膜孔径对沼液超滤浓缩过程养分和污染物富集的调控作用

为确定适用于沼液浓缩的低污染高截留超滤（UF）膜孔径,选取鸡粪沼液为浓缩对象,采用膜孔径为500、100、50、30 KD的UF膜（平均膜孔径分别为20、6、4 nm和3 nm）进行浓缩处理,考察不同孔径UF膜对沼液浓缩过程中养分和风险污染物迁移的调控作用。结果表明：不同孔径UF膜的水通量均呈现快速降低-平稳-再降低的三段式现象,整体降低38%～49%,且低孔径膜下降更为明显。不同孔径UF膜对沼液中有机质的截留效果整体差异不显著,对TP、TN、TK等养分的截留率随孔径缩小而逐渐提高。同时,不同孔径UF膜对Ca、Mg、Fe和Zn 4种中微量元素的截留性能相似,对重金属和抗生素的截留性能也随孔径的缩小而逐步提升,对Cu和Pb的截留率均可达到100%。综合稳定水通量、养分截留和风险污染物富集,确定适用于沼液浓缩的UF膜孔径为100 KD。     

管式超滤膜浓缩牛乳的研究

采用ＰＡＮ管式超滤膜进行牛乳的浓缩试验,探讨了膜孔径、压力对透液通量和截留率的影响。结果表明,超滤膜孔径对牛乳透液通量和截留率有较大的影响,压力仅显著影响透液通量。选用聚丙烯腈（ＰＡＮ）３万膜,在０．２０ＭＰａ,４５℃条件下超滤,浓缩倍数可达２．４０,平均透液通量为９．３４ｋｇ／ｍ２ｈ,蛋白质截留率在９１．１０％以上,钙、磷等矿质元素也有较高的截留率,乳糖截留率在１３．３０％以下。     

超滤膜分离牡蛎多糖工艺研究

[目的]获得制备牡蛎多糖的最佳分离工艺。[方法]利用超滤膜对牡蛎多糖进行分离,采用单因素及正交试验考察牡蛎多糖通过不同截留分子量超滤膜的分子量分布并优化超滤膜分离工艺。[结果]试验表明,选择截留分子量10 kD的超滤膜分离牡蛎多糖,膜通量较好,截留液中牡蛎多糖的分子量为1.2×10~3kD,透过液中的分子量为4.4 kD。正交试验表明,影响膜通量的主要因素是料液温度,其次是膜分离操作压力,pH影响较弱。综合考虑生产成本及膜的使用寿命等多方因素,超滤膜分离最佳工艺为料液温度30℃、压力0.04 MPa、pH 7.0。[结论]研究可为工业化生产牡蛎多糖提供参考依据。     

鸟粪石沉淀预处理对猪场沼液双膜浓缩工艺的影响

针对沼液中的悬浮颗粒物、氨氮、盐分等高浓度复杂组分，采用鸟粪石沉淀法进行预处理，探究鸟粪石沉淀预处理对膜浓缩工艺和污染物去除效率的影响。结果显示：鸟粪石沉淀预处理可降低沼液的浊度、电导率和氨氮浓度，并提高了后续超滤-反渗透浓缩沼液的膜通量和浓缩倍数。超滤对沼液浊度的去除率大于99%,超滤透过液的浊度小于2.0 NTU。鸟粪石沉淀预处理提高了超滤膜对化学需氧量(COD_Cr)的截留效率，同时也提高了反渗透膜对COD_Cr和盐分的截留效率。经鸟粪石沉淀预处理后，最终出水的COD_Cr、氨氮、电导率分别为135 mg·L^-1、21 mg·L^-1、0.16 mS·cm^-1,出水水质优于对照组，且符合GB 5084—2021《农田灌溉水质标准》和GB 18596—2001《畜禽养殖业污染物排放标准》的要求。综上所述，鸟粪石沉淀法可作为膜法浓缩沼液的一种高效预处理方法。     

