CN110227352A - 一种基于膜分离的沼液浓缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沼液处理技术领域，具体涉及一种基于膜分离的沼液浓缩方法。本发明主要包括以下步骤：沼液预处理、超滤膜系统循环处理、反渗透膜系统循环处理等步骤，本发明沼液处理过程中依次采用板框压滤机、纤维束过滤器、袋式过滤器以及保安过滤器等物理过滤方式，在此过程中不投加化学药剂，浓缩后沼液不受化学药剂干扰，解决了超滤膜系统易发生堵塞的问题；另外超滤膜系统和反渗透浓缩系统得到的浓液进行多次循环处理，得到符合标准浓缩液，同时超滤膜系统和反渗透浓缩系统得到的透出液用于反洗和化学清洗，提高了沼液的利用率、节约大量的淡水资源的，从而大幅提升了沼液发酵工程的经济和环保效益。

Description

一种基于膜分离的沼液浓缩方法

技术领域

本发明属于沼液处理技术领域，具体为一种基于膜分离的沼液浓缩方法。

背景技术

沼液作为一种优良的有机肥料，在保证作物增产优质的基础上，可以代替或部分代替化学肥料，作为基肥、追肥或叶面肥使用。大量试验证明，沼液是一种优质、全效的有机肥料。但是由于沼液的养分含量偏低，95％以上是水分，一直作为农用生产，至今没有进行商业化生产。随着膜技术的发展，沼液膜浓缩技术也将迎来发展机遇。

本工艺旨在探索提升沼液的增效价值，沼液资源化利用，解决沼液污染的途径。而沼液浓缩继而生产液体有机肥则是近年来提出的解决沼液污染问题的新课题。沼液浓缩后体积减小，便于储存和运输，为沼气工程带来了新的经济效益，注入了新的活力，还能减缓环境污染，获得优质的肥料资源，进而推动整个沼液产业化的发展。但是目前沼液浓缩工艺存在能耗较高、装置复杂、化学药剂添加量大、膜易堵塞等问题，造成膜的使用寿命短，浓缩成本高。

发明内容

针对上述的问题，本发明的目的在于提供一种基于膜分离的沼液浓缩方法在不添加化学药剂的情况下，通过高效多级过滤预处理去除固体颗粒物，延长膜的使用寿命，降低膜浓缩成本。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其包括以下步骤：

(1)预处理：将沼液经粗过滤去除大颗粒固体物质后，得粗过滤沼液；

(2)超滤处理：将粗过滤沼液经精过滤后再经超滤膜处理后，超滤膜透过侧所得透过液进入下一工序，超滤膜非透过侧所得浓水回流并与粗过滤沼液混合后循环进行超滤处理；

(3)反渗处理：将透过液经保安过滤后再经反渗透膜处理后，反渗透膜渗透侧得到清液，反渗透膜非渗透侧得到浓液；当所得浓液的密度达到一定值时，将浓液输出，即得浓缩液；当所得浓液的密度小于一定值时，将浓液回流并经保安过滤、反渗透膜循环处理，直至浓液的密度达到一定值后再作为浓缩液输出。

其中，为保证单位时间内沼液的处理量，超滤处理过程中，所使用的超滤膜一般为由多组超滤膜片组成的超滤膜系统；在反渗处理过程中，所使用的反渗透膜一般为由多组反渗透膜片组成的反渗透膜系统。需要补充的是，前述超滤膜系统和反渗透膜系统，两者的主体结构与现有的相应系统一致，仅在单元大小、膜材选择上根据沼液处理的特性作出了调整；其中，单元大小的调整方式，技术人员依据处理流量、处理压力参照现有技术确定，而膜材的选择上则详见下文对超滤膜和反渗透膜优选方案的描述。同时，为保证处理过程中沼液能够逐级输送且具备足够的压力，因此，需要在处理过程中的管线上增加多个适合的泵来进行沼液的输送，各泵设置的位置，以确保管线内沼液等受处理得液体的压力维持在0.3MPa左右为准。

在步骤3中，确定从反渗透膜非渗透侧得到的浓液是否作为浓缩液排出的为该浓液的密度，而该密度通常有技术人员根据实际工程中所需要的沼液浓缩倍数而确定。例如，若相对于沼液原料，要求所得浓缩液的浓缩倍数为2倍，则通常当浓液的密度达到1.008g/cm³即可作为浓缩液输出；要求的浓缩倍数为3倍时，则通常当浓液的密度达到1.008g/cm³即可作为浓缩液输出；要求的浓缩倍数为4倍时，则通常当浓液的密度达到1.020g/cm³即可作为浓缩液输出；要求浓缩倍数为5倍时，则通常当浓液的密度达到1.023g/cm³即可作为浓缩液输出。

