CN111003876A

CN111003876A - 一种高浊度高有机物高磷的厌氧发酵沼液的强化处理工艺

Info

Publication number: CN111003876A
Application number: CN201911108842.8A
Authority: CN
Inventors: 魏源送; 郑利兵; 郁达伟; 张春
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2020-04-14

Abstract

一种高浊度高有机物高磷的厌氧发酵沼液废水的“磁混凝‑陶瓷膜微滤‑纳滤”强化处理工艺。采用磁混凝进行沼液预处理，显著提高固液分离效率，降低悬浮物与有机物；其后采用陶瓷微滤膜进一步去除悬浮物与有机物；采取纳滤进行深度处理，实现高品质产水与营养物质富集。“磁混凝‑陶瓷膜微滤”预处理可以实现浊度99％的去除，并削减大分子有机物及胶体，且对悬浮物和有机物的浓度变化有显著的适应性，保障稳定的预处理能力。纳滤可以截留97％以上的浊度、有机物和其他污染物，实现沼液营养物质的浓缩，达到资源再利用目的。整体而言，本工艺对不同沼液具有适应性强、出水水质稳定的特点，适用于高悬浮物、高有机物的沼液的长效稳定处理。

Description

一种高浊度高有机物高磷的厌氧发酵沼液的强化处理工艺

技术领域

本发明属于污水深度处理技术领域，具体涉及一种高浓度沼液的“磁混凝- 陶瓷膜-纳滤”深度处理组合工艺。

背景技术

近年来，我国日益加强以畜禽养殖废水为原料的能源化、规模化与专业化沼气工程建设，促进能源的发展与环境保护，但是沼液量大与消纳不足问题仍然是制约沼气工程规模化发展的主要因素。沼液是畜禽养殖废水经过厌氧发酵后的固液分离产物，其水量大且富含大量营养元素，因此对沼液的水与营养元素的回用不仅可以实现水污染源控制、解决部分水资源不足问题，同时也能够促进沼气工程的规模化发展。因此，沼液的深度处理与回用日益引起有关专家学者的密切关注。

沼液具有一种高悬浮物、弱碱性、高有机物与盐含量较高等特点，因此常规的工艺无法实现污染物的有效去除，传统基于微生物的处理工艺在沼液污水的处理过程中受到一定程度的限制。悬浮物和有机物去除是沼液深度处理的关键过程，针对悬浮物的去除主要有混凝、气浮、离心分离、过滤、膜分离与蒸发浓缩等。混凝是应用最为广泛的水处理技术之一，主要通过投加混凝剂实现胶体悬浮物的破稳凝聚，进而快速分离。针对高浓度的沼液污水处理，混凝的预处理可有效削减其中悬浮物的含量，但是针对沼液悬浮物浓度高、水之波动大、盐浓度高等影响，其悬浮物去除效果差、速率慢且不稳定。磁混凝是一种有效的悬浮物去除手段，主要是通过增加絮体的比重，强化重力作用，提高沉降性能，弱化布朗运动，使固液分离速率加快，达到快速去除悬浮物的目的，且磁混凝在氮磷与部分有机物的去除方面也存在一定的去除效果。近年来磁混凝技术在水处理中得到广泛关注，但是在沼液处理和资源化回用过程中应用还有待进一步展开。

大量的高分子有机物、胶体是沼液处理的另一个主要问题，有机物的去除技术主要是以微生物处理技术(生物强化、共代谢、反硝化等)、活性炭吸附、膜分离、光催化氧化、超临界氧化以及高级氧化技术等，生化技术因要求严苛，且受水环境污染物浓度的影响较大而受到限制。因此低压膜分离技术微滤和超滤是进一步开展沼液预处理的常用工艺，其具有分离效果好、速率快且受水质的影响较小的优势。但是在沼液处理中，由于高分子有机污染物浓度高，因此采用有机膜材料易出现膜污堵和破损现象，导致处理成本的提高。而陶瓷膜是以铝锆类氧化物作为膜材料制备的新型膜，具有耐酸碱性、耐高温、机械强度高与抗污染性能强等特点，随着陶瓷膜制膜成本的下降和制膜技术的进一步提升，在水处理中逐渐的得到应用。本方法选用陶瓷膜进行沼液的二级预处理，提升悬浮物、胶体、大分子有机物的去除效果，保障运行运行。

