沼液多级膜法处理工艺研究

沼液多级膜法处理工艺研究

方丽娜沈斌

杭州碟滤膜技术有限公司浙江杭州310000

摘要：针对厌氧消化沼液减量化、无害化、资源化的难题，搭建了沼液处理的多级膜组合处理试验装置，开展了由五种膜技术组成的多级膜处理集成工艺，经处理后的出水化学需氧量、氨氮、总磷等污染物稳定达标排放。基于纳滤膜的选择透过性能，大幅度减少了浓相水中的盐分，截留了分子量1000Da和截留分子量150Da的有机组分在沼液中，从而为沼液浓缩液的农田资源化利用提供了技术支撑。

关键词：沼液；多级膜；陶瓷膜；纳滤膜；DTRO；脱氨膜

引言

沼气工程在产生沼气的同时，会产生大量的沼液，沼液中COD、SS含量高，且富含氮、磷、钾、有机酸、腐殖酸等植物生长所需的营养物质。现阶段的常规处理方式，如沼液还田，受储存和运输条件的限制，且沼液中营养成分浓度低等因素，无法广泛推广；采用诸如A/O法、SBR法等的一种或多种生化组合工艺，以达标排放为目的，因沼液B/C比值低、C/N/P比值失调，项目建设受气温影响大、占地面积大，周期长，且无法回收利用沼液中有用物质，也面临诸多难题。针对厌氧消化沼液减量化、无害化、资源化的难题，搭建了沼液处理的多级膜组合处理试验装置，开展了由五种膜技术组成的多级膜处理集成工艺研究。

1试验设计与方法

1.1试验原水

沼液样本来自于河北某公司的中温全混厌氧发酵系统。以该公司沼液为多级膜处理原水，对样本测试结果如表01所示：

1.2试验流程及各级膜选型

试验装置设计处理沼液量3000L/d，试验工艺流程如图1-1所示：

选取的沼液经过格栅预处理后进入膜系统，如表0-2所示。

1.3测试方法

按照相关规定，对试验中的化学需氧量、氨氮、总磷等进行测定，并使用在线流量计、压力表等测试膜过滤流量和压力等。

1.4试验结果和讨论

1.4.1对COD的去除效果

从图2-1可见，五级膜的出水COD在49~136mg/L之间波动，达到了《畜禽养殖业污染物排放标准GB18956-2001》中的要求，也达到了本试验设定目标150mg/L以下的要求。图2-1的数据显示，多级膜组合工艺对COD总的去除率可达到95%以上。

1.4.2对NH3-N的去除效果

图2-2的曲线图显示，一级陶瓷膜对氨氮的去除率低，一个月运行过程中均小于30%；二级纳滤膜对氨氮的去除率低，小于22%；三级纳滤膜对氨氮的去除率低，小于30%，主要集中在10~24%之间。图2-3和图2-4显示，四级DTRO膜的出水水质无法达到排放标准中对氨氮的要求。将经过前面四级膜处理的出水，采用强疏水性的复合聚烯烃材质的中空纤维结构形式脱气膜，作为五级膜。运行中，配制20%磷酸溶液作为吸收液，进水PH调节至11.2~11.3，循环吸收2小时后取样检测。

从图2-5可以看出，脱气膜出水NH3-N在8mg/L以下，具有良好的去除效果，完全达到排放标准。

1.4.3对总磷的去除效果

常规生化处理方法，往往存在对总磷去除难的问题，需要投加化学药剂，试验过程中测试原水及最终出水的总磷指标。从图2-6上可以得出，五级脱氨膜出水总磷值在0.6~2.31mg/L之间波动，波动幅度小。将五级膜出水总磷值与膜进水总磷值进行比较，得出多级膜组合工艺对总磷的去除率达到98%以上。

1.4.4对盐分的去除效果

纳滤膜具有选择透过性的特点，可以用于单价阴离子和多价阴离子的分离，比如，料液含相同的阳离子成分，阴离子价键越高则去除率越高，如对NaCl和CaCl2的去除率为20~80%，而对MgSO4和Na2SO4的去除率则高达90~98%[5]。对各种单一成分物料进行截留率试验比对，可得到以下的截留率规律，从大到小排序依次是：MgSO4>K2SO4>Na2SO4>CaCl2>MgCl2>NaCl[6]。

根据研究对象的样品分析各成分指标，重碳酸盐HCO3-含量为4.64×103mg/L，CO32-含量为2.0mg/L，氯化物585mg/L，无机盐的组成成分均以一价盐为主，因此选择纳滤膜将有机物分级截留浓缩的同时，使单价盐透过膜进入出水侧。

图2-7显示，二级纳滤膜对无机盐的去除率在5~10%之间，三级纳滤膜对无机盐的去除率在5~25%之间波动。可见，纳滤膜处理沼液，对无机盐分截留率低，能使盐分透过进入出水侧，随产水排出，防止盐分在浓缩液测累积。

2结论和建议

2.1结论

（1）经过组合工艺的处理，沼液由近乎黑色浑浊液体变为接近无色澄清透明，出水COD达到140mg/L以下，氨氮达到8mg/L以下，总磷达到3mg/L以下，均符合《畜禽养殖业污染物排放标准GB18956-2001》中的要求（COD≤400mg/L、氨氮≤80mg/L、总磷≤8mg/L），也达到了本试验设定的目标（COD≤150mg/L、氨氮≤25mg/L、总磷≤8mg/L）。

（2）截留分子量1000Da的二级纳滤膜和截留分子量150Da的三级纳滤膜处理沼液时，对沼液中无机盐的去除率分别是5~10%，5~25%，三级纳滤膜的出水电导率为6190~8810us/cm。通过纳滤膜的应用，使大部分盐分随出水排放，防止沼液资源化利用时的盐分累积，使沼液真正达到无害化处理。

（3）首次采用多级膜集成工艺技术，基于纳滤膜的选择透过性能，解决了沼液循环再利用过程中产生的盐分累积导致土壤盐碱化问题，使沼液处理实现真正的无害化；同时将沼液中不同成分分离，在后期对沼液浓缩液利用的过程中，可自由按照相应比例复配制成不同的复合肥，提高了沼液资源化再利用的经济价值。

参考文献：

[1]全国草食畜牧业发展规划[J].中国农业信息，2017（5）：3-10.

[2]新华社.中共中央国务院关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见[J].农村实用技术，2017（3）：7-13.

[3]图解全国农村沼气发展“十三五”规划[J].中国产经，2017（4）：73-75.

[4]秦绪合.啤酒生产中水处理系统概述[J].啤酒科技，2010（7）：47-48.

[5]晓帆.纳滤膜用于脱盐的实验研究[D].天津：天津大学环境科学与工程学院，2008.

[6]岳彩德，董红敏，张万钦等.陶瓷膜净化猪场沼液的效果试验[J].农业工程学报，2018（5）：212-218.