采用生物滤料组合过滤处理沼液的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于废弃物资源化利用技术领域，具体地说，涉及一种采用生物滤料组合 过滤处理沼液的方法。
【背景技术】
[0002] 沼气工程作为生物质能源高效利用的一种方式，通过厌氧发酵不仅可以去除废弃 物中的有害物质，还可以产生清洁的沼气能源，然而沼气工程同时也会排放大量的沼液，沼 液中含有丰富的营养元素，直接排放会带来严重的环境污染，在国外沼液一般经过简单的 处理后作为肥料回灌到农田中使用。我国对沼液的利用方式一般包括：作物浸种、病虫害防 治、饲料添加剂、作物水培、作为肥料进行农田灌溉，除灌溉外其他方式对沼液的使用量均 较少，而我国沼气工程规模较大沼液产量多，沼气工程厂区周边往往没有足够的土地来消 纳沼液，而且沼液含水率高运输成本偏高，管网输送易堵塞、产气后容易使管道爆裂，从而 导致我国沼液总体利用率偏低。
[0003] 目前关于沼液的处理方法既包括低成本的氧化塘、土地处理系统、人工湿地等自 然生态净化方法，又包括序批式反应器（SBR)法、升流式厌氧污泥床（UASB)法等高成本的 工厂化处理工艺，但这些处理方法大多是将沼液作为污水进行处理，要么处理周期长效率 不高，要么就是处理成本偏高，因此并没有得到大规模的推广应用。除此之外，近些年沼液 的膜浓缩技术也成为研究热点之一，该技术主要是利用不同规格的滤膜对沼液进行过滤浓 缩，处理后的沼液体积大量减少，养分浓度可提高几十倍甚至上百倍，便于运输和使用。但 沼液中悬浮物浓度太高，会影响过膜效率并污染和堵塞滤膜，因此沼液需要进行预处理去 除悬浮物，目前沼液预处理滤料多为粗砂、细砂、石英砂、火山岩等无机滤料，需要定期更换 或反冲洗，在反冲洗时会产生大量废水，现有关于仅使用玉米秸杆作为滤料的报道，但单级 过滤不能很好地兼顾处理量，处理能力缓冲性差。而使用可再生的、可堆肥化处理的生物质 滤料完全替代无机滤料，在处理沼液的同时可将滤料进行堆肥处理获得有机肥产品，可以 大大地提高废弃物的利用率，具有重大的实践意义和应用价值。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种采用生物滤料组合过滤处理沼液的方法。
[0005] 为了实现本发明目的，本发明的采用生物滤料组合过滤处理沼液的方法，使用圆 柱形过滤容器，一级柱子填料（又称为滤料）为粗玉米秸杆，二级柱子填料为细玉米秸杆， 三级柱子填料为核桃砂，将一级、二级和三级柱子依次连接，对沼液进行三级串联过滤。
[0006] 前述方法中，所述圆柱形过滤容器的直径为10cm，高lm。例如使用亚克力材质的 透明圆柱，柱子两端使用法兰进行密封，法兰中央连接配有阀门和压力表的出水管。
[0007] 前述方法中，过滤时进料液流量为5L/h。供液设备为蠕动栗。
[0008] 前述方法中，所述粗玉米猜杆长为4-5cm，宽约1cm，容重为0· 073g/cm3。
[0009] 前述方法中，所述细玉米猜杆长为2cm，宽约3mm，容重为0· 085g/cm3。
[0010] 前述方法中，所述核桃砂为16目（粒径约1mm)，容重为0· 74g/cm3。
[0011] 前述方法中，一级柱子装填粗玉米秸杆，装填密度为〇. l〇19g/cm3,装填高度为 80cm〇
[0012] 前述方法中，二级柱子装填细玉米秸杆，装填密度为0. 9952g/cm3,装填高度为 80cm〇
[0013] 前述方法中，三级柱子装填核桃砂，装填密度为0. 74g/cm3,装填高度为80cm。
[0014] 本发明方法在实际推广应用中，可以根据待处理沼液的性状，适当地改变滤料规 格。
[0015] 本发明中涉及的过滤系统示意图如图1所示。所述过滤系统由沼液盛放容器、蠕 动栗、一级过滤柱（一级柱子）、二级过滤柱（二级柱子）、三级过滤柱（三级柱子）以及滤 出液收集容器组成，各组件之间通过管道顺次连接。其中，一级过滤柱填料为粗玉米秸杆， 二级过滤柱填料为细玉米秸杆，三级过滤柱填料为核桃砂。
[0016] 本发明首先以玉米秸杆、园林剪枝、核桃砂作为滤料，每种滤料设置三种不同的规 格，同时设定三种不同的进水流量，使用正交设计进行试验，根据正交试验极差分析结果分 别筛选出处理量最大和出水效果最佳的优化条件。然后结合试验结果和优化条件，确定使 用三级过滤，并对三级过滤效果进行验证，最终确定使用生物质滤料对沼液进行过滤的方 法。本发明提供的沼液过滤方法操作简单、易行，沼渣中含有丰富的氮素营养，过滤后随着 污泥被截留在滤料中降低滤料的碳氮比，过滤结束后既能获得低悬浮物的沼液用于后续膜 浓缩制备液体有机肥，又能对失效的滤料进行堆肥化处理获得有机肥，具有良好的环境效 益和经济效益。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明过滤系统示意图；其中，①原料液（沼液）盛放容器，②蠕动栗，③一 级过滤柱，④压力表，⑤二级过滤柱，⑥三级过滤柱，⑦滤出液收集容器。
