垃圾、污水處理廠剩余污泥、農業廢棄物等有機廢物的厭氧消化的沼氣工程。
背景技術：
有機廢棄物采用厭氧消化處理可以回收能源，是具有廣泛應用前景的處理手段。含氮有機物在厭氧消化過程最終轉化為氨態氮，實踐證明當氨氮濃度達到較高濃度時，厭氧產甲烷過程會到顯著的抑制，進而導致厭氧消化系統的崩潰。此外，高濃度氨氮的沼液也是造成環境污染的廢液，不能直接排放，由于有機物含量相對不足，生物脫氮還存在有效碳源不足的問題。因此，諸如城市污水處理廠脫水污泥、廚余垃圾、糞便等含氮量較高的生物質廢棄物的厭氧消化處理路線受到阻礙。
目前采用的解決方案主要是對進料進行調理稀釋，再將沼液排至污水處理系統脫氮處理后排放或回流。該方法需要使用新鮮水，而且污水處理系統設施復雜、規模大，增加了處理成本。本發明采用脫氨膜接觸器對沼液進行氨回收，脫氨沼液部分回流至厭氧消化前端的調質池，減少了新鮮水的使用；排放的脫氨沼液易于處理，大幅度降低污水處理系統規模，無需外加碳源；可以回收硫酸氫銨作為產品，產生經濟價值。
技術實現要素：
本發明提供了一種基于膜接觸器側流回收氨氮的厭氧消化處理系統及方法，可以有效解決上述問題。
本發明采用的技術方案如下：
本發明提供的一種基于膜接觸器側流回收氨氮的厭氧消化處理系統，包括：預處理裝置、均質池、消化池、脫水裝置、沼液池、過濾器、脫氮膜接觸器、脫氮液池、酸循環池、銨回收裝置；
所述預處理裝置、均質池、消化池、脫水裝置通過水泵、管道依次相互相連，其中預處理裝置作為系統接收、儲存、輸送、調配原料的裝置，可接收液態與固態等多種形式的有機廢棄物。
所述均質池內部設置混合攪拌器、加熱管，通過水泵、管路與預處理裝置、脫氮液池相連，接收經預處理裝置處理后的有機廢棄物原料、經過脫氨膜接觸器處理后的部分脫氨液；通過管道將混合液送至消化池進行厭氧消化處理；同時，通過管路將加熱管與蒸汽生產系統連接，對均質池內物料進行加熱。
所述脫水裝置由進料、脫水、出料、加藥等設備組成，對厭氧消化處理后出料進行固液分離，分離出沼渣和富含氨氮的沼液；其中，沼渣經處理后進行綜合利用，富含氨氮的沼液于沼液池內進行暫存待處理。
所述過濾器接收沼液儲池泵送過來的沼液，并對其初步過濾處理，過濾精度為1-5um，防止脫氨膜堵塞。
所述脫氨膜接觸器內設置了能夠通過氨分子但阻止水分子通過的管式疏水性脫氨膜，膜兩側分別是稀酸流動相與沼液；在稀酸流動相形成的跨膜傳遞驅動力作用下，沼液中的氨以分子形式跨越脫氨膜進入到膜另一側并被稀酸吸收；脫氮后沼液于脫氮液池內暫存待用，部分脫氮液根據工藝需要部分回流至均質池，多余脫氮液經處理后達標排放；為獲得更高的脫氨效率，脫氨膜接觸器系統可以采用多級串聯的形式布置，配套的過濾器、酸循環池可采用共用和分級設置兩種方式。
所述酸循環池通過水泵、管路與脫氨膜接觸器相連，形成了氨氮吸收循環管路；酸循環池內酸液在泵的作用下由酸液相進口進入脫氨膜接觸器，吸收氨氮分子后的酸液從脫氨膜接觸器的酸液相出口排出并通過管道返回至酸循環池；酸循環池內設置在線pH計，實時反饋池內酸堿度；根據pH情況定期向酸循環池內補充酸，或將循環酸液送至銨回收裝置進行銨鹽回收處理。
本發明的有益效果是：
(1)利用脫氨膜接觸器對富氨沼液中的氨氮進行回收，與其他將氨氮轉化為氮氣的技術方案相比，可以獲得有價值的產品硫酸氫銨，處理成本較低；