进一步的，步骤1中，所述粗过滤包含至少两级的物理粗过滤。

更进一步的，所述粗过滤由一级粗过滤和二级粗过滤组成；所述一级粗过滤的过滤精度为100μm，所述二级粗过滤的过滤精度为50～70μm。

再进一步的，所述一级粗过滤为板框过滤，具体的可以选用板框过滤器来实现；所述二级粗过滤为纤维束过滤，具体的可以选择纤维束过滤器来实现。

进一步的，步骤2中，所述精过滤包含至少两级的物理精过滤。

更进一步的，所述精过滤由一级精过滤和二级精过滤组成；所述一级精过滤的过滤精度为50μm，所二级精过滤的过滤精度为5μm。

再进一步的，所述一级精过滤为袋式过滤，具体的可以选用袋式过滤器来实现；所述二级精过滤为精密过滤，具体的可以选用精密过滤器来实现。

进一步的，步骤2中，所述超滤膜的材质为PVDF，孔径为0.002～0.01μm；膜通量一般按50L/m²/h取值，或根据需求厂家的实际水质来选型计算；除前述优选的PVDF外，超滤膜的材质还可以为PE、PP、PVC、PES、PAN。

进一步的，步骤3中，所述保安过滤的过滤精度为5μm，通常通过保安过滤器实现。所述保安过滤器，属于精密过滤器的一种，是膜净化处理中液体进膜之前常用的保护器件；其作用在于，去除进入反渗透膜系统的液体中含有的杂质，防止反渗透膜被杂质损坏，从而达到保护反渗透膜系统目的。

进一步的，步骤3中，所述反渗透膜的材质为醋酸纤维素，或聚酰胺，或基于醋酸纤维素或聚酰胺的复合材料；所述反渗透膜的孔径为0.0004～0.0006μm；膜通量一般按20L/m²/h取值，或根据需求厂家的实际水质来选型计算。

进一步的，经预处理后所得的粗过滤沼液先进入过滤水箱中缓存后再泵送用于超滤处理；超滤膜非透过侧所得的浓水则回流至过滤水箱中与粗过滤沼液混合并再次泵送用于超滤处理。简而言之，即，在预处理和超滤处理之间增加一个过滤水箱，用于粗过滤沼液的缓冲存储，以及粗过滤沼液与回流的超滤处理所得非透过液的缓冲混合。通过过滤水箱的设置，能够协调预处理阶段粗过滤速率和超滤处理单位时间处理量之间的差异，从而提高整个处理方法的抗冲击能力，并允许各工序之间隔离，方便各工序所使用的设备之间的独立检修和维护，从而提高了整个处理系统的容错率和可靠性。此外，通过过滤水箱的缓冲，使得回流得超滤处理所得非透过液，即浓水有充分的空间和时间与来自于预处理系统的粗过滤沼液充分混合，以提高两者之间混合的均匀的程度，从而便于在具有浓水回流操作后超滤处理仍能够进行相对均质处理，进而保证了超滤处理的工作效率和处理可靠性。

进一步的，经超滤处理后所得的透过液先进入透过液水箱缓存后在泵送用于反渗透处理；当反渗透膜非渗透侧所得的浓液不能作为浓缩液输出时，浓液则回流至透过液水箱后再泵送用于反渗处理，并以此为循环，直至浓液能够作为浓缩液输出。简而言之，即在超滤处理与反渗处理之间增设一个透过液水箱，用于经超滤处理所得透过液的缓冲存储，以及超滤处理所得透过液与回流的反渗处理所得非渗透液的缓冲混合，以及仅反渗处理所得非渗透液在进行循环反渗浓缩处理时所述非渗透液的缓冲存储。通过透过液水箱的设置，能够协调超滤处理和反渗处理单位时间处理量之间的差异，从而提高整个处理方法的抗冲击能力，并允许各工序之间隔离，方便各工序所使用的设备之间的独立检修和维护，从而提高了整个处理系统的容错率和可靠性。此外，通过透过液水箱的缓冲，使得回流得超滤处理所得非透过液，即浓水有充分的空间和时间与来自于预处理系统的粗过滤沼液充分混合，以提高两者之间混合的均匀的程度，从而便于在具有浓水回流操作后超滤处理仍能够进行相对均质处理，进而保证了超滤处理的工作效率和处理可靠性；以及，可以通过透过液水箱使反渗透膜系统与其通过管道构成闭合回路，从而允许浓液在该闭合回路中循环浓缩处理，以快速达到浓缩液的输出浓度标准，进而保证了浓缩液的产出质量。

