猪场沼液膜浓缩氨吹脱工艺研究

摘要

利用厌氧发酵处理畜禽粪污的沼气工程迅速发展，但是沼气工程中产生的沼液由于量大集中还需要进行后续处理或利用。畜禽粪污经过厌氧发酵后的沼液成分复杂，碳氮比低，氨氮浓度高，可生化性差，后续处理难达标。氨吹脱工艺适用于多种类型高氨氮废水的预处理环节，可以较大幅度降低污水的氨氮浓度，但其处理效果受多种因素的影响。 本文以絮凝沉淀、固液分离和纸带过滤预处理的猪场沼液以及中空纤维膜和纳滤膜透过液为试验对象，研究填料种类、吹脱时间、pH值和气流量等运行参数对沼液膜浓缩不同阶段的沼液氨吹脱效果的影响，综合分析各运行参数间的交互作用，确定氨吹脱工艺的优化组合参数，并研究了不同摩尔浓度、体积和种类的吸收液对吹脱尾气中氨气的吸收效果，为减少环境污染提供基础参数。主要结论如下: 1.在猪场沼液氨吹脱效果的单因素影响试验中，空心多面球和流化床对沼液氨氮的平均去除率显著高于鲍尔环填料（P＜0.05），吹脱2h，氨氮的平均去除率分别为80.7％、77.4％和59.0％。选用空心多面球，在pH值为10.5，气体流量为20m3/h，气液比为2000，温度为30℃的条件下吹脱20L猪场沼液30min，氨氮的平均去除率为54.4％，继续吹脱至2h，氨氮的平均去除率仅提高12.1％。在相同的吹脱时间下，沼液氨氮的平均去除率随pH值的增大而提高，在11～12的范围内，不同pH值对氨氮的去除效果差异不显著(P＞0.05)。沼液氨氮的平均去除率随气流量的变化结果为24＞28＞20m3/h，但差异不显著(P＞0.05)。 2.在猪场沼液氨吹脱效果的多因素参数优化试验中，采用Box-Behnken设计建立以氨氮去除率为响应值的二次多项式回归模型，通过等高线图和三维响应曲面图分析吹脱时间、pH值和气流量之间的交互作用。吹脱时间和pH值以及吹脱时间和气流量的交互作用不显著(P＞0.05)，pH值和气流量的交互作用显著(P＜0.05)。得到氨吹脱工艺的优化组合参数:填料为空心多面球，吹脱时间为90min，pH值为11，气流量为28m3/h，气液比为2000，温度为30℃。其对应的响应值所能取到的最大值为78.13％，验证试验中沼液氨氮的平均去除率达73.93％。 3.采用优化组合参数吹脱同一批次的预处理后沼液、中空纤维膜透过液和纳滤膜透过液，预处理后沼液和中空纤维膜透过液氨氮的平均去除率不存在显著差异(P＞0.05)，但是都极显著高于纳滤膜透过液(P＜0.01)，直接吹脱预处理后沼液效果最好。 4.采用优化组合参数吹脱猪场沼液，吹脱液与吸收液体积比为10∶1的1.5mol/L硫酸吸收液为较适选择，2L的1.5mol/L硫酸吸收液对20L沼液吹脱尾气中氨气的吸收率达77.6％。相比硫酸吸收液，膜浓缩液与硫酸混合吸收液的吸收效果更好，对膜浓缩透过液吹脱尾气中氨气的吸收率均超过80％。