反滲透膜削減沼液氨氮工藝優(yōu)化研究

高鵬娜 金娟（杭州上拓環(huán)境科技股份有限公司，浙江 杭州 311121)

反滲透膜削減沼液氨氮工藝優(yōu)化研究

高鵬娜 金娟（杭州上拓環(huán)境科技股份有限公司，浙江 杭州 311121)

本文通過(guò)測(cè)量氨氮去除的方法對(duì)反滲透膜系統(tǒng)削減沼液氨氮的最佳反應(yīng)條件進(jìn)行判定，發(fā)現(xiàn)回收率、pH值、運(yùn)行壓力是影響氨氮去除率的主要因素，當(dāng)pH值為7.70，回收率為76.00%，運(yùn)行壓力為5.50MPa時(shí)，可以獲得96.13%的氨氮去除率，運(yùn)行壓力對(duì)于氨氮去除率的影響最大，回收率次之，pH值最小，pH值和運(yùn)行壓力之間存在比較明顯的交互作用。

氨氮去除率;反滲透處理;廢水;滲透;優(yōu)化

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)正在向著集約化、規(guī)模化的趨勢(shì)發(fā)展，而隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，畜禽糞便的處理工作成為了一項(xiàng)急需解決的問(wèn)題。我國(guó)是當(dāng)前世界上最大的沼氣消費(fèi)國(guó)與沼氣生產(chǎn)國(guó)，沼氣技術(shù)也是處理畜禽糞便的主要方式之一。沼液廣泛應(yīng)用于無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液、沼液添加飲料、沼液肥用等方面。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，沼液肥用能夠有效提高土壤滲濾液的磷、氮等營(yíng)養(yǎng)元素的使用率，提高植株的生產(chǎn)效率，縮短植株的生產(chǎn)周期。然而當(dāng)前我國(guó)在沼液生產(chǎn)方面存在儲(chǔ)存運(yùn)輸困難，生產(chǎn)成本較高，造成沼液產(chǎn)量以及沼液中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足等方面的問(wèn)題。隨著反滲透臘濃縮技術(shù)的不斷成熟，沼液中污染物質(zhì)的截留效率不斷打提升，沼液生產(chǎn)過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的保留量得到進(jìn)一步提高。反滲透臘濃縮技術(shù)所使用的反滲透系統(tǒng)膜包含板框式、卷式、毛細(xì)管式、空心纖維式、碟管式等種類。其中碟管式反滲透膜具有比較強(qiáng)的面耐污性，符合我國(guó)沼液生產(chǎn)的廣泛需求，應(yīng)用價(jià)值較高。

本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)碟管式反滲透膜系統(tǒng)濃縮沼液，其目的在于評(píng)價(jià)該實(shí)驗(yàn)法在氨氮去除方面的效果，采用Box-Behnken響應(yīng)面法、最陡爬坡試驗(yàn)以及Plackett-Burman試驗(yàn)，對(duì)相關(guān)的反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化處理對(duì)氨氮削減工藝進(jìn)行研究與探索。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.2 碟管式反滲透膜系統(tǒng)

試驗(yàn)系統(tǒng)膜組件包含外殼、中心拉桿、導(dǎo)流盤(pán)、滲透膜等組件。其中包含膜片209個(gè)，碟片210個(gè)，膜面積9.45m2，壓力容器內(nèi)部直徑202mm，外部直徑214mm，膜柱長(zhǎng)度1400mm。

1.3 試驗(yàn)方法

對(duì)反滲透膜系統(tǒng)削減沼液氨氮性能的影響因素進(jìn)行調(diào)整，綜合分析pH值、沼液濃度、運(yùn)行壓力等方面對(duì)于氨氮去除率的影響，通過(guò)對(duì)相關(guān)因子水平進(jìn)行調(diào)整，采用固定變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

1.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)Design-Expert8.05軟件，考察回收率、pH值、沼液濃度、運(yùn)行壓力，與氨氮去除率之前的關(guān)系，每個(gè)景程因素分別取高和低兩個(gè)水平，測(cè)量所有組合條件下氨氮去除率的具體數(shù)值。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可智，回收率、pH值以及運(yùn)行壓力的P值在0.05以下，沼液濃度P值在0.05以上，即回收率、pH值、運(yùn)行壓力三個(gè)方面的因素對(duì)于氨氮回收率有著比較大的影響，運(yùn)行壓力對(duì)于氨氮回收率的影響最大，回收率次之，pH值最小。經(jīng)爬坡試驗(yàn)測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)回收率、pH值、運(yùn)行壓力三個(gè)方面的效應(yīng)為正。

2 討論

當(dāng)前我國(guó)的沼液濃縮工藝廣泛采用反滲透技術(shù)，沼液濃縮程度不斷提高，沼液中的營(yíng)養(yǎng)成份得到進(jìn)一步的保留。經(jīng)調(diào)查實(shí)驗(yàn)證實(shí)，運(yùn)行狀態(tài)和膜的選用對(duì)于膜污染有著比較強(qiáng)的影響。碟管式反滲透膜組件內(nèi)部含有的水力設(shè)計(jì)與開(kāi)放式流道能夠有效減少膜表面污垢并濾出污染物質(zhì)，使反滲透膜能夠使用更長(zhǎng)的時(shí)間。在運(yùn)行狀態(tài)方面，通過(guò)對(duì)運(yùn)行壓力進(jìn)行不斷的優(yōu)化，控制并調(diào)整回收率、pH值等方面的參數(shù)，有效改善了氨氮去除效果，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了降低膜污染的有效方法。

3 結(jié)語(yǔ)

該研究綜合運(yùn)用Plackett-Burman試驗(yàn)優(yōu)化了反滲透膜系統(tǒng)削減沼液氨氮性能的工藝。Plackett-Burman試驗(yàn)結(jié)果表明，回收率、pH值、運(yùn)行壓力是影響氨氮去除率的主要因素，當(dāng)pH值為7.70，回收率為76.00%，運(yùn)行壓力為5.50MPa時(shí)，可以獲得96.13%的氨氮去除率，運(yùn)行壓力對(duì)于氨氮去除率的影響最大，回收率次之，pH值最小，pH值和運(yùn)行壓力之間存在比較明顯的交互作用，應(yīng)用價(jià)值值得推廣。