进一步的，所述超滤处理和所述反渗处理中，均设置有用于反向冲洗超滤膜或/和反渗透膜的反洗工序。

更进一步的，所述反洗工序至少包括水洗；所述水洗每至多30min进行一次。

再进一步的，所述反洗工序由并联的水洗和化学清洗组成；当超滤膜或/和反渗透膜的进水压力大于预设值时，使用化学清洗替代水洗进行超滤膜或/和反渗透膜的反向冲洗，且进行化学清洗后，需要用清水将超滤膜或/和反渗透膜洗净后才能向超滤膜或/和反渗透膜进料。

又进一步的，所述化学清洗采用氢氧化钠溶液和柠檬酸溶液分别进行；所述氢氧化钠溶液和柠檬酸溶液均使用步骤3中于反渗透膜渗透侧所得的清液进行配置，其中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1wt％，所述柠檬酸溶液的浓度为1～2wt％。

再进一步的，所述水洗使用的反洗用水为步骤3中于反渗透膜渗透侧所得的清液。

进一步的，步骤3中，经反渗透膜渗透侧所得到的清液，经消毒后用于牲畜圈舍冲洗，或直接排放，或用于景观用水。

进一步的，沼液在进入预处理工序前，先经过自然沉降后再泵送用于预处理工序。通过先于

基于上述技术方案，作为进一步的改进方案，所述基于膜分离的沼液浓缩方法采用工业自动化控制，其控制方法具体如下：

预处理过程中，用于泵送沼液通过一级粗过滤和二级粗过滤的泵和管线开闭控制的阀门均采用PLC控制；

超滤处理过程中，用于泵送粗过滤沼液通过一级精过滤和二级精过滤以及超滤膜系统的泵以及用于控制非透过液回流的泵，以及用于控制上述各级之间管线开闭的阀门，均通过PLC控制。

反渗处理过程中，用于泵送透过液通过保安过滤和反渗透膜系统的泵，以及用于控制非渗透侧所得浓液回流的泵，以及用于合格的浓缩液的输出的泵，以及用于渗透侧所得清液的输出的泵，以及用于上述各级之间管线开闭的阀门，均通过PLC控制。进一步的，反渗透膜系统的浓液和清液的出水端均设置有压力表和流量计，用于采集压力及流量信息，且浓液的出水端还设置有在线密度检测仪，用于检测浓缩液的密度；当浓液的密度达到浓缩液输出浓密要求时，往浓缩液储罐输送浓缩液的管道上的阀门通过PLC控制自动打开，合格的浓缩液去往浓缩液储罐，并留待进一步的调配而制成肥料；一旦浓液的密度低于浓缩液输出浓密要求时，前述阀门关闭，用于浓液回流的泵打开，浓液回流并在反渗处理工序中循环浓缩处理，直至密度达标，前述阀门再次开启并将浓度达标的浓液作为浓缩液输出至浓缩液储罐。无论浓液是直接排除还是循环浓缩后排除，反渗透膜系统渗透侧所得到的清液均由PLC控制并经泵输出使用。

同时，各级的各部件之间的管线上至少装配一个压力表，用于协同PLC进行管线压力的监控，从而实现泵送功率以及压力相关工艺参数的自动控制。

更为优选的，当上述沼液浓缩方法还增加水洗或/和化学清洗工序后，用于反向冲洗的反渗透膜渗透液泵送和化学清洗所用溶液泵送的泵业通过PLC控制。

上述各PLC控制，可采用统一PLC控制系统进行。技术人员根据工艺参数，如时间、压力、浓度等设定好预设值，PLC在处理进行过程中根据各管线上压力表所产生的压力值、在线密度检测仪所反馈的数据与预设值之间的比对，从而自动决定对处理系统中各泵的启停和功率、各阀门的开闭策略，以最终达到处理自动化控制的目的。

基于上述基于膜分离的沼液浓缩方法及其各优选方案，本发明还提供一种能够用于实施所述基于膜分离的沼液浓缩方法的基于膜分离的沼液浓缩工艺装置，其具体如下：

一种基于膜分离的沼液浓缩工艺装置，包括按沼液流向依次通过管道连接的用于沼液粗过滤的初级过滤系统、用于沼液超滤处理得超滤系统以及用于沼液反渗处理的反渗透膜系统；所述粗过滤系统包括依次通过管道连接的至少两级的采用物理过滤的粗过滤器；所述超滤系统包括依次连接的至少两级的采用物理过滤的精过滤器和超滤膜系统；所述反渗透膜系统包括依次通过管道连接的至少一级保安过滤器和反渗膜系统。

进一步的，所述粗过滤系统由两级粗过滤器组成，依次分别为一级粗过滤器和二级粗过滤器；所述一级粗过滤器的过滤精度为100μm，所述二级粗过滤器的过滤精度为50～70μm。更进一步的，所述一级粗过滤器为板框过滤器，所述二级粗过滤器为纤维束过滤器。