沼液膜浓缩技术研究进展

本文从沼液还田利用的减量化、资源化角度出发,结合膜分离对沼液浓缩的作用,介绍了正渗透膜、反渗透膜、纳滤膜、超滤膜、微滤膜在沼液浓缩的研究进展,总结了正、反渗透膜工艺对沼液有很好的浓缩效果,透过液能达到国家排放标准,浓缩液中重金属符合国家肥料标准。微滤和超滤由于分离精度较低,通常需要协同其他膜工艺处理沼液。指出沼液膜浓缩在现阶段难以实现工业化所存在问题与瓶颈主要是国内液肥市场化程度不高与膜污染防治技术不够。提出应根据沼液成分来选择预处理工艺、膜种类和组件构型,优化工艺组合,最终选择正确、高效的膜浓缩及清洗工艺,从而防止或减缓膜污染,减少清洗频率和运行费用。     

超滤法浓缩麦芽糖的研究

[目的]研究采用超滤工艺浓缩麦芽糖液的效果。[方法]采用分子量为6 000 Da的超滤膜,分别浓缩40%、15%的麦芽糖液,考察麦芽糖液的超滤浓缩效果及反洗对膜性能的恢复效果。[结果]超滤膜浓缩40%的麦芽糖液时,超滤通量衰减迅速,堵塞明显;但采用同样的超滤膜浓缩15%的麦芽糖液时,超滤通量较大,且衰减较慢,效果理想。麦芽糖葡萄糖值(DE值)由滤前的43%达到滤后的50%;透光率由滤前的91%T达到滤后的98%T。[结论]该研究为提高麦芽糖产品的透明度、延长产品保质期等,提供了一种较为实用的技术方法。     

超滤澄清过滤鲜果汁的应用研究

本文研究了采用内压聚偏氟乙烯超滤膜对果汁进行过滤澄清的可行性,考察了膜面流速和膜的操作压力对膜通量的影响。研究了膜对果汁中的色度、浊度、电导率和糖度的影响。结果表明,PVDF超滤膜可以较好的去除果汁的浊度,平均去除率为90%,其透过液在室温保存半年无沉淀生成。其对果汁的色度影响较小,平均去除率为20%,其对电导率和糖度基本没有影响。     

铅离子印迹膜滤除沼液中Pb(Ⅱ)的工艺优化研究

本文应用铅离子印迹膜和设计的滤除装置,对沼液Pb(Ⅱ)进行滤除实验。研究了渗析时间(t)、跨膜压差(ΔP)、搅拌速率(ω)三因素对铅离子通量和去除率的影响,并应用L9(33)正交试验设计,对滤除工艺参数进行优化,并与吸附剂吸附法进行比较。结果表明,三因素对沼液中Pb(Ⅱ)去除率的影响顺序为:搅拌速率跨膜压差渗析时间。该装置的最佳滤除工艺参数为:搅拌速率=70 r/min、ΔP=0.20 MPa、t=50 min,此时沼液中Pb(Ⅱ)去除率达99%,处理后沼液中Pb(Ⅱ)为0.007 mg/L。耦合化学清洗+超声清洗污染后的铅离子印迹膜,铅离子通量基本恢复到新膜的通量(平均恢复率达98%),提升了铅离子印迹膜再生利用水平。该滤除工艺克服了吸附剂吸附法的不足,为沼液安全肥用提供一种新工艺和新技术。     

蚕沙中总黄酮的提取及纯化研究

为优化蚕沙中总黄酮的提取工艺,同时为黄酮类化合物的分析和利用奠定基础,采用正交试验设计对蚕沙中黄酮类化合物提取工艺条件进行筛选和超滤法纯化。结果表明,最佳提取条件:50%乙醇,料液比1:12(w/v),在80～85℃下提取4h,超声波辅助提取50min,每批原料提取2次,总黄酮的最大提取量为11.47mg/g。同时采用截留分子质量30000超滤膜,操作压力0.2MPa,料液浓度0.50mg/ml,超滤温度30℃,纯化后总黄酮纯度达到31.22%。超声波辅助0.1%NaOH+0.1%HCl溶液清洗超滤膜,膜通量恢复率达94.6%。     

