纸带过滤与中空纤维超滤膜结合工艺预处理猪场沼液应用研究

摘要

猪场沼液膜浓缩处理可以得到营养浓缩液和清洁产水，但由于沼液中含有大量的悬浮物、溶解性有机物等，易造成膜污染形成堵塞，影响膜浓缩安全运行，有效的预处理已成为沼液膜浓缩的关键。针对猪场沼液膜浓缩预处理难题，本研究设计纸带过滤(PF)与中空纤维超滤膜(UF)结合工艺(PF+UF)，作为纳滤联合反渗透膜浓缩(NF+RO)的预处理。通过对PF+UF预处理运行参数的优选研究;并对PF+UF与PF+陶瓷微滤膜(MF)不同预处理进行对比分析;最后，对PF+UF+NF+RO组合工艺进行多批次长期运行试验，以评估PF+UF工艺应用为猪场沼液膜浓缩预处理的科学可行性。主要结论有: (1)PF+UF预处理猪场沼液运行参数优选试验表明，PF不同精度(15、30、50μm)优选结果为50μm，UF不同进膜压力(0.06、0.10、0.14、0.18、0.22、0.26MPa)优选结果为0.10MPa，反洗频率(10、20、30、40min)优选结果为20min。在优选运行参数下，UF透过液体积透过率为86.67±0.62％，浊度、TSS、TS、COD的去除率分别为89.60±5.35％、90.84±7.08％、49.75±1.82％、28.82±5.29％，去除了大部分悬浮物;而EC、TN、NH3-N、TP的去除率分别为5.49±0.76％、7.65±1.57％、6.23±1.81％、21.38±3.83％，留存了大部分离子、氮养分。 (2)PF+MF与PF+UF预处理猪场沼液相比，MF产水膜通量(180L/(m2h)～100L/(m2·h))是UF(35L/(m2·h)～17L/(m2·h))的5倍左右。MF透过液浊度、TSS去除率为99％左右，UF透过液为90％左右。而两种预处理透过液COD去除率都在30％左有，EC、TN、NH3-N去除率都在20％以下，无显著差异。 PF+MF+NF+RO与PF+UF+NF+RO组合工艺相比，NF、RO产水膜通量的变化都无显著性差异。在500L处理体积下，MF耗电量为5.40kWh，占其组合工艺29.65％，UF耗电量为0.54kW·h，占其组合工艺3.66％。MF耗电量是UF的10倍。MF、UF两种预处理下RO产水无显著性差异，TS、COD、EC、TN、NH3-N、TP、氯化物去除率都达到91％以上;TSS、COD、氯化物含量都达到国家农田灌溉水质标准;NH3-N、TP含量都达到国家畜禽养殖废弃物排放标准;磺胺类、沙星类抗生素及多西环素的去除率都达到99％;但土霉素去除率分别约为80％、60％。在1/6体积浓缩倍数下，两种预处理下NF、RO浓缩液中，都浓缩了1.6-2.3倍的TN、TK、COD，无显著差异;分别约浓缩了2倍的抗生素、3倍的氯化物，需进一步关注。 (3)PF+UF+NF+RO组合工艺处理猪场沼液9批次运行结果显示，最终RO产水体积透过率无明显变化、水质基本保持稳定;UF、NF、RO产水膜通量呈下降趋势，但化学清洗后，初始产水膜通量恢复率分别为92.80％、90.98％、94.70％。组合工艺平均处理成本为24.08元/m3，其中PF+UF预处理为4.24元/m3，占比为17.61％。