进一步的，所述超滤系统中所包含的精过滤器为两级，依次分别为一级精过滤器和二级精过滤器；所述一级精过滤器的过滤精度为50μm，所述二级精过滤器的过滤精度为5μm。

更进一步的，所述一级粗过滤器与所述二级粗过滤器之间的管线上设置有中间水池。

再进一步的，所述沼液池和中间水池内的管线上分别设置有第一水泵(2)、第二水泵(5)。

再进一步的，所述中间水池与二级粗过滤器之间管线上安装有止回阀(6)。

更进一步的，所述一级精过滤器为袋式过滤器，所述二级精过滤器为精密过滤器。

进一步的，所述粗过滤系统与所述超滤系统之间的管道上设置有过滤水箱，所述过滤水箱与所述超滤系统之间设置有超滤原水泵；所述超滤系统与所述反渗透膜系统之间的管道上设置有透过液水箱；所述透过液水箱与所述保安过滤器之间的管线上设置有增压泵；所述保安过滤器与所述反渗膜系统之间设置有高压泵。

更进一步的，所述基于膜分离的沼液浓缩工艺装置还包括反洗系统：所述反洗系统分别与所述超滤系统和反渗膜系统通过管线连接。

再进一步的，所述反洗系统包括通过管线连接的清洗过滤器、清水箱以及化学清洗药箱，所述清水箱和所述化学清洗药箱并联设置，所述清洗过滤器与清水箱、化学清洗药箱之间的管线上设置有反洗泵；所述反渗膜系统的清水出水端通过清水管线分别与所述清水箱和化学清洗药箱连接。

更进一步的，所述超滤系统的浓水出水端与所述过滤水箱之间还设置有回流管线，超滤系统的清水出水端与所述透过液水箱通过管线连接。

更进一步的，所述过滤水箱与超滤系统之间的管线上设置有第一电动阀，清洗过滤器与超滤系统之间的管线上设置有第二电动阀，回流管线上设置有第三电动阀,化学清洗药箱与超滤系统之间的管线上设置有第四电动阀，化学清洗药箱与透过液水箱之间的管线上设置有第六电动阀，超滤系统与透过液水箱之间的管线上设置有第五电动阀，清洗过滤器与透过液水箱之间的管线上设置有第七电动阀，浓缩液储罐进口的管线上设置有第八电动阀。

更进一步的，所述高压泵的出口处的管线上安装有高低压保护装置以及电动慢开阀，所述高压泵采用变频控制。

更进一步的，所述反渗膜系统的浓液出口端连接有浓缩液储罐；所述反渗膜系统与所述浓缩液储罐之间的管线上设置有压力表、流量计、在线密度检测仪、浓缩液泵以及控制阀，所述控制阀之前的管线上设置有浓液回流管；所述浓液回流管与所述透过液水箱连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供的浓缩方法在沼液处理过程中依次采用板框压滤机、纤维束过滤器、袋式过滤器以及保安过滤器等三级分设的物理过滤方式，过滤精度逐级提高；在此过程中不投加化学药剂，浓缩后沼液不受化学药剂干扰，，解决了超滤膜系统易发生堵塞的问题，提高膜组件的使用寿命；另外超滤膜系统和反渗透浓缩系统得到的浓液进行多次循环处理，得到符合标准浓缩液，同时超滤膜系统和反渗透浓缩系统得到的透出液用于反洗和化学清洗，提高沼液的利用率，节约了大量的淡水资源，从而大幅提升了沼液发酵工程的经济和环保效益。

(2)本发明预处理步骤中采用两级过滤，过滤精度依次增加，使得粗过滤效果大大提高，充分减轻了后续过滤浓缩的压力，进一步保证了超滤系统和反渗透膜系统的可靠性。

(3)本发明中采用纤维束过滤器代替石英砂过滤器，过滤效果大大提高，解决砂滤器容易跑砂的问题。

(4)反渗透浓缩液合格与否采用浓水侧压力控制和浓缩液密度控制结合的监测方法，确保浓缩液5-10倍的浓缩倍数。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明提供的基于膜分离的沼液浓缩方法的工艺流程图；

图2是本发明提供的实现基于膜分离的沼液浓缩方法的系统示意图。

附图标记：1-沼液池，2-第一水泵，3-一级粗过滤器，4-中间水池，5-第二水泵，6-止回阀，7-二级粗过滤器，8-过滤水箱，9-超滤原水泵，10-袋式过滤器，11-精密过滤器，12-超滤系统，13-透过液水箱，14-增压泵，15-保安过滤器，16-高压泵，17-反渗透膜系统，18-清水箱，19-反洗泵，20-清洗过滤器，21-化学清洗药箱，22-浓缩液储罐，23-浓缩液泵，24-第一电动阀，25-第二电动阀，26-第三电动阀，27-第四电动阀，28-第五电动阀，29-第六电动阀，30-第七电动阀，31-压力表，32-在线密度检测仪，33-流量计，34-第八电动阀，35-清液管线，36-回流管线。。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明。应理解为，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解为，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例