超滤纯化青稞β-葡聚糖的研究

为对青稞(Hordeum vulgare)β-葡聚糖进行纯化,以膜通量为指标,采用单因素和正交试验,对青稞β-葡聚糖进行超滤处理,分析超滤过程中操作压力、温度和料液流速对膜通量的影响。结果表明,优化的超滤条件为操作压力0.12 MPa、温度45℃、料液流速20 mL/s。该条件下超滤膜通量可达38.5 L/(m2·h),β-葡聚糖截留率达到99.2%,表明超滤处理可应用于青稞β-葡聚糖纯化。     

铅离子印迹膜滤除沼液中Pb(‖)的工艺优化研究

本文应用铅离子印迹膜和设计的滤除装置,对沼液Pb(‖)进行滤除实验。研究了渗析时间（t）、跨膜压差（ΔP）、搅拌速率（?）三因素对铅离子通量和去除率的影响,并应用L9(33)正交试验设计,对滤除工艺参数进行优化,并与吸附剂吸附法进行比较。结果表明,三因素对沼液中Pb(‖)去除率的影响顺序为：搅拌速率>跨膜压差>渗析时间。该装置的最佳滤除工艺参数为：搅拌速率=70 r/min、ΔP=0.20 MPa、t=50 min,此时沼液中Pb(‖)去除率达99%,处理后沼液中Pb(‖)为0.007 mg/L。耦合化学清洗 超声清洗污染后的铅离子印迹膜,铅离子通量基本恢复到新膜的通量（平均恢复率达98%）,提升了铅离子印迹膜再生利用水平。该滤除工艺克服了吸附剂吸附法的不足,为沼液安全肥用提供一种新工艺和新技术。     

BiFeO3/H2O2类芬顿体系去除猪场沼液中3种磺胺类抗生素

沼气工程会产生大量的沼液，其养分浓度低、体积巨大，且含有抗生素等污染物，是沼液无害化处理和资源化利用中需要解决的难题。本研究利用BiFeO₃/H₂O₂类芬顿体系去除猪场沼液中3种磺胺类抗生素，通过设置单因素条件考察了沼液初始pH值、H₂O₂浓度、催化剂BiFeO₃的添加量对沼液中抗生素去除的影响。结果表明：磺胺类抗生素去除的最佳反应条件为初始pH=5、H₂O₂浓度为0.8 mol·L^-1、催化剂添加量为0.8 g·L^-1，在此条件下，磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶去除率分别为97.93%、89.67%、86.42%，平均去除率为91.34%；沼液中总氮、总磷、总钾的保留率分别为94.7%、96.2%、95.1%。BiFeO₃经过4次重复使用，其类芬顿体系对沼液中3种磺胺类抗生素的平均去除率基本不变，说明其稳定性好、可重复利用。研究表明，BiFeO₃/H₂O₂类芬顿体系去除猪场沼液中抗生素具有良好的效果，为沼液无害化处理提供了一种可能方案。     

磁混凝预处理沼液的效能与机理研究

为削减沼液处理工艺中生物生态单元的负荷,采用磁混凝工艺预处理沼液。经单因素和响应面试验优化磁种与混凝剂的投加配比,分析混凝出水中的残余铝含量和铝形态以及有机物官能团的分布,研究磁混凝强化沼液预处理的效能与磁混凝机理。结果表明,磁混凝加快絮体沉降,提高出水安全性,增加沼液中污染物去除;磁混凝预处理最佳配比为Fe₃O₄（1.0 g·L^-1）+Al₂(SO₄)₃（2.05 g·L^-1）+PAM（10.34 mg·L^-1）,此时磷、COD和氨氮去除率分别达到99.09%、30.39%和14.76%。同时磁混凝通过促进Al_b的生成和增强芳香碳物质去除的方式强化沼液中有机物去除;另外磁种Fe₃O₄的吸附增加氨氮去除。结果可为沼液预处理提供技术参考。     

