豬場沼液納濾膜濃縮技術的研究

摘 要：通過對納濾膜濃縮技術的工藝流程以及工藝參數(shù)研究，研究對納濾膜濃縮的研究，分析其對沼液成分的影響。結果表明，豬糞沼液隨著濃縮倍數(shù)的增加，其透過液的氨氮含量也增加。在豬糞沼液濃縮過程中，濃縮液的化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）濃度隨著倍數(shù)增加而增加；但是，透過液的COD濃度出現(xiàn)先減小后增大的趨勢，當濃縮倍數(shù)為3倍的時候，透過液的COD濃度達到最小。在重金屬方面，沼液濃縮液濃度越濃，沼液中的砷、鎘、鉻等離子濃度也越大。

關鍵詞：豬場沼液；納濾膜；濃縮；氨氮

中圖分類號：X713 文獻標志碼：A 文章編號：1001-0769（2017）10-0057-03

隨著環(huán)保要求越來越高，以及2015年新出的環(huán)保法，豬場廢物污染越來越受到重視，尤其是豬場糞尿及沖洗水造成的液體糞污，對環(huán)境的破壞越來越重。如何處理好豬場的液體糞污，不僅可以解決豬場環(huán)境污染問題，又能使資源再利用，是迫在眉睫的問題。液體糞污高效率利用技術的關鍵就是沼液濃縮。

現(xiàn)在市場上常用的沼液濃縮技術有以下幾類：冷凍濃縮、蒸發(fā)濃縮、超濾、反滲透和納濾等。冷凍濃縮技術，由于其使用熱處理技術，非常容易損壞沼液組分，電能消耗也過大；反滲透、超濾和納濾技術的運用越來越廣，除了除鹽作用外，還具有非常強的截留需要組分能力。制藥、工業(yè)等領域已廣泛應用膜濾濃縮技術，但采用該技術對豬場液體糞污沼液進行處理還不常見。所以，如果能研發(fā)出適合于豬場液體糞污沼液的濃縮的超濾或者納濾膜方面的材料以及適宜的工藝技術參數(shù)及相關設備，是解決畜禽養(yǎng)殖場對環(huán)境污染的一種有效方法，應用價值很高。

1 納濾膜濃縮的試驗工藝流程

豬場沼液納濾膜濃縮的試驗工藝流程如圖1。

在本研究中，前期處理系統(tǒng)包括三個部分：數(shù)層鋼片過濾器、石英砂過濾器、保安過濾器。豬場沼液經(jīng)過泵提升后，依次通過鋼片過濾器、石英砂過濾器以及保安過濾器。這樣做的目的是為了防止固體雜質(zhì)堵塞設備的膜孔。

2 豬場沼液納濾膜濃縮工藝組件參數(shù)

豬場沼液納濾膜采用的是聚酸胺材質(zhì)，型號為BDX4O40N-90的納濾膜。這種材料的物理化學性質(zhì)都非常穩(wěn)定，耐強堿、油脂以及有機溶劑，具有非常好的機械強度。豬場沼液納濾膜組件的工藝參數(shù)為：氯化鈉的標準脫鹽率為90%，硫酸鎂的標準脫鹽率大于97%，產(chǎn)水量為7.2 m3/d，有效的膜面積為7 m2。

3 豬場沼液納濾膜濃縮對沼液成分的影響

3.1 豬場沼液納濾膜濃縮對沼液氨氮濃度的影響

從圖2中可以看出，隨著濃縮倍數(shù)的增加，沼液中的氨氮含量不斷增加。從4倍時起，豬糞沼液的氨氮含量迅速增加。當豬場沼液濃縮到6倍的時候，氨氮的含量緩慢增加。通過沼液透過液中氨氮含量的曲線可以看出，豬糞沼液隨著濃縮倍數(shù)的增加，其透過液的氨氮含量也增加。

3.2 豬場沼液納濾膜濃縮對沼液pH和電導率的影響

從圖3可以看出：沼液透過液的pH高于濃縮液的pH；豬糞沼液濃縮8倍，沼液原液pH從 8.0降到7.81；而在相應的透過液中，其pH由沼液原液透過液的8.4降到7.81。通過曲線可以看出，沼液濃縮倍數(shù)越大，沼液濃縮液與透過液的pH越相近。也就是說當豬場沼液濃縮到8倍時，沼液的濃縮液與透過液的pH都是7.81。

測量水樣本的電導率，尤其是對水樣本中鹽分、離子、雜質(zhì)等的測定，這些都是判斷水樣本好壞的重要指標。測定的結果表明，豬場沼液濃縮液濃縮倍數(shù)越高，豬場沼液濃縮液、透過液的電導率都呈增高趨勢（圖4）。由于沼液的濃縮使沼液中各類成分的濃度增加，豬場沼液濃縮液的電導率也隨之增加。這是因為沼液濃縮倍數(shù)的增加導致透過液中NH4+、K+、Na+等離子增加，最終導致透過液的電導率增加。

3.3 豬場沼液濃縮過程對濃縮液、透過液有機質(zhì)的影響

從圖5可以看出，豬糞沼液透過液中的有機質(zhì)隨著濃縮倍數(shù)增加而升高，但是濃縮液在濃縮3倍及3倍以下時沒有有機質(zhì)出現(xiàn)。但是，我們注意到當濃縮4倍以上時，濃縮液會有少量有機質(zhì)出現(xiàn)。但具體是什么物質(zhì)，需要我們做進一步的相關研究。

3.4 豬場沼液濃縮過程對化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）的影響

豬場沼液在濃縮過程中，濃縮液的COD濃度隨著倍數(shù)增加而升高；但是，透過液的COD濃度出現(xiàn)先減小后增大的趨勢，當濃縮倍數(shù)為3倍時，透過液的COD濃度最小。國家集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)定，養(yǎng)殖場水污染物COD的最高允許日均排放濃度應不超過400 mg/L，根據(jù)農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準，灌溉用水的COD濃度小于 150 mg/L。本試驗豬場沼液透過液的COD濃度均小于150 mg/L，達到畜禽養(yǎng)殖規(guī)定的標準（表1）。

3.5 豬場沼液濃縮過程對重金屬離子的影響

研究結果表明，豬場沼液濃縮液的濃縮倍數(shù)越大，沼液濃縮液中重金屬離子，如鉻、砷、鎘、汞、鉛離子隨著濃縮倍數(shù)變大而變大。但是通過對豬糞沼液透過液的檢測，只發(fā)現(xiàn)了極少量的砷、鉛離子，而鉻、鎘和汞離子并沒有檢測到。所以，豬場沼液納濾膜對重金屬離子的截留效果極其明顯（表2）。