沼液膜浓缩处理工艺的现状、问题和展望

时间：2024-05-25

李赟，刘婉岑，李国学，罗文海，张邦喜

(1. 中国农业大学资源与环境学院农田土壤污染防控与修复北京市重点实验室，北京 100193； 2. 贵州省农业科学院农业资源与环境研究所，贵阳 550006)

随着社会经济的快速发展，集约化、规模化畜禽养殖业已成为我国农业生产的重要组成。然而，在畜禽养殖业高速发展的同时，相关污染防治和处理工作相对滞后，由此也带来了严重的畜禽粪便污染问题。据统计，我国每年产生的畜禽粪便总量约为3.8×109吨，远超我国工业固体废弃物的排放量[1]。《第一次全国污染源普查公报》显示，畜禽养殖业的COD排放量已占到了农业源COD排放量的95%以上。此外，畜禽粪便中含有铜、铬、镉等重金属、抗生素等物质，若得不到合理处置会对大气、水和土壤造成严重污染，危害生态健康。

目前，我国广泛推广应用的畜禽粪便处理技术主要是制取沼气的厌氧发酵和生产有机肥的好氧发酵。厌氧发酵可以将畜禽粪便中颗粒性及可溶性有机物转化成甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)等物质，不仅可以实现废弃物的减量化，还可产生清洁的沼气能源，对解决畜禽粪便污染、保护生态环境意义重大。我国沼气开发利用技术已处于世界领先水平，目前国内已有近5000处大中型沼气工程设施，沼气用户数量已超过4300万户，农村沼气工程数量近10万个[2]。此外，为了促进生物质能源的利用，我国相关部门对此高度重视，制定了一系列的政策法规，推动沼气产业的发展和应用。有学者预测，2020年全国沼气用量将达到400亿m3，沼气工程在农村区域普及性将超过70%[3]。与此同时，煤、石油等传统能源日趋枯竭且伴随有污染产生。因此，利用沼气工程开发生物质能源、调整能源结构已成为必要途径。

沼气工程的发酵过程见图1，在利用废弃物生产清洁能源的同时，还会产生大量富含碳氮的副产物—沼液。沼液作为厌氧发酵残留物，有机物含量较高，C/N比失调严重，可生化性较差，处置不及时将会对环境造成严重污染[4]。据统计，我国每年厌氧发酵产生的沼液量已超过10亿吨，主要集于大中型沼气工程[5]。虽然沼液中富含氮磷和氨基酸等对植物有益的物质，是一种天然的有机肥料，但目前我国的沼气发酵工程周围的土地承载力和日渐增加的沼液量极度不匹配。此外，沼液农田施用具有季节性，而沼气工程产生的沼液则是不间断的。对于产量巨大的沼液来说，异地利用需要通过管网或槽罐车转运，费时费力且会增加成本，从根本上难以解决沼液处理难的问题。因此，随着沼气工程的发展，寻找解决沼液问题的有效途径是促进畜禽养殖粪污沼气工程可持续发展的必由之路。

图1 沼气发酵途径及其发酵产物

目前国内外针对沼液的处理已有多种技术，主要包括直接粗放还田技术、自然生态净化技术、生化处理技术、高附加值开发处理技术等(见表1)[4]。然而，无论是将沼液直接还田还是自然生态净化技术均需要大量的土地。与国外养殖场不同，我国大中型畜禽养殖场周边没有足够的土地去消纳沼液。因此，这两种技术难以在我国推广使用。生化处理技术主要包括序批式活性污泥法、接触氧化法、生物转盘法、膜生物反应器、生物滤池等，能够利用活性污泥有效地处理沼液，但是运行成本过高，且无法实现沼液中养分的资源化利用，与我国目前大力提倡的循环农业发展趋势不吻合。

表1 不同沼液处理技术

沼液膜浓缩技术近些年得到了国内外学者的广泛关注。沼液膜浓缩是利用膜的选择透过性，对分子量不同的组分实现定向分离，从而达到沼液浓缩的目的。相比较其他技术，沼液经膜浓缩后可有效减少体积，不仅可以减少储存与运输成本，还能够大幅提高养分含量，提升沼液的肥料价值[11-12]。因此，膜浓缩技术在未来沼液处理中潜力巨大。

