采用生物濾料組合過濾處理沼液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種采用生物濾料組合 過濾處理沼液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 沼氣工程作為生物質(zhì)能源高效利用的一種方式，通過厭氧發(fā)酵不僅可以去除廢棄 物中的有害物質(zhì)，還可以產(chǎn)生清潔的沼氣能源，然而沼氣工程同時也會排放大量的沼液，沼 液中含有豐富的營養(yǎng)元素，直接排放會帶來嚴重的環(huán)境污染，在國外沼液一般經(jīng)過簡單的 處理后作為肥料回灌到農(nóng)田中使用。我國對沼液的利用方式一般包括：作物浸種、病蟲害防 治、飼料添加劑、作物水培、作為肥料進行農(nóng)田灌溉，除灌溉外其他方式對沼液的使用量均 較少，而我國沼氣工程規(guī)模較大沼液產(chǎn)量多，沼氣工程廠區(qū)周邊往往沒有足夠的土地來消 納沼液，而且沼液含水率高運輸成本偏高，管網(wǎng)輸送易堵塞、產(chǎn)氣后容易使管道爆裂，從而 導(dǎo)致我國沼液總體利用率偏低。
[0003] 目前關(guān)于沼液的處理方法既包括低成本的氧化塘、土地處理系統(tǒng)、人工濕地等自 然生態(tài)凈化方法，又包括序批式反應(yīng)器（SBR)法、升流式厭氧污泥床（UASB)法等高成本的 工廠化處理工藝，但這些處理方法大多是將沼液作為污水進行處理，要么處理周期長效率 不高，要么就是處理成本偏高，因此并沒有得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。除此之外，近些年沼液 的膜濃縮技術(shù)也成為研究熱點之一，該技術(shù)主要是利用不同規(guī)格的濾膜對沼液進行過濾濃 縮，處理后的沼液體積大量減少，養(yǎng)分濃度可提高幾十倍甚至上百倍，便于運輸和使用。但 沼液中懸浮物濃度太高，會影響過膜效率并污染和堵塞濾膜，因此沼液需要進行預(yù)處理去 除懸浮物，目前沼液預(yù)處理濾料多為粗砂、細砂、石英砂、火山巖等無機濾料，需要定期更換 或反沖洗，在反沖洗時會產(chǎn)生大量廢水，現(xiàn)有關(guān)于僅使用玉米秸桿作為濾料的報道，但單級 過濾不能很好地兼顧處理量，處理能力緩沖性差。而使用可再生的、可堆肥化處理的生物質(zhì) 濾料完全替代無機濾料，在處理沼液的同時可將濾料進行堆肥處理獲得有機肥產(chǎn)品，可以 大大地提高廢棄物的利用率，具有重大的實踐意義和應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種采用生物濾料組合過濾處理沼液的方法。
[0005] 為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的采用生物濾料組合過濾處理沼液的方法，使用圓 柱形過濾容器，一級柱子填料（又稱為濾料）為粗玉米秸桿，二級柱子填料為細玉米秸桿， 三級柱子填料為核桃砂，將一級、二級和三級柱子依次連接，對沼液進行三級串聯(lián)過濾。
[0006] 前述方法中，所述圓柱形過濾容器的直徑為10cm，高lm。例如使用亞克力材質(zhì)的 透明圓柱，柱子兩端使用法蘭進行密封，法蘭中央連接配有閥門和壓力表的出水管。
[0007] 前述方法中，過濾時進料液流量為5L/h。供液設(shè)備為蠕動栗。
[0008] 前述方法中，所述粗玉米猜桿長為4-5cm，寬約1cm，容重為0· 073g/cm3。
[0009] 前述方法中，所述細玉米猜桿長為2cm，寬約3mm，容重為0· 085g/cm3。
[0010] 前述方法中，所述核桃砂為16目（粒徑約1mm)，容重為0· 74g/cm3。
[0011] 前述方法中，一級柱子裝填粗玉米秸桿，裝填密度為〇. l〇19g/cm3,裝填高度為 80cm〇
[0012] 前述方法中，二級柱子裝填細玉米秸桿，裝填密度為0. 9952g/cm3,裝填高度為 80cm〇
[0013] 前述方法中，三級柱子裝填核桃砂，裝填密度為0. 74g/cm3,裝填高度為80cm。
[0014] 本發(fā)明方法在實際推廣應(yīng)用中，可以根據(jù)待處理沼液的性狀，適當(dāng)?shù)馗淖優(yōu)V料規(guī) 格。
[0015] 本發(fā)明中涉及的過濾系統(tǒng)示意圖如圖1所示。所述過濾系統(tǒng)由沼液盛放容器、蠕 動栗、一級過濾柱（一級柱子）、二級過濾柱（二級柱子）、三級過濾柱（三級柱子）以及濾 出液收集容器組成，各組件之間通過管道順次連接。其中，一級過濾柱填料為粗玉米秸桿， 二級過濾柱填料為細玉米秸桿，三級過濾柱填料為核桃砂。