[0018] 图2为本发明实施例1正交1试验过程操作条件及出水变化情况。
[0019] 图3为本发明实施例1正交2试验过程操作条件及出水变化情况。
[0020] 图4为本发明实施例1正交3试验过程操作条件及出水变化情况。
[0021] 图5为本发明实施例1正交4试验过程操作条件及出水变化情况。
[0022] 图6为本发明实施例1正交5试验过程操作条件及出水变化情况。
[0023] 图7为本发明实施例1正交6试验过程操作条件及出水变化情况。
[0024] 图8为本发明实施例1正交7试验过程操作条件及出水变化情况。
[0025] 图9为本发明实施例1正交8试验过程操作条件及出水变化情况。
[0026] 图10为本发明实施例1正交9试验过程操作条件及出水变化情况。
[0027] 图11为本发明实施例2三级过滤后出水效果图；其中，1-4试管内依次为原液、一 级过滤后出水情况、二级过滤后出水情况、三级过滤后出水情况。
【具体实施方式】
[0028] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例 中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
[0029] 以下实施例中涉及的沼液取自北京市顺义区北郎中村沼气站，为猪粪厌氧发酵沼 液，具体性状如表1所示，离心液是将原液在5000r/min条件下离心20分钟后获得的上清 液；所述玉米秸杆取自上庄试验站，具体性状如表2所示，所述中粒径规格的玉米秸杆为 粗、细秸杆按1:1的体积比混合得到。所述园林剪枝取自北京市地坛公园剪枝处理中心，经 人工筛分后获得粗、中、细3个规格，具体性状如表3所示；所述核桃砂为商品化的核桃砂产 品，具体性状如表4所示。
[0030] 表1沼液基本理化性状
[0038] 以下实施例中所用的过滤容器为图1所示的圆柱形过滤系统，滤柱直径10cm，高 lm，材质为亚克力，柱子两端使用法兰进行密封，法兰中央连接配有阀门和压力表的出水 管。实施例1中采取单级过滤，实施例2中采取3个柱子串联过滤，滤柱中滤料装填高度为 80cm〇
[0039] 以下实施例中各种参数的检测方法如下：
[0040] EC值（电导率）和pH值：将样品液搅匀后，直接使用pH/电导率仪（MP521，上海 三信）测定；
[0041] SS(悬浮物）：采用重量法（GB11901-89)测定；
[0042] C0D (化学需氧量）：采用快速消解分光光度法（HJ/T 399-2007)测定；
[0043] 浊度：采用浊度仪直接测定（2100N，美国Hach公司）。
[0044] 实施例1不同滤料在不同条件下对过滤效果的影响
[0045] 以滤料的种类、滤料的规格、进水流量作为3个因素，每个因素设置3个水平，按表 5所示正交设计条件进行单级过滤试验，过滤过程中记录进水端压力、出水流量、出水量，并 定时采集液体样品测定其pH、EC、COD、SS、浊度。园林剪枝和核桃砂材质较硬自然堆积装 填，其装填密度和容重相同，而玉米秸杆较为蓬松具有弹性已压缩，因此装填时进行敦实， 细、中、粗三种规格的秸杆敦实装填后其装填密度分别为0. 09952、0. 1019、0. 09394g/cm3。
[0046] 表5玉米秸杆基本性状
[0048] 各处理过滤过程中运行条件及出水变化情况分别如图2-图10所示，各图中时间 0点均为柱体末端开始出水的时间点。处理1运行条件及出水变化情况如图2所示，在190 分钟时出现压力，随后的10分钟内压力先上升后降为零，观察柱体发现柱子堵塞后污泥层 又被冲破，大量污泥被冲刷下来影响出水效果，200分钟时停止试验。处理2运行条件及出 水变化情况如图3所示，在2. 5h时出水流量下降表明柱体即将堵塞，但随后流量又上升污 泥层被冲破出水浑浊，3. 5h时停止运行。处理3运行条件及出水变化情况如图4所示，同样 是出现压力后先上升后下降，当压力下降时出水浑浊，出水后80分钟停止运行。前三个处 理滤料皆为玉米秸杆，作为弹性滤料它的可伸缩性更强，加之过滤所用的玉米秸杆为片状， 在柱体内分布不均匀，因此柱子堵塞后当压力