1 沼液的基本特性

总体来说，不同物料沼气发酵产生的沼液性质差异较大，且在不同研究中同一种物料产生的沼液性质也有一定差异。这说明不同的发酵工艺对同一种原料发酵产生的沼液性质也不同。靳红梅[32]等通过对江苏省大型沼气工程沼液理化特性分析，发现猪场和奶牛场沼液的氮磷钾等养分含量差异较大，并且发酵时间越久沼液理化性质越稳定。曲明山[33]等对京郊大中型沼气工程沼液养分分析后也得出了类似结论。Li[14]等采用干发酵的方式研究了不同消化时间对牛粪发酵的影响，结果表明，不同消化时间对发酵产物影响较大，当消化时间为15 天和30天时，发酵物仍分别具有约30%和70%产甲烷潜力。Zhang[34]等研究发现同一动物在不同生长时期，由于饲料的差异导致粪便厌氧发酵性能不同，产生的沼液性质也会有差异。

表2 不同物料厌氧发酵产生的沼液基本特性

2 沼液膜浓缩的发展与应用

2.1 不同膜分离技术及其组合工艺对沼液浓缩的性能

2.1.1 超滤(UF)

UF膜一般操作压力为0.7 MPa以下，孔径范围约为0.001～0.02 μm，可以截留分子量1000～300000道尔顿(Da)范围的物质。UF膜的分离作用是利用膜孔对处理物质进行机械筛分、对杂质进行吸附来实现的。超滤过程能够有效去除液体中的悬浮微粒、胶体等物质，还不会引起产品的变性或失活。基于此种性能，超滤既可以作为一种单独的液体分离方式，还可以作为预处理手段添加在膜孔径更小的纳滤(NF)和反渗透(RO)处理之前，提高后置膜分离技术的处理效果。目前UF分离技术已经市场化应用，耐污染能力较好且具有选择性的荷电UF膜更是在水处理和生物化工等行业得到推广。国内外研究表明，UF膜可以将沼液浓缩约5～8 倍(见表3)，且对COD、悬浮固体(SS)以及氮磷截留率较高。例如，陆佳[13]等研究发现，采用UF膜处理牛粪沼液的透过液中COD和SS含量低于国家畜禽养殖排放标准。

表3 不同膜分离技术对沼液膜浓缩的性能

然而，也有研究表明UF膜对诸如咖啡因等多种微量物质截留率都低于17%，且UF膜较大的孔隙对液体中溶解性微生物代谢产物和腐殖质等小分子有机物的截留效果也较差[53-54]。

2.1.2 纳滤(NF)

NF膜孔径一般在0.5～2 nm，操作压力小于1.50 MPa，截留分子量为200～2000 Da。NF膜操作压力范围介于超滤和反渗透之间，是以膜两侧的压力差作为驱动力。目前，NF技术已广泛应用于食品、饮用水处理、环保等诸多领域。NF膜表面带有负电荷，对特定的污染物具有较高的截留率[12]。徐国锐[38]在沼液NF膜浓缩试验中发现，沼液浓缩液中氮、磷等营养物质以及Cu2+，Fe2+，Mn2+，Zn2+等微量金属离子浓度都随浓缩倍数的增加而提高，说明NF膜对二价离子有较高的截留效果。董泰丽[39]等对鸡粪沼液进行了以NF膜为核心的工业化膜浓缩，实现了工程化沼液资源化处理，每天处理的沼液高达300 吨。

2.1.3 反渗透(RO)

虽然RO对于成分复杂且热敏性物质较多的液体有一定的优势，但沼液含有较多粘性大分子有机污染物，会造成严重的RO膜污染，增加运行成本。

2.1.4 正渗透(FO)

然而，对于FO膜的研究起步较晚，目前大部分研究还停留在实验室阶段，对于FO膜的工程化应用效果还需进一步研究。

2.1.5 膜蒸馏(MD)

然而，目前MD技术普遍面临着蒸馏通量小的问题，也有研究表明DCMD过程中，进料和冷却水都与膜表面直接接触的方式会产生高热损失，且在该构造中不能获得纯馏出物[62]。

2.1.6 膜组合工艺

目前，单一膜组件浓缩工艺均存在各自的优缺点，而根据各膜组件的特点将不同膜组件组合使用成为了目前研究的热点(见图2)。超滤+纳滤(UF+NF)组合工艺可强化污染物去除效果，弥补UF和NF技术中存在的缺陷，是应用较为广泛的膜浓缩组合。采用UF+NF组合工艺虽然较单个纳滤工艺复杂，但组合工艺具有一定的技术优势，主要表现在UF对大分子有机物、浊度等进行截留，减轻后续NF膜污染，从而节约成本。此工艺弥补了各自膜组件的缺点，处理后的出水耐冲击负荷且水质稳定[63]。研究表明，UF+NF组合工艺可有效去除液体中的有机物[64]，同时在软化除盐方面也有一定优势[65]。毛金刚[48]和杜龙龙[50]等利用UF+NF组合工艺浓缩猪场沼液，结果表明该工艺组合可将沼液体积浓缩10～20 倍，且使对植物有益的腐殖酸、蛋白质、氨基酸等浓度提高了10 倍左右。宋成芳[49]等研究发现UF+NF组合可将猪粪和牛粪沼液浓缩21～23 倍，沼液中的氨基酸和蛋白质含量提高了约10 倍。然而，也有研究表明UF+NF组合工艺虽然已经有了较为广阔的应用，但该组合系统也存在膜元件结垢、污堵和膜降解等问题[63]。