高压膜分离技术如纳滤和反渗透是常用的废水深度处理工艺，可以保障高品质的产水和污染物质的截留。但反渗透技术操作压力高、膜污染程度高、且截留几乎全部污染物质，因此在沼液营养物质回用中存在单价盐的问题。因此，本研究采用纳滤作为沼液深度处理与营养元素富集技术。纳滤是一种基于纳米孔径膜的分离技术，主要分离原理为膜孔截留作用及道南效应，可以截留大部分有机物和实现单价盐和高价盐的分离，因此可以应用于沼液中营养元素的富集、单价盐的去除和产水的工业回用。

综上，由于沼液含高悬浮物、有机物、盐及氮磷钾等营养元素，采用磁混凝 -陶瓷膜微滤过程进行预处理可以保障悬浮物、胶体和大分子有机物的有效去除。进一步采用纳滤作为深度处理，可实现沼液中营养元素的富集、单价盐的去除和产水的工业回用，且该工艺对水质波动具有较好的适应性。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明拟将磁混凝、陶瓷膜微滤、纳滤工艺组合应用于高浊高有机物的沼液的处理与处置，以便解决上述废水的至少问题之一。

本发明是通过如下技术方案实现的：其流程图如图1所示。

提供一种高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)采用磁混凝进行预处理；

2)采用陶瓷膜(微滤)处理步骤1)出水，进一步去除残留悬浮物和大分子有机物，实现浊度、色度与COD等的有效去除；

3)采用高压纳滤膜进行步骤2)出水的深度处理，实现产水的有效回用与营养液的富集。

优选地，采用的磁混凝工艺可以显著提高悬浮物分离效率，磁种具有进一步回收再利用的潜力，所述磁种的投加量为0～5g.L^-1。

优选地，所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其固液分离方式的核心部分在于重力沉降与磁场分离过程，磁种包括但不限于球磨法、共沉淀法、水热法等方法制备的特异性磁种。

优选地，所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其采用的混凝剂及絮凝剂包括但不限于氯化铝、氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝等。

优选地，所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，采用陶瓷膜进行沼液预处理，所述的陶瓷膜材料包括但不限于氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化硅、高岭土、沸石等及其复合材料。

优选地，所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，所述的陶瓷膜过程包括微滤、超滤过程，所述的膜孔为0.05μm-2μm。

优选地，所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，所述的陶瓷膜流动形式包括但不限于错流过滤、死端过滤等；所述的膜组件包括平板、单通道管式和多通道管式。

优选地，所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，采用纳滤膜工艺深度处理经步骤2)处理的污水，所述的纳滤膜膜组件形式包括平板式和卷式等，所述的纳滤膜材料包括有机、无机及复合材料。

优选地，所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，该组合工艺可实现99％以上的悬浮物、有机物等的截留，可应用于不同高浊度高有机物沼液污水的深度处理，可适应沼液污水水质水量变动的特征。

从上述技术方案可以看出，本发明的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺的有益效果如下：

(1)本发明所述的高浊高有机物沼液中的悬浮物预处理通过磁种的投加混凝凝剂的作用，采用磁混凝可以加快固液分离效率，缩短沉降时间，显著降低污泥量及污泥含水率，减轻后续污泥的处置负荷。同时，磁种具有吸附作用，改变无机絮凝剂的形态并吸附污染物，提升污染物去除效能。

(2)本发明所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺采用“磁混凝- 陶瓷膜”作为纳滤膜的预处理，具有高物理化学稳定性、可反冲、抗膜污染性强、高通量与稳定性的特点，对组成复杂且性质波动较大的沼液的处理具有较强的适应性与稳定性

(3)本发明所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺采用高压纳滤膜进行深度处理，具有高压常温操作、产水质量高、膜污染程度较低的特点，可以实现大部分污染物的有效截留，实现营养元素的截留，同时分离单价盐离子，实现营养物回收、水回用与废水零排放。

(4)本发明所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺对水质指标如悬浮物、有机物等都具有显著的耐受性且对水量的波动具有明显的适应性和可调控性，因此可以满足不同原料来源的沼液处理要求。

(5)本发明所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺基于物化的方法，混凝具有高效快速固液分离的特点；陶瓷膜通量高；纳滤相对反渗透而言操作压力低且膜污染潜势低。因此，该组合工艺可以利用简短的流程实现沼液污水的高效深度处理。同时，本发明所述的组合工艺可方便地与其他工艺如催化、高级氧化、吸附、蒸发结晶、离子交换等联合，进一步实现有机物的高效去除、产水的回用与营养物质的富集。

附图说明

图1为高浊度高有机物高磷的厌氧发酵沼液的强化处理工艺装置流程图；

图2为高浊度高有机物高磷的厌氧发酵沼液原液经不同工艺处理后的产水效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

