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第 32 卷 第 8 期 农 业 工 程 学 报 Vol.32 No.8 192 2016 年 4 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Apr. 2016 反渗透膜削减沼液氨氮工艺优化 刘庆玉 1，魏欢欢 1，郎咸明 2，包震宇 2，刘一威 2 （1.沈阳农业大学工程学院，沈阳 110161； 2.辽宁省环境科学研究院，沈阳 110163） 摘 要：为确定反渗透膜系统削减沼液氨氮的最佳反应条件，以氨氮去除率为评价指标，采用 Plackett-Burman 试验从影 响氨氮去除率的 4 因素中筛选出运行压力、pH 值和回收率 3 个显著影响因素，通过最陡爬坡试验逼近最大氨氮去除率区 域，在此基础上，利用 Box-Behnken 响应面法对显著因素进行优化。结果表明：结合试验的可操作性，最优反应条件为： 运行压力 5.50 MPa，回收率 76.00%，pH 值 7.70，氨氮的实际去除率可达 96.13%。对去除率影响主次顺序为运行压力＞ 回收率＞pH 值。运行压力和回收率、pH 值和回收率，二者的交互作用均极显著，运行压力和 pH 值的交互作用显著。模 型失拟项 P=0.5441＞0.05，表明失拟不显著，二次回归模型与实际情况拟合得很好，该研究可为深入了解反渗透膜削减 沼液氨氮性能提供理论依据。 关键词：优化；渗透；废水；沼液反渗透处理；氨氮去除率 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.08.027 中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2016)-08-0192-07 刘庆玉，魏欢欢，郎咸明，包震宇，刘一威. 反渗透膜削减沼液氨氮工艺优化[J]. 农业工程学报，2016，32(8)： 192－198. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.08.027 Liu Qingyu, Wei Huanhuan, Lang Xianming, Bao Zhenyu, Liu Yiwei. Optimization of ammonia nitrogen removal from biogas slurry in osmosis technology[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(8): 192 － 198. (in Chinese with English abstract) doi ： 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.08.027 0 引 言 据农业部对全国 4 000 个养猪村的定点监测数据显 示，2014 年 6 月份中国生猪存栏约 4.29 亿头[1]。随着中 国畜禽养殖业日益呈现出规模化、集约化的趋势，畜禽 粪便的大量排放引发了严重的环境问题，威胁着人类健 康，阻碍着农业可持续发展[2-4]。作为世界上最大的沼气 生产与消费国家，畜禽粪便沼气技术在多年的科学研究 与生产应用中逐步趋于成熟并获得规模性发展。截止 2013 年底，全国农村沼气用户保有量达到 4 300 多万户， 各类沼气工程近 10 万处，年产沼气量达 155 亿 m3[5]。伴 随沼气工程大规模性的应用发展，探讨出妥善处置供过 于求的沼液等厌氧发酵残留物的有效途径，已经成为限 制沼气厌氧发酵技术发展的瓶颈性问题[6]。 沼液在社会生产中主要包括沼液肥用[7-10]、沼液添 加饲料[11-14]和沼液无土栽培营养液[15-16]等应用，研究表 明[17-20]沼液肥用能使土壤渗滤液中氮、磷等含量得到有 效提高，植株因缺乏氮、磷等营养盐而生长缓慢时作用 尤为突出[21-22]。因沼气工程中沼液产量巨大、处理成本 较高、储存运输困难以及营养物质浓度偏低等问题，膜 分离技术尤其是反渗透膜浓缩分离技术迎来巨大的市场 潜力与发展空间[23-27]。在特定压力下，反渗透膜几乎能 截留水分子外的所有污染物质[28]。反渗透系统膜组件主 收稿日期：2015-09-09