图2 常见沼液膜组合工艺图

2.2 沼液膜浓缩过程存在的问题

2.2.1 膜污染严重

膜浓缩过程膜污染主要由凝胶滤饼层的形成、膜孔的堵塞、吸附和浓差极化等原因造成[67]。其中，膜表面形成的滤饼层和浓差极化现象造成的污染层通常可以通过物理冲洗消除；然而当发生不可逆的膜孔堵塞时，物理清洗则无法恢复膜通量，需要对膜进行必要的反向冲洗、化学清洗或者更换膜组件。与一般的废污水相比，沼液有机物、悬浮微粒、胶体粒子等含量较高，含有大量有机物和中微量元素，其复杂的成分会造成严重的膜污染，降低膜通量，影响膜浓缩系统的运行效率[68]。如表3所示，许多国内学者在0.1～0.3 MPa的操作压力下用UF膜浓缩沼液，结果表明膜污染会使通量降低约50%[10,13]，也有研究显示在1 MPa操作压力下利用UF膜对猪和牛场沼液膜浓缩过程中膜通量会降低约70%[38]。Holloway[43]等利用50 g·L-1NaCl作为汲取液浓缩厌氧发酵废水，结果显示膜污染会使FO膜通量下降约55%。王雷[12]等利用NF膜浓缩多级过滤后的沼液发现，当沼液浓缩至原体积的10%时，膜通量降幅高达58.3%。

识别影响膜污染的主要物质，揭示膜污染机理能够为后期膜污染的控制提供理论依据。然而，目前国内外针对于沼液膜浓缩过程中膜污染机理的研究较少。基于污水处理过程中膜污染机理的报道和沼液的基本特性可知，沼液膜浓缩过程影响膜污染的物质主要包括悬浮性活性污泥颗粒、胶状固体、可溶性微生物产物(SMP)、胞外聚合物(EPS)和无机沉淀物(如鸟粪石结晶体)等[69]。这些物质会在膜表面形成滤饼层影响膜通量，其中小于膜孔径的低分子会通过沉积、吸附等方式进入膜孔内部造成膜污染[70]。膜污染受分子间作用力、钙键等化学因素和起始通量等水力条件之间的作用共同影响，不同污染物间的协同作用会加速污染物质在膜表面的沉积[71]。对沼液进行必要的前处理是减缓膜污染，延长膜使用寿命的有效手段。因此，针对沼液膜浓缩来说，在膜浓缩前去除沼液中的悬浮物、胶体等是减少膜孔吸附堵塞的主要任务。

2.2.2 膜组件能耗与成本高

沼液膜浓缩的另一个不足之处便是能耗问题，特别是RO膜需要较高的外部操作压力，相应的运行能耗与成本较高。研究表明，即使现代大型RO装置的能量利用效率不断在提高，仍有接近一半的成本是通过电能消耗。Waeger[37]等发现利用MF+UF处理沼液时耗能约为5～15 kWh·m-3，而Séverine[20]等利用NF+RO浓缩沼液的结果表明仅膜组件的能耗就高达34 kWh·m-3。因此，控制成本至关重要的一点是降低系统能耗。高能耗导致沼液膜浓缩运行成本较高(见表4)。国内学者研究发现，NF处理猪场沼液的成本约为3.2 元·m-3[12]，而Fugère[53]等通过成本计算发现，利用UF膜浓缩猪场废水的成本为1.4～8 美元·m-3(约9.8～56 元·m-3)，而利用RO浓缩沼液时成本则增加至4～7 欧元·m-3(约32～56 元·m-3)[43,51]。