采用磁混凝处理沼液，该污水pH、浊度、COD、

分别为7.96、3762.5NTU、14266mg/L、3482mg/L和57.6mg/L。采用PAC、PAM为混凝剂和助凝剂，投加量分别为5g·L^-1和120mg/L，磁种投加量为3g·L^-1。慢搅速率为70rpm，快搅速率和时间分别为400rpm和20s。混凝出水浊度低于610NTU。将混凝产水直接进行陶瓷膜微滤处理，连续运行192h，出水浊度、COD、

与

分别为2.2NTU、2019mg·L^-1、13.5mg·L^-1与2267mg·L^-1，产水通量为7.72L/m²·h，后采取纳滤膜进一步处理，操作压力为1Mpa，温度为25℃，循环流量为5L/min，浊度、COD、

与氨氮、的平均含量为0.2NTU、351mg/L、0.07mg/L与631mg/L，去除率分别达到99.99％、97.53％、99.87％与81.85％，连续运行4h产水通量达到45L/(m²·h)，产水可在部分领域进行回用，实现沼液污水的零排放。且经过纳滤膜处理后，沼液营养物质得到有效的浓缩，实现了营养物质的再利用。

实施例2

采用磁混凝处理沼液，该污水pH、浊度、COD、

分别为7.96、3762.5NTU、14266mg/L、3482mg/L和57.6mg/L，采用PAC、PAM作为混凝剂与助凝剂，投加量分别为5g·L^-1和120mg/L，对磁混凝与常规混凝的性能进行了对比。磁混凝相比常规混凝，在达到相同去除效果的条件下，可显著缩短沉降时间，由25min缩短至5min，污泥减量将近30％。磁性絮体相比常规絮体更加密实，可有效的降低沉淀池的占地面积，降低基建投资成本。磁混凝条件下，K、 Mg元素的含量分别为3125、10.06mg·L^-1，同原液相比仅有轻微的的减少；重金属Hg、As、Cd、Pb与Cr未检出，物重金属风险，且可作为矿物质进行利用。

实施例3

采用磁混凝处理沼液，该污水pH、浊度、COD、

与

分别为2.2NTU、2019mg·L^-1、13.5mg·L^-1与2267mg·L^-1，产水通量为7.72L/m²·h，后采取纳滤膜进一步处理，操作压力为0.8Mpa，温度为25℃，循环流量为5L/min，纳滤处理后产水浊度、COD、

与氨氮、的平均含量为0.3NTU、396mg/L、 0.09mg/L与603mg/L，去除率分别达到99.99％、97.22％、99.83％与82.66％，连续运行4h产水通量达到43L/(m²·h)。

其实际效果对比如下图2所示。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其主要特征在于纯物化过程，受环境及水质波动的影响较小，包括如下步骤：

1)采用磁混凝进行悬浮物(浊度)、胶体、部分有机物的预处理；

2)将步骤1)出水进行陶瓷膜微滤处理，进一步去除残留悬浮物和大分子有机物；

3)采用高压纳滤膜进行步骤2)出水的深度处理，实现产水的回用与营养元素的富集。

2.根据权利要求1所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其主要特点在于：采取磁混凝工艺可有效实现固液分离效率的提升，磁种具有进一步回收再利用的潜力，本发明所述的磁种投加量控制范围为0～5g·L^-1。

3.根据权利要求1所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其固液分离方式包括重力沉降与磁场分离过程，磁种包括但不限于球磨法、共沉淀法、水热法等方法制备的特异性磁种。

4.根据权利要求1所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其采用的混凝剂及絮凝剂包括但不限于氯化铝、氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝等。

5.根据权利要求1所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，采用陶瓷膜进行沼液预处理，所述的陶瓷膜材料包括但不限于氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化硅、高岭土、沸石等及其复合材料。

6.根据权利要求1所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，所述的陶瓷膜过程包括微滤和超滤过程，所述的膜孔为0.05μm-2μm。

7.根据权利要求1所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，所述的陶瓷膜流动形式包括但不限于错流过滤、死端过滤等；所述的膜组件包括平板、单通道管式和多通道管式。

8.根据权利要求1所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，采用纳滤膜工艺深度处理经步骤2)处理的污水，所述的纳滤膜膜组件形式包括平板式和卷式等，所述的纳滤膜材料包括有机、无机及复合材料。

9.根据权利要求1所述的高浊度高有机物沼液深度处理的组合工艺，其特征在于，该组合工艺可实现99％以上的悬浮物、有机物等的截留，可应用于不同高浊度高有机物沼液污水的深度处理，可适应沼液污水水质水量变动的特征。