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利用海水汲取液的沼液正渗透浓缩技术

李红娜1,史志伟2,朱昌雄1※
(1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业清洁流域创新团队,北京 100081;2. 北京中科国益环保工程有限公司,北京 100080)

摘 要:为实现沼液浓缩以提高其应用价值,该试验以海水作为汲取液,采用正渗透技术对山东某海滨猪场的沼液进行浓缩。试验结果表明,正渗透浓缩倍数为2 时的膜通量最高可达到9.5 L/(m2·h);沼液浓缩后的总含盐量、总钾、总磷、总氮、化学需氧量的回收率均可以达到96.7%以上,在保证较高膜通量的条件下沼液体积最高可减小为原液的1/4;对数据拟合分析的结果表明,在沼液浓缩倍数为3 时,正渗透膜具有较高的浓缩效率,可达到3.9 L2/(m2·h·g)。综上,采用正渗透技术对沼液进行浓缩的方式是可行的,这不仅缓解了沼液不能及时消纳所造成的资源浪费,而且还可以提高沼液作为肥料的应用价值。
    关键词:浓缩;渗透;海水;沼液;液体肥料
    doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2014.24.029
    中图分类号:S181;S19;S216 文献标识码:A 文章编号:1002-6819(2014)-24-0240-06
    李红娜,史志伟,朱昌雄. 利用海水汲取液的沼液正渗透浓缩技术[J].农业工程学报,2014,30(24):240-245.
    Li Hongna, Shi Zhiwei, Zhu Changxiong. Concentration of biogas slurry with forward osmosis technology[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(24): 240-245. (in Chinese with English abstract)

0 引 言
    沼液(biogas slurry)是由人、畜粪便以及农作物秸秆等各种有机物经过厌氧发酵后的残余物,其中不仅含有N、P、K 等营养元素,而且含有丰富的氨基酸、抗生素、生长激素、微量元素等营养物质,是一种速效的有机复合肥[1-5]。已有的研究表明,沼液还田使用在增加作物产量[6]、提高农产品品质[7-8]、改良土壤质量[9-11]等方面发挥着很好的作用,具有重要的应用价值。
    截止2010 年底,全国大中型沼气工程规模已达66 978.5 万m3[12],在生产沼气的同时,将伴随产生大量的沼液等副产品。由于受到养殖场周边农田面积的限制,大量的沼液无法就地还田或及时消纳,不仅造成资源的浪费,还会导致严重的环境污染问题。同时,单独将沼液作为液体肥料施用还存在着养分含量低、使用不便、运输成本高等问题。因此,研究如何将沼液浓缩,将其变为易于运输的高品质液体肥料具有重要的意义。
    正渗透(forward osmosis,FO)是以浓度梯度作为驱动力的新型膜分离技术,它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差作为驱动力自发实现水传递的膜分离过程。与传统有压膜分离过程如超滤、反渗透等技术相比,FO 具有在无压下操作、运行能耗低、抗污染能力强、浓缩液营养成分不会被破坏、能够持续长时间运行而不需要清洗等特点[13]。目前,在工业废水处理[14]、液态食品浓缩、海水淡化[15-16]等领域都已经开展了FO 技术的相关研究,而关于沼液浓缩的正渗透研究还未见报道。基于沼液浓缩对缓解资源浪费、保护环境以及提高其应用价值的重要性,因此,本论文将探讨FO 技术在畜禽养殖业的沼液浓缩中应用的可行性,以期为沼液的经济高效应用提供一定的理论基础。

利用海水汲取液的沼液正渗透浓缩技术


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