在以下，将以一种较优的实施例对本技术方案中所述基于膜分离的沼液浓缩方法进行说明，该作为较优实施例的沼液浓缩方法，主要包括以下步骤：

(1)沼液收集：将经过厌氧发酵罐发酵后的沼液排放至沼液池，其中厌氧发酵后的沼液中化学需氧量(COD)为3000-5000mg/L，氨氮元素的含量为900-1200mg/L，发酵后的沼液在沼液池中自然沉降，初步去除沼液携带的沼渣等颗粒物，后续完成对有机物、氨氮(氮元素)以及其他营养物质的浓缩。

(2)沼液预处理：将沼液池中沼液经输送泵依次输送至板框压滤机(过滤精度为100μm)、纤维束过滤器(过滤精度为50～70μm)，去除大颗粒固体物质。

(3)粗过滤沼液缓存：纤维束过滤器过滤出水进入过滤水箱，作为超滤膜系统的进水箱。

(4)超滤处理：将过滤水箱中的沼液依次加压通过袋式过滤器和精密过滤器后进入超滤膜系统，其中袋式过滤器的过滤精度为50μm，所述精密过滤器的过滤精度为5μm，所述保安过滤器的精度为5μm。超滤膜系统透过液进入透过液水箱，作为反渗透进水，浓水回流至前端过滤水箱，不断循环浓缩。

(5)反渗处理：反渗透进水经过增压进入保安过滤器后再经过高压泵输送进入反渗膜系统，将反渗透膜处理后浓液按照不同比例混合即得不同沼液浓缩液成品，反渗透膜透过液为合格清液可作回收利用。

进一步地，所述反渗膜系统的浓液出水端及清液出水端均设置用于采集压力及流量信息的压力表和流量计；所述浓液出水端设置用于监测浓缩液密度的在线密度检测仪，当达到要求的为合格浓缩液，此时往浓缩液储罐管道的阀门自动打开，合格浓缩液去往浓缩液储罐，当浓缩液的密度低于设置密度，阀门关闭，浓缩液进行循环浓缩，直至密度达标；所述清液出水端通过清水箱进行收集，清水箱中的反渗透膜透过液为膜系统的反洗用水，反洗泵作用清水箱中的反渗透膜透过液经过清洗过滤器对超滤膜系统和反渗膜系统进行反洗，多余水自流排放或做景观用水，部分进入化学清洗药箱，用于配置化学清洗系统中的药剂。

进一步地，所述超滤膜系统和反渗膜系统均设置在线反冲洗和化学清洗系统，所述超滤膜系统和反渗膜系统共用清洗系统；其中，反冲洗采用反渗透产水，系统运行30分钟进行一次反冲洗；化学清洗采用氢氧化钠溶液和柠檬酸分别进行清洗，使用反渗透产水配置；当控制系统检测到膜组件进水压力超过设定值时开始报警，此时手动进行化学清洗。

其中，清水反洗(即所述反冲洗)贯穿于沼液浓缩的全过程中，目的在于及时清洗掉超滤膜系统和反渗膜系通的相应膜组件表面的污染物质，降低化学清洗频率，从而保证沼液浓缩的连续性，提高处理效率。而化学清洗仅在清水反洗无效时进行。

所述化学清洗采用氢氧化钠溶液和柠檬酸溶液分别进行，且先利用氢氧化钠溶液进行间碱洗，再通过柠檬酸溶液进行酸洗，如此循环；所述氢氧化钠溶液和柠檬酸溶液均使用步骤3中于反渗透膜渗透侧所得的清液进行配置，其中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1wt％，所述柠檬酸溶液的浓度为1～2wt％。

所述化学清洗为手动操作，根据实际情况进行，时间不定。需要进行化学清洗的条件为：

(1)超滤系统，当系统进水压力超过初始进水压力0.05MPa时则需要先进行大流量清水反冲洗，如果反冲洗无效则进行化学清洗。

(2)反渗透系统，出现下列情形之一则进行化学清洗：①产生量下降10％；②压力降增加15％；③透盐率增加5％；以上指标均由相关仪表在线监控，运行人员发现出现上述情况则需进行化学清洗清洗。

所述化学清洗的具体操作方式为：首先，用药液(先使用氢氧化钠溶液，后使用柠檬酸溶液，分步进行)在低流量下循环置换出超滤膜系统(或反渗膜系统)内的原水及浓水，当出水颜色不变时，循环置换结束；然后关闭相应膜系统的进出口阀门，药液浸泡膜组件2～3h，之后在循环10min，最后用清水置换掉系统中的药液，直到出水口的pH值接近中性为止；药液在清水置换循环中不断回流至化学清洗药箱，具体的，碱洗药液回流至碱液药箱，酸洗药液回流至酸洗药箱，过程中置换用清水则回流至上一清洗步骤的药箱，比如，最后是酸洗，因为清水要置换的是酸液，所以清水置换回流至酸洗药箱。需要强调的是，上述化学清洗过程，由于采用清水置换且置换后的药液和清水均回流至对应药箱，因此，不会因药液混入沼液而造成沼液污染。

