利用碟管式反渗透系统处理养殖场沼液的研究

1322016,Vol.36,No.4农业与技术※种植与养殖利用碟管式反渗透系统处理养殖场沼液的研究周宇远1罗杨春1阮慧敏2胡如意1沈江南2（1.浙江竟成环保科技有限公司浙江省国家高新技术重点企业研发中心，浙江温州325000；2.浙江工业大学海洋学院，浙江杭州310000）摘要：近年来，养殖业的污水排放标准越来越高，养殖场沼液的排放受到严格的控制，且传统沼液处置方法存在处理量小、占地面积大等弊端。因此，本文研究利用DTRO（碟管式反渗透）技术处理及浓缩沼液。研究结果表明，在42-65bar的操作压力和4.3倍的浓缩比条件下，沼液经DTRO系统处理，COD、NH3-N和TP的去除率全部超过90%，电导率从14.5ms/cm下降到1.28ms/cm，脱盐率为91.2%。出水水质符合畜禽养殖业的废水排放标准。同时，浓缩液的重金属指标除Zn为0.2ppm外，其余均低于0.001ppm；浓缩液中的营养盐物质也提高了约3～4倍，可见浓缩的沼液可用于农业灌溉，是环保高效的肥料。关键词：沼液浓缩；DTRO；浓缩液；重金属指标中图分类号：X703文献标识码：ADOI：10.11974/nyyjs.20160230121基金项目：科技型中小企业创新基金（项目编号：14C2621330143）；温州市科技计划项目(项目编号：S20120012)；龙湾区科技发展计划项目（项目编号：2014KY10）；浙江省环保科研计划项目（项目编号：2013B010）前言沼液主要是养殖场的家禽比如鸡、鸭、猪、牛等的粪便经过厌氧发酵后的产物[1]。其成分十分复杂，既存在大量无机营养盐物质，又含大量生物活性物质，作为肥料具有防病抗逆促进植物组织吸收的作用，是优良且无害的化肥。2007年，国家实施的《可再生能源中长期发展规划》以及农业部编制出台的《全国农村沼气工程建设规划》中提出，到2020年，全国农村沼气户用将达8000万户，大中型沼气设施工程达8000处，年利用沼气量达440亿m3。2013年，全国的畜牧业粪便产量超过25亿t[2]。大量的沼液亟需无害化处理，而传统的沼液处置方法主要为先经过沼气（厌氧）处理，之后用于还田、自然降解或好氧处理，存在处理量少、处理时间长等诸多弊端[3]。同时，大规模的沼液运输和储存也将耗费大量的资源[4]。因此，许多研究人员正着重寻找新型的沼液无害化处置方式。近年来，反渗透技术愈来愈受到人们的重视，从1960年S.Loeb和S.Sourirajan第1次制得高脱盐率、高通量的反渗透膜开始[5]，反渗透技术就进入了快速发展的道路。在1970年，美国的DuPont公司研制了由芳香族聚酰胺中纤维制成的反渗透膜。1980年，Filmtec公司推出了性能优异的复合膜，使得复合膜得到了极大的推广[6]。DTRO作为反渗透技术的一个分支，是近几年十分火热的膜分离技术。如图1所示，DTRO膜片采用重叠的碟片固定安装，有独特的流道和导流盘，流体从碟片的一段转向180°流向碟片的另一端，破坏了流体浓差极化。导流盘表面有一定方式排列的凸点，增加了流体的湍流程度，起到冲洗膜面，降低膜面阻垢和堆积的问题[7][8]。DTRO技术相比于传统的卷式和中空纤维反渗透膜，DRTO具有更好的耐污染能力，可以直接用于处理高浓度的液体[9][10][11]。DRTO技术在处理垃圾渗滤液方面已有一定的研究成果，在青岛、广州等地分别建立了日处理量近1000m3的垃圾处理厂，经多级DTRO处理后，CODCr、BOD、NH3-N、TP等指标的去除率均超过99%[12][13]。但DTRO技术应用在沼液方面并没有太多报道。因此，本文研究利用DTRO技术浓缩沼液，使沼液经处理后既降解污染物使其达标排放，又浓缩并回收营养物，使其体积减量化，便于进一步资源化利用。图1DTRO膜流体流动示意图1试验部分1.1沼液供试沼液来自江苏某养猪场，取自其厌氧发酵罐内，体积200L。供试沼液的基本数据在表1中列出。表1沼液水质基本指标项目pH电导率/(ms/cm)COD/(mg/L)NH3-N/(mg/L)TP/(mg/L)沼液7.8214.55890.3624.821.61.2试验装置及流程图2沼液处理流程工艺图※种植与养殖业与技术2016,Vol.36,No.41332.2DTRO系统电导率随时间变化由图5可知，出水电导从0.86ms/cm缓慢上升到2.84ms/cm，原液电导率开始经过一段波动，之后从12.55ms/cm上升到17.8ms/cm，DTRO浓缩时，初期原液电导波动的原因可能是加料之后，料液罐内沼液静置，一些悬浮物下沉，造成料液罐内上下部分沼液浓度不一致，而进料口为料液罐的下部位置，先进料的是浓度较高的沼液。随着进料的经行，进料口起到一个搅拌的作用，上下沼液在料液罐内混合均匀，所以开始时