基于国产管式透气膜的养殖粪污沼液氨氮回收工艺装置构建及效能

为了探讨利用国产透气膜回收沼液氨氮的可行性及实际效果,以国产管式透气膜为关键组成部件构建沼液氨氮回收工艺模拟实验装置,开展沼液氨氮回收动态实验研究。结果表明:随着透气膜分离氨氮回收实验装置的运行,沼液氨氮浓度总体下降明显,提取液氨氮浓度呈先线性增加而后稳定在一定水平的变化规律;运行396 h后沼液氨氮去除率可达91.2%;根据氨氮回收速率的变化,装置运行过程可分为氨氮回收(0~252 h)和损失(252~420 h)两个阶段;氨氮回收阶段,提取液氨氮浓度小于10000 mg·L^-1,单位体积氨氮平均回收速率为1190 mg·L^-1·d^-1,氨氮损失阶段,提取液氨氮浓度平稳保持在11200~12180 mg·L^-1,单位体积氨氮平均回收速率仅为35 mg·L^-1·d^-1。若要令该工艺更为高效运行,可考虑增强沼液反应槽密封性,以降低沼液中气态NH₃的挥发损失,另外可将提取液pH是否超过7确定为是否应更换新提取液的指示参数。利用国产透气膜构建的沼液氨氮回收工艺过程可有效回收沼液氨氮,回收率接近80%。     

无机超滤膜预处理垃圾填埋场渗滤液的过程参数分析

[目的]对无机超滤膜的液体渗透性进行评价。[方法]采用无机超滤膜对垃圾填埋场渗滤液进行预处理,重点探讨pH值、浓缩倍数、操作压差、膜面流速等过程参数对预处理效果和膜通量的影响。[结果]较优的运行参数为:pH值宜处于中性偏酸的范围,6.5~7.0效果较佳;操作压差不宜超过0.4 MPa,一般选择为0.34 MPa,膜面流速为3.5~4.0 m/s。在该条件下,对COD、TOC、氨氮、TDS、FDS和浊度的去除率分别达到40.6%、51.2%、6.0%、19.3%、19.9%和70%。[结论]渗滤液pH值的改变直接影响无机超滤膜表面的电性,从而与无机离子和腐殖酸共同作用,引起膜通量和去除率的变化。无机超滤膜通量随操作压差和膜面流速的增加而增大,但由于浓差极化和凝胶层的影响,存在临界压差和流速。     

沼液灌溉对冬小麦-夏玉米轮作农田CO2、N2O排放规律的影响

为探究沼液灌溉对冬小麦-夏玉米轮作农田CO_2和N_2O排放特征及土壤理化性质的影响,设置不同的灌溉模式,即空白对照处理CK、常规施肥处理CF、灌溉两次(小麦季一次+玉米季一次)2∶1沼液处理T1、灌溉三次(小麦季两次+玉米季一次)2∶1沼液处理T2与灌溉三次(小麦季两次+玉米季一次)2∶1沼液处理T3共五个处理,采用静态箱-气相色谱法,研究牛场沼液灌溉条件下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤CO_2和N_2O的排放特征,同时监测气象条件、土壤铵态氮、硝态氮、土壤可溶性有机碳等因子以及作物产量,分析并探讨了轮作周期内农田土壤CO_2和N_2O的排放特征及相关影响因子。试验结果表明,沼液灌溉没有改变轮作周期内土壤CO_2和N_2O排放通量的季节性变化规律,但会造成灌溉后短期内CO_2和N_2O排放通量增加;轮作周期内沼液灌溉处理在一定程度上提高了CO_2的排放水平,但除T3处理外,差异性均未达到显著水平;沼液灌溉处理没有明显提高N_2O排放水平。沼液灌溉提高了土壤可溶性有机碳含量,施用化肥会降低土壤可溶性有机碳含量;与常规施肥处理CF相比,T2、T3处理作物籽粒产量无明显差异,T1处理严重减产。综合考虑作物籽粒产量与CO_2和N_2O累积排放量,T2处理为本试验条件下最合理的沼液灌溉模式。     