进一步的，所述基于膜分离的沼液浓缩方法采用工业自动化控制，其控制方法具体如下：

预处理过程中，用于泵送沼液通过一级粗过滤和二级粗过滤的泵和管线开闭控制的阀门均采用PLC控制；

超滤处理过程中，用于泵送粗过滤沼液通过一级精过滤和二级精过滤以及超滤膜系统的泵以及用于控制非透过液回流的泵，以及用于控制上述各级之间管线开闭的阀门，均通过PLC控制。

反渗处理过程中，用于泵送透过液通过保安过滤和反渗透膜系统的泵，以及用于控制非渗透侧所得浓液回流的泵，以及用于合格的浓缩液的输出的泵，以及用于渗透侧所得清液的输出的泵，以及用于上述各级之间管线开闭的阀门，均通过PLC控制。进一步的，反渗透膜系统的浓液和清液的出水端均设置有压力表和流量计，用于采集压力及流量信息，且浓液的出水端还设置有在线密度检测仪，用于检测浓缩液的密度；当浓液的密度达到浓缩液输出浓密要求时，往浓缩液储罐输送浓缩液的管道上的阀门通过PLC控制自动打开，合格的浓缩液去往浓缩液储罐，并留待进一步的调配而制成肥料；一旦浓液的密度低于浓缩液输出浓密要求时，前述阀门关闭，用于浓液回流的泵打开，浓液回流并在反渗处理工序中循环浓缩处理，直至密度达标，前述阀门再次开启并将浓度达标的浓液作为浓缩液输出至浓缩液储罐。无论浓液是直接排除还是循环浓缩后排除，反渗透膜系统渗透侧所得到的清液均由PLC控制并经泵输出使用。

同时，各级的各部件之间的管线上至少装配一个压力表，用于协同PLC进行管线压力的监控，从而实现泵送功率以及压力相关工艺参数的自动控制。

更为优选的，当上述沼液浓缩方法还增加水洗或/和化学清洗工序后，用于反向冲洗的反渗透膜渗透液泵送和化学清洗所用溶液泵送的泵业通过PLC控制。

上述各PLC控制，可采用统一PLC控制系统进行。技术人员根据工艺参数，如时间、压力、浓度等设定好预设值，PLC在处理进行过程中根据各管线上压力表所产生的压力值、在线密度检测仪所反馈的数据与预设值之间的比对，从而自动决定对处理系统中各泵的启停和功率、各阀门的开闭策略，以最终达到处理自动化控制的目的。

与上述较优的基于膜分离的沼液浓缩方法对应的基于膜分离的沼液浓缩工艺装置，其结构具体如下：

如图1所示，一种基于膜分离的沼液浓缩工艺装置，包括通过管线依次连接的沼液池1、初级过滤系统、过滤水箱8、超滤系统12、透过液水箱13、反渗膜系统17以及浓缩液储罐22；所述透过液水箱13和所述反渗膜系统17之间的管线上依次设置有增压泵14、保安过滤器15以及高压泵16；所述过滤水箱8和超滤系统12之间的管线上依次设置有超滤原水泵9、袋式过滤器10以及精密过滤器11。

进一步的，所述初级过滤系统包括一级粗过滤器3、中间水池4以及二级粗过滤器7。

工作原理：沼液经过厌氧发酵罐发酵后排放至沼液池1，在沼液池1中自然沉降，初步去除沼液携带的沼渣等颗粒物，之后沼液池1中沼液经泵输送至一级粗过滤器3，经一级粗过滤后沼液进入中间水池4，经泵输送入二级粗过滤器7，二级粗过滤器7过滤出水进入过滤水箱8，作为超滤系统12的进水箱，超滤原水泵9将过滤水箱8中沼液依次加压通过袋式过滤器10(过滤精度50μm)和精密过滤器11(过滤精度5μm)后进入超滤系统12，超滤系统12透过液进入透过液水箱13，作为反渗透进水，透过液水箱13中的液体经过增压泵14增压进入保安过滤器151过滤精度5μm)后再经过高压泵16输送进入反渗膜系统17，反渗膜系统17中达到密度要求的浓水即为合格浓缩液，去往浓缩液储罐22。