[0016] 本發(fā)明首先以玉米秸桿、園林剪枝、核桃砂作為濾料，每種濾料設(shè)置三種不同的規(guī) 格，同時設(shè)定三種不同的進水流量，使用正交設(shè)計進行試驗，根據(jù)正交試驗極差分析結(jié)果分 別篩選出處理量最大和出水效果最佳的優(yōu)化條件。然后結(jié)合試驗結(jié)果和優(yōu)化條件，確定使 用三級過濾，并對三級過濾效果進行驗證，最終確定使用生物質(zhì)濾料對沼液進行過濾的方 法。本發(fā)明提供的沼液過濾方法操作簡單、易行，沼渣中含有豐富的氮素營養(yǎng)，過濾后隨著 污泥被截留在濾料中降低濾料的碳氮比，過濾結(jié)束后既能獲得低懸浮物的沼液用于后續(xù)膜 濃縮制備液體有機肥，又能對失效的濾料進行堆肥化處理獲得有機肥，具有良好的環(huán)境效 益和經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明過濾系統(tǒng)示意圖；其中，①原料液（沼液）盛放容器，②蠕動栗，③一 級過濾柱，④壓力表，⑤二級過濾柱，⑥三級過濾柱，⑦濾出液收集容器。
[0018] 圖2為本發(fā)明實施例1正交1試驗過程操作條件及出水變化情況。
[0019] 圖3為本發(fā)明實施例1正交2試驗過程操作條件及出水變化情況。
[0020] 圖4為本發(fā)明實施例1正交3試驗過程操作條件及出水變化情況。
[0021] 圖5為本發(fā)明實施例1正交4試驗過程操作條件及出水變化情況。
[0022] 圖6為本發(fā)明實施例1正交5試驗過程操作條件及出水變化情況。
[0023] 圖7為本發(fā)明實施例1正交6試驗過程操作條件及出水變化情況。
[0024] 圖8為本發(fā)明實施例1正交7試驗過程操作條件及出水變化情況。
[0025] 圖9為本發(fā)明實施例1正交8試驗過程操作條件及出水變化情況。
[0026] 圖10為本發(fā)明實施例1正交9試驗過程操作條件及出水變化情況。
[0027] 圖11為本發(fā)明實施例2三級過濾后出水效果圖；其中，1-4試管內(nèi)依次為原液、一 級過濾后出水情況、二級過濾后出水情況、三級過濾后出水情況。
【具體實施方式】
[0028] 以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實施例 中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段，所用原料均為市售商品。
[0029] 以下實施例中涉及的沼液取自北京市順義區(qū)北郎中村沼氣站，為豬糞厭氧發(fā)酵沼 液，具體性狀如表1所示，離心液是將原液在5000r/min條件下離心20分鐘后獲得的上清 液；所述玉米秸桿取自上莊試驗站，具體性狀如表2所示，所述中粒徑規(guī)格的玉米秸桿為 粗、細秸桿按1:1的體積比混合得到。所述園林剪枝取自北京市地壇公園剪枝處理中心，經(jīng) 人工篩分后獲得粗、中、細3個規(guī)格，具體性狀如表3所示；所述核桃砂為商品化的核桃砂產(chǎn) 品，具體性狀如表4所示。
[0030] 表1沼液基本理化性狀
[0038] 以下實施例中所用的過濾容器為圖1所示的圓柱形過濾系統(tǒng)，濾柱直徑10cm，高 lm，材質(zhì)為亞克力，柱子兩端使用法蘭進行密封，法蘭中央連接配有閥門和壓力表的出水 管。實施例1中采取單級過濾，實施例2中采取3個柱子串聯(lián)過濾，濾柱中濾料裝填高度為 80cm〇
[0039] 以下實施例中各種參數(shù)的檢測方法如下：
[0040] EC值（電導(dǎo)率）和pH值：將樣品液攪勻后，直接使用pH/電導(dǎo)率儀（MP521，上海 三信）測定；
[0041] SS(懸浮物）：采用重量法（GB11901-89)測定；
[0042] C0D (化學(xué)需氧量）：采用快速消解分光光度法（HJ/T 399-2007)測定；
[0043] 濁度：采用濁度儀直接測定（2100N，美國Hach公司）。
[0044] 實施例1不同濾料在不同條件下對過濾效果的影響
[0045] 以濾料的種類、濾料的規(guī)格、進水流量作為3個因素，每個因素設(shè)置3個水平，按表 5所示正交設(shè)計條件進行單級過濾試驗，過濾過程中記錄進水端壓力、出水流量、出水量，并 定時采集液體樣品測定其pH、EC、COD、SS、濁度。園林剪枝和核桃砂材質(zhì)較硬自然堆積裝 填，其裝填密度和容重相同，而玉米秸桿較為蓬松具有彈性已壓縮，因此裝填時進行敦實， 細、中、粗三種規(guī)格的秸桿敦實裝填后其裝填密度分別為0. 09952、0. 1019、0. 09394g/cm3。
[0046] 表5玉米秸桿基本性狀
[0048] 各處理過濾過程中運行條件及出水變化情況分別如圖2-圖10所示，各圖中時間 0點均為柱體末端開始出水的時間點。處理1運行條件及出水變化情況如圖2所示，在190 分鐘時出現(xiàn)壓力，隨后的10分鐘內(nèi)壓力先上升后降為零，觀察柱體發(fā)現(xiàn)柱子堵塞后污泥層 又被沖破，大量污泥被沖刷下來影響出水效果，200分鐘時停止試驗。處理2運行條件及出 水變化情況如圖3所示，在2. 5h時出水流量下降表明柱體即將堵塞，但隨后流量又上升污 泥層被沖破出水渾濁，3. 5h時停止運行。處理3運行條件及出水變化情況如圖4所示，同樣 是出現(xiàn)壓力后先上升后下降，當(dāng)壓力下降時出水渾濁，出水后80分鐘停止運行。前三個處 理濾料皆為玉米秸桿，作為彈性濾料它的可伸縮性更強，加之過濾所用的玉米秸桿為片狀， 在柱體內(nèi)分布不均勻，因此柱子堵塞后當(dāng)壓力