(2)將脫氨沼液回流至均質池，降低了厭氧消化池內氨氮濃度，削弱氨氮抑制作用，可以提高厭氧消化效率，減少調質新鮮水使用量。
附圖說明
圖1為本發明專利提供的一種基于膜接觸器側流回收氨氮的厭氧消化處理系統結構示意圖。
附圖標記說明；
1：預處理裝置；2：均質池；3：消化池；4：脫水裝置；5：沼液池；6：過濾器；7：脫氮膜接觸器；8：脫氮液池；9：酸循環池；10：銨回收裝置。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的技術方案作詳細說明：
實施例一：
南方某靜脈產業園區內餐廚垃圾處理廠，處理規模為100t/d(含固率平均為24％)，收集并處理某市區域內企事業單位食堂、大型酒店與度假村等的餐廚垃圾。工藝為帶有膜接觸器側流回收氨氮的厭氧消化處理系統，即預處理(分揀+篩選+破碎+蒸煮去油)+厭氧消化+固液分離，沼渣堆肥后作為有機肥銷售，沼液采用膜接觸器側流回收氨氮后作為進料調制水使用，剩余達標外排。
餐廚垃圾首先在預處理裝置(1)種進行分揀、篩選、破碎、蒸煮去油等處理，處理后餐廚垃圾平均含固率為24％，其中氨氮含量約為絕干物質的4％；經泵與管道輸送至附圖所示的均質池(2)，其有效容積300m3；在此池內將預處理后的餐廚垃圾與來自脫氮液池(8)內暫存的、經脫氨膜接觸器(6)處理后的脫氮液進行混合，其中回流的脫氨沼液中NH3-N≤150mg/L，回流量約為100～180m3/d(根據餐廚性質確定)；廚垃圾與脫氮液混合均勻，且混合液含固率調節至10％左右，同時采用蒸汽加熱物料至37±1℃，通過泵與管路送至消化池(3)中進行厭氧消化處理。混合物料在消化池(3)內發生厭氧消化反應，消化時間15-30天，最終將有機物轉化為沼氣，經收集并輸送至沼氣處理和利用系統；
消化池(3)每日出料，出料經泵及管路輸送至脫水裝置(4)中進行脫水處理；本案例采用高壓板框脫水機分離沼渣與沼液，脫水裝置(4)的處理能力為12-15m3/h，干污泥產量約為1-2t/h(含水率≤60％)，配套進料螺桿泵、高壓泵、空壓機、皮帶輸送機、加藥泵、溶藥罐、調理罐等設備；沼渣經堆置后作為有機肥或營養土使用；脫水裝置(4)濾液產量約為12-15m3/h，于沼液儲池(5)中貯存，其有效容積為260m3，濾液NH3-N濃度不超過1200mg/L。富氨沼液經過過濾精度為2-5um的過濾器(6)后，泵送至脫氨膜接觸器(7)，沼液中的氨氮透過疏水性脫氨膜，進入到管式膜內側的稀硫酸吸收液，形成硫酸氫銨。本案例中的脫氨膜接觸器(7)單級設置，脫氨效率不低于50％，形成最終的脫氨沼液中的NH3-N濃度不超過150mg/L；脫氨沼液進入脫氨液池(8)暫存，待厭氧消化系統開始進行原料調質操作時，再回流至進料調質池(2)對原料進行調質；同時多余的沼液溢流排放至后續的沼液處理系統。
酸循環池(9)與脫氨膜接觸器(7)形成循環回路，內設置在線pH計，維持pH值為1～2，隨著氨氮的吸收過程不斷進行，當pH值超過2時，向酸循環池(9)加入98％濃硫酸，經過15～25次補充濃酸后，將酸液循環池(9)內的吸收液經銨鹽溶液泵送至銨鹽回收裝置(10)進行銨鹽回收。
本發明的有益效果是：