进一步的，所述基于膜分离的沼液浓缩工艺装置还包括反洗系统，所述反洗系统分别与所述超滤系统12和反渗膜系统17通过管线连接。

更进一步的，所述反洗系统包括清洗过滤器20，以及与所述清洗过滤器20连接的清水箱18和化学清洗药箱21，所述清水箱18和所述化学清洗药箱21并联设置，所述清洗过滤器20与清水箱18、化学清洗药箱21之间的管线上设置有反洗泵19；所述反渗膜系统17的清水出水端通过清液管线35分别与所述清水箱18和化学清洗药箱21连接。

更进一步的，所述超滤系统12的浓水出水端与所述过滤水箱8之间还设置有回流管线36，超滤系统12的清水出水端与所述清水水箱通过管线连接。

工作原理：反渗透膜透过液进入清水水箱作为膜系统反洗用水，反洗泵19自动运行，反洗水经过清洗过滤器20对系统进行反洗，多余水自流排放。部分进入化学清洗药箱21，用于配置药剂。透过液可消毒后回用于冲洗圈舍，可达标排放，可作为景观水进入人工湿地。

更进一步的，所述精密过滤器11与超滤系统12之间的管线上设置有第一电动阀24，清洗过滤器20与超滤系统12之间的管线上设置有第二电动阀25，回流管线36上设置有第三电动阀26,化学清洗药箱21与超滤系统12之间的管线上设置有第四电动阀27，化学清洗药箱21与透过液水箱13之间的管线上设置有第六电动阀29，超滤系统12与透过液水箱13之间的管线上设置有第五电动阀28，清洗过滤器20与透过液水箱13之间的管线上设置有第七电动阀30，浓缩液储罐22进口的管线上设置有第八电动阀34。

运行：超滤系统12运行时，第一电动阀24、第三电动阀26以及第五电动阀28打开，第二电动阀25、第四电动阀27、第六电动阀29以及第七电动阀30关闭；

反洗：超滤系统12反洗时，第三电动阀26、第七电动阀30打开，第一电动阀24、第二电动阀25、第四电动阀27、第五电动阀28以及第六电动阀29关闭；

化学清洗：超滤系统12化学清洗时，第二电动阀25、第四电动阀27以及第六电动阀29打开，第一电动阀24、第三电动阀26、第五电动阀28、第七电动阀30关闭。

更进一步的，所述沼液池1和中间水池4内的管线上分别设置有第一输送泵、第二输送泵。

更进一步的，所述中间水池4与二级粗过滤器7之间管线上安装有止回阀6，防止物料回流。

更进一步的，所述反渗膜系统17的浓液出口端连接有浓缩液储罐22；所述反渗膜系统17与所述浓缩液储罐22之间的管线上设置有压力表31、流量计33、在线密度检测仪32、浓缩液泵23以及第八电动阀34，所述第八电动阀34之前的管线上设置有浓液回流管；所述浓液回流管与所述透过液水箱13连通。

工作原理：设置压力表31和流量计33，用于采集压力及流量信息。在线密度检测仪32用于监测浓缩液密度，达到要求的为合格浓缩液，此时往浓缩液储罐22管道的第八电动阀34自动打开，合格浓缩液去往浓缩液储罐22，一旦密度低于设置密度，第八电动阀34关闭，浓缩液循环浓缩，直至密度达标。合格浓缩液需取用时采用浓缩液泵23输送至后续单元。

更进一步的，所述高压泵16的出口处的管线上安装有高低压保护装置以及电动慢开阀，所述高压泵16采用变频控制。

工作原理：高压泵16出口装有高低压保护装置和电动慢开阀，高压泵16采用变频控制，能够保证高压泵16及膜组件的运行安全和稳定。

其中，反渗透膜系统、超滤系统12以及反洗系统进水、反洗、化学清洗过程、出液和回流等操作均通过PLC控制，使得相应管线上所装配的电动阀、压力表31、压力泵等设备，按照预定的时间、压力、密度判定值等工艺参数自动进行运行、监测和调整。由于在沼液发酵及其附属领域中已经广泛采用PLC控制器来进行相关设备的自动运行、检测和调整，因此，此处对PLC如何应用于电动阀、压力表31、压力泵等常规电控设备的自动化控制不再赘述。

试验例

采用实施例中所述的沼液膜浓缩处理装置，并使用该实施例中所述方法对某沼液发酵企业的沼液进行浓缩实操，实操检测结果如下：

一、浓缩液指标检测(第一次检测)

二、浓缩液指标检测(第二次检测)

从上述两次检测中可以看出，采用实施例中所述装置和所述方法进行沼液浓缩处理，能够稳定有效地进行沼液的浓缩处理，并很好地实现沼液中能够用于肥料的养分的富集以及有害物质的去除，大大提高了沼液的营养价值且为沼液肥料化生产带来了巨大的经济效益。与此同时，本方法和装置中所产出的清液(渗透液)，其各项指标均符合直接排放标准，能够大大降低清液排放对环境所造成污染问题，同时该清液还能够循环利用做景观用水、浓缩处理过程中水洗和化学清洗用水，一定程度上也提高了沼液原液的利用率，并节约了大量的淡水资源，从而更进一步地发挥出沼液发酵工程绿色环保的潜力和经济效益。