畜禽粪便与秸秆混合发酵及贮藏阶段沼液中碳氮元素变化

为研究沼液从产生到贮藏期间碳氮元素的变化规律,将猪粪、鸡粪和秸秆混合,进行中温厌氧发酵,并在常温下以密闭静置、密闭搅拌、敞口静置、敞口搅拌等4种方式贮藏沼液,跟踪并分析了猪、鸡粪和秸秆混合发酵沼液在厌氧发酵及贮藏期间碳、氮元素的形态和含量变化。结果表明:厌氧发酵阶段,沼液中的总有机碳(TOC)和总氮(TN)浓度均有所增加,增加幅度在15.0%~36.1%之间,其中TOC在第18 d达到最高浓度(6467 mg·L~(-1)),TN在第23 d达到最高浓度(4181 mg·L~(-1))。贮藏阶段,沼液中的TOC、TN浓度均有所降低,TOC先下降后升高,总体降低幅度较小(2.9%~12.0%),降幅顺序为敞口静置敞口搅拌密闭静置密闭搅拌;TN先升高后降低,总体降低幅度较大(4.2%~56.2%),降幅顺序为密闭静置密闭搅拌敞口静置敞口搅拌。综上,厌氧发酵18~23 d的沼液碳氮元素含量最高,采用密闭静置方式并缩短贮藏时间可减少沼液贮藏过程氮元素的损失。     

超滤澄清南瓜汁工艺的研究

本研究采用膜分离装置对南瓜汁进行了超滤澄清处理,分析了超滤过程中膜孔径、操作压力和操作温度对膜通量的影响。结果表明,南瓜汁经过微滤后,选用截留相对分子质量5万的聚砜卷式超滤膜,在操作压力0.3 MPa,最适温度35℃时进行全回流超滤试验,膜通量至少可达到30.23 L.m-2.h-1,且得到澄清透明的南瓜汁饮料。     

硝化抑制剂阻控养殖肥液灌溉土壤氮素淋失

为考察硝化抑制剂伴施养殖肥液灌溉条件下土壤氮素的淋溶特征和阻控效果,采用土柱模拟淋溶试验,设置尿素溶液单施、养殖肥液单施、以及养殖肥液分别伴施双氰胺(DCD,5%、10%和15%)和氯甲基吡啶(Nitrapyrin,0.25%、0.5%和1%)处理,连续监测了5个灌溉周期土壤淋溶液中铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)、总氮(TN)和溶解性有机碳(DOC)淋失特征。养殖肥液单施比尿素溶液单施显著减少碳氮的淋失浓度和淋失量。养殖肥液伴施DCD和Nitrapyrin淋溶液中TN、NH_4~+-N、NO_3~--N、DOC浓度分别比单施养殖肥液降低27.19%、35.69%、45.89%、53.69%和24.86%、30.87%、21.10%、64%,处理间均达到5%显著水平。从抑制效果及经济节约角度,推荐5%DCD伴施养殖肥液是优化的养分淋溶阻控模式。此外,发现养殖肥液连续饱和灌溉条件下土壤淋溶液硝态氮浓度与氧化还原电位间存在显著的相关性(R2=0.602 8*,n=34)。养殖肥液伴施硝化抑制剂是抑制养分淋失、提高养分利用效率和控制硝态氮淋溶污染的有效措施,但抑制剂的作用效果、抑制时间与施用方式之间的关系还需要进一步研究。