(1)利用脫氨膜接觸器對富氨沼液中的氨氮進行回收，與其他將氨氮轉化為氮氣的技術方案相比，可以獲得有價值的產品硫酸氫銨，處理成本較低；
(2)將脫氨沼液回流至均質池，降低了厭氧消化池內氨氮濃度(由無此系統的5000-6000mg/L將至1200mg/L)，大大削弱了氨氮對厭氧系統的抑制作用，可以提高厭氧消化效率，減少調質新鮮水使用量。
實施例二：
河北省某市污泥處理處置中心，處理規模為300t/d(含固率20％)，收集并處理某市區域內市政污水處理廠產生的脫水污泥。工藝為帶有膜接觸器側流回收氨氮的厭氧消化處理系統，即污泥料倉+均質池+厭氧消化+固液分離，沼渣堆肥后作為營養土，沼液采用膜接觸器側流回收氨氮后作為進料調制水使用，剩余達標外排。
污水處理廠污泥通過密封車輛送至污泥處理中心的預處理裝置(1)，預處理裝置(1)包括污泥料倉、輸送機、漿化機；經預處理后污泥氨氮含量約為絕干物質的2％；經泵與管道輸送至附圖所示的均質池(2)，其有效容積500m3；在此池內將預處理后的污泥與來自脫氮液池(8)內暫存的、經脫氨膜接觸器(6)處理后的脫氮液進行混合，其中回流的脫氨沼液中NH3-N≤100mg/L，回流量約為150～200m3/d；污泥與脫氮液混合均勻，且混合液含固率調節至8％左右，同時采用蒸汽加熱物料至37±1℃，通過泵與管路送至消化池(3)中進行厭氧消化處理。混合物料在消化池(3)內發生厭氧消化反應，消化時間15-30天，最終將有機物轉化為沼氣，經收集并輸送至沼氣處理和利用系統；
消化池(3)每日出料，出料經泵及管路輸送至脫水裝置(4)中進行脫水處理；本案例采用高壓板框脫水機分離沼渣與沼液，脫水裝置(4)的處理能力為30-50m3/h，出泥含水率≤60％，配套進料螺桿泵、高壓泵、空壓機、皮帶輸送機、加藥泵、溶藥罐、調理罐等設備；沼渣經堆置后作為園林綠化營養土使用；脫水裝置(4)濾液產量約為30-50m3/h，于沼液儲池(5)中貯存，其有效容積為500m3，濾液NH3-N濃度不超過1000mg/L。富氨沼液經過過濾精度為2-5um的過濾器(6)后，泵送至脫氨膜接觸器(7)，沼液中的氨氮透過疏水性脫氨膜，進入到管式膜內側的稀硫酸吸收液，形成硫酸氫銨。本案例中的脫氨膜接觸器(7)單級設置，脫氨效率不低于50％，形成最終的脫氨沼液中的NH3-N濃度不超過120mg/L；脫氨沼液進入脫氨液池(8)暫存，待厭氧消化系統開始進行原料調質操作時，再回流至進料調質池(2)對原料進行調質；同時多余的沼液溢流排放至后續的沼液處理系統。
酸循環池(9)與脫氨膜接觸器(7)形成循環回路，內設置在線pH計，維持pH值為1～2，隨著氨氮的吸收過程不斷進行，當pH值超過2時，向酸循環池(9)加入98％濃硫酸，經過15～25次補充濃酸后，將酸液循環池(9)內的吸收液經銨鹽溶液泵送至銨鹽回收裝置(10)進行銨鹽回收。
本發明的有益效果是：
(1)利用脫氨膜接觸器對富氨沼液中的氨氮進行回收，與其他將氨氮轉化為氮氣的技術方案相比，可以獲得有價值的產品硫酸氫銨，處理成本較低；
(2)將脫氨沼液回流至均質池，降低了厭氧消化池內氨氮濃度(由無此系統的2000-3000mg/L將至1000mg/L)，大大削弱了氨氮對厭氧系統的抑制作用，可以提高厭氧消化效率，減少調質新鮮水使用量。