需要补充的是，本试验例中，用于组成实施例中所述基于膜分离的沼液浓缩工艺装置的各设备，其均可在现有技术中常用的同类型设备中常规选取，对设备的具体型号并无特殊要求，其选取条件仅为满足所述基于膜分离的沼液浓缩方法中所涉及的各工艺参数即可；即采用能够满足所述基于膜分离的沼液浓缩方法中所涉及各工艺参数的设备所组成的基于膜分离的沼液浓缩工艺装置均可实现本试验例中所得到的沼液浓缩和净化效果。

同时，在沼液膜浓缩过程中，膜阻塞的情况是不可避免且不可预测的，以往长采用化学药剂来延缓膜堵塞的发生，但化学药剂混入沼液浓缩产品中又会造成后者的化学污染，危害更甚。本发明中，前端初级粗过滤，精密过滤，超滤都是逐级滤除颗粒物质，能够在不适用化学药剂的情况下，最大限度地保护反渗透膜组件，延缓膜堵塞，加之结合在线的清水反冲洗，以及手动且药液不会混入沼液的化学清洗，多重预防，使得超滤膜系统和反渗膜系统的膜组件均能达到1～2年，甚至2年以上。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)预处理：将沼液经粗过滤去除大颗粒固体物质后，得粗过滤沼液；

(2)超滤处理：将粗过滤沼液经精过滤后再经超滤膜处理后，超滤膜透过侧所得透过液进入下一工序，超滤膜非透过侧所得浓水回流并与粗过滤沼液混合后循环进行超滤处理；

(3)反渗处理：将透过液经保安过滤后再经反渗透膜处理后，反渗透膜渗透侧得到清液，反渗透膜非渗透侧得到浓液；当所得浓液的密度达到一定值时，将浓液输出，即得浓缩液；当所得浓液的密度小于一定值时，将浓液回流并经保安过滤、反渗透膜循环处理，直至浓液的密度达到一定值后再作为浓缩液输出；所述清液或回收以重复利用或直接排放。

2.根据权利要求1所述的一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其特征在于，步骤1中：所述粗过滤至少包含以及粗过滤和二级粗过滤；所述一级粗过滤的过滤精度为100μm，所述二级粗过滤的过滤精度为50～70μm。

3.根据权利要求1所述的一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其特征在于，步骤2中：所述精过滤至少包含一级精过滤和二级精过滤；所述一级精过滤的过滤精度为50μm，所二级精过滤的过滤精度为5μm；所述超滤膜的孔径为0.002～0.01μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其特征在于：步骤3中，所述保安过滤的过滤精度为5μm，所述反渗透膜的孔径为0.0004～0.0006μm。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其特征在于：经预处理后所得的粗过滤沼液先进入过滤水箱中缓存后再泵送用于超滤处理；超滤膜非透过侧所得的浓水则回流至过滤水箱中与粗过滤沼液混合并再次泵送用于超滤处理。

6.根据权利要求1～4任一项所述的一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其特征在于：经超滤处理后所得的透过液先进入透过液水箱缓存后在泵送用于反渗透处理；当反渗透膜非渗透侧所得的浓液不能作为浓缩液输出时，浓液则回流至透过液水箱后再泵送用于反渗处理，并以此为循环，直至浓液能够作为浓缩液输出。

7.根据权利要求1所述的一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其特征在于：所述超滤处理和所述反渗处理中，均设置有用于反向冲洗超滤膜或/和反渗透膜的反洗工序；所述反洗工序至少包括水洗且所述水洗每至多30min进行一次。。

8.根据权利要求7所述的一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其特征在于：所述反洗工序由并联的水洗和化学清洗组成；当超滤膜或/和反渗透膜的进水压力大于预设值时，使用化学清洗替代水洗进行超滤膜或/和反渗透膜的反向冲洗，且进行化学清洗后，需要用清水将超滤膜或/和反渗透膜洗净后才能向超滤膜或/和反渗透膜进料。

9.根据权利要求8所述的一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其特征在于：所述化学清洗采用氢氧化钠溶液和柠檬酸溶液分别进行；所述氢氧化钠溶液和柠檬酸溶液均使用步骤3中于反渗透膜渗透侧所得的清液进行配置，其中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1wt％，所述柠檬酸溶液的浓度为1～2wt％。

10.根据权利要求7～9任一项所述的一种基于膜分离的沼液浓缩方法，其特征在于：所述水洗使用的反洗用水为步骤3中于反渗透膜渗透侧所得的清液。