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)

本文通過測量氨氮去除的方法對反滲透膜系統(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，可以獲得96.13%的氨氮去除率，運(yùn)行壓力對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

隨著我國社會經(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急需解決的問題。我國是當(dāng)前世界上最大的沼氣消費(fèi)國與沼氣生產(chǎn)國，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)用于無土栽培營養(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)前我國在沼液生產(chǎn)方面存在儲存運(yùn)輸困難，生產(chǎn)成本較高，造成沼液產(chǎn)量以及沼液中營養(yǎng)物質(zhì)不足等方面的問題。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)過程中，營養(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，符合我國沼液生產(chǎn)的廣泛需求，應(yīng)用價值較高。

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

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.2 碟管式反滲透膜系統(tǒng)

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

1.3 試驗方法

對反滲透膜系統(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)行壓力等方面對于氨氮去除率的影響，通過對相關(guān)因子水平進(jìn)行調(diào)整，采用固定變量法進(jìn)行實驗

1.4 試驗結(jié)果與分析

通過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，每個景程因素分別取高和低兩個水平，測量所有組合條件下氨氮去除率的具體數(shù)值。

根據(jù)實驗結(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)行壓力三個方面的因素對于氨氮回收率有著比較大的影響，運(yùn)行壓力對于氨氮回收率的影響最大，回收率次之，pH值最小。經(jīng)爬坡試驗測試后，發(fā)現(xiàn)回收率、pH值、運(yùn)行壓力三個方面的效應(yīng)為正。

2 討論

當(dāng)前我國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，沼液中的營養(yǎng)成份得到進(jìn)一步的保留。經(jīng)調(diào)查實驗證實，運(yùn)行狀態(tài)和膜的選用對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)計與開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的時間。在運(yùn)行狀態(tài)方面，通過對運(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，同時也發(fā)現(xiàn)了降低膜污染的有效方法。

3 結(jié)語

該研究綜合運(yùn)用Plackett-Burman試驗優(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，可以獲得96.13%的氨氮去除率，運(yùn)行壓力對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)用價值值得推廣。