表4 沼液膜浓缩过程膜污染对水通量和能耗的影响

膜组件清洗与更换会进一步增加膜浓缩的运行成本。Drews[72]研究显示更换膜组件的费用约占膜浓缩系统成本的5%～30%。晏水平[73]等研究发现膜组件投资是系统总投资中的主要影响因素，约占总投资的42.3%。此外，膜的寿命、膜的性能等都对浓缩成本有较大的影响。有研究表明，膜使用寿命超过3年能够有效降低系统年运行费用[73]。目前，已有学者对沼液膜工业化运行进行了详细经济效益分析。Gebrezgabher[74]等以荷兰的一处(年处理7万吨沼液)膜浓缩工艺处理沼液工程为例，分析了使用UF+RO处理对企业经济效益的影响，结果表明在没有补贴的情况下，工厂处于亏损状态，而在补贴的情况下，工厂内部收益率为25%，每年可以为企业带来140 万欧元(20 欧元·吨-1)的经济效益。张智烨[10]以UF+NF系统按照日处理沼液量200 m3规模计算，估算出包括膜组件、场地费在内的基建费用约171 万元，由折旧费、能源消耗费等组成的运行费用约2965 元·天-1，在理想的运行和销售状况下，该系统可以在运行120 天后，通过生产的浓缩叶面肥、堆肥等产品实现盈利。

因此，虽然膜浓缩对于沼液的资源化利用具有关键的作用，膜浓缩的高能耗和高成本等经济性问题仍成为了制约其推广应用的一个重要因素。

2.2.3 浓缩肥认可度低

科学合理施用浓缩沼肥可以提高营养元素的利用率，替代部分化肥，促进绿色有机农业的发展并节约成本。王云霞[75]研究发现相比较施用尿素，施用等氮量的浓缩肥能使粮食、甜菜和棉花分别增产15%，9%和6%以上。此外，许多研究发现沼液浓缩液养分浓度提高，其丰富的营养物质可用于配置叶面肥[49]。范蓓蓓[76]以浓缩后的猪粪沼液配置氨基酸和腐植酸型液态肥料进行菜田肥效试验，结果表明相比于施用清水氨基酸肥，施用配制的沼液氨基酸叶面肥可以使小白菜增产23.3%、油麦菜增产13.7%。

虽然在化肥过量施用的现状下沼液浓缩肥料应用前景巨大，但我国对沼液的肥料化利用目前还处于起步阶段。此外，我国沼液农用缺乏相关的沼液肥料化标准，难以商品化推广致使沼肥认可度不高[69]。因此，需要进一步提高沼液的肥料价值与安全性，并研发沼液高值化推广利用模式。

3 潜在的膜污染控制与清洗

膜污染会严重阻碍沼液膜浓缩系统的正常运行，控制膜污染就可以降低能耗，提高膜组件性能，延长膜组件运行寿命，进而减少沼液浓缩成本。因此，膜污染控制是沼液膜浓缩过程中最核心问题。目前控制膜污染的方法主要包括：前处理技术、膜工艺运行参数优化、膜材料改性技术、膜污染清洗技术(见图3)。

图3 常见的膜污染控制与清洗技术

3.1 膜浓缩前处理技术

3.1.1 前端过滤

前端过滤是指通过对沼液进行多介质(如石英砂、沸石、生物炭)过滤和保安过滤去除沼液中的悬浮物、胶体等影响后续膜浓缩组件正常运行的物质。不同的膜分离功能不同，应用范围也不同，在精密膜前端加入预处理一方面可减少污染、提高效率，另一方面还可降低成本。目前，在畜禽养殖废水处理领域已有前端过滤预处理工艺在实践中的推广应用[39]。

无机滤料后期需要定期反冲洗，截留的悬浮物和养分会随着反冲洗水而流失。因此，有研究尝试使用可再生的生物质材料作为滤料，在达到滤料的处理负荷后可进行滤料更换，使用过的滤料同时可以进行再利用，这样不仅可以减少反冲洗废水的产生还可以提高废弃物的利用率，同时饱和生物质滤料还可以作为堆肥原料。此外，由于玉米秸秆是我国农业生产过程中产量巨大的一种农业废弃物，作为良好的堆肥添加物料和污水处理的吸附剂已被广泛研究应用[83-84]。张智烨[85]等利用玉米秸秆对沼液进行预过滤试验，发现过滤后悬浮物去除率可达到60%以上，大大减轻了后续膜浓缩过程中膜污染问题，证明了生物基滤料预处理沼液的可行性，过滤后的秸秆通过风干处理，可直接进行好氧堆肥。

3.1.2 化学混凝-絮凝

化学混凝-絮凝是利用混凝剂、絮凝剂对原水中悬浮物或胶体进行电性中和或架桥等作用使其生成大颗粒后絮凝体沉降的过程[86]。化学絮凝在去除悬浮物和胶体的同时还能改变悬浮物表面电性，提高处理效率。混凝是一个复杂的物理化学过程， pH值、混凝剂种类、混凝剂的投加量、水力条件和水中杂质等条件都会对混凝过程产生影响，过高的添加量或不适宜的混凝剂还会加剧膜污染。

混凝-絮凝工艺在合成废水、污水处理和垃圾渗滤液处理中研究较多，国内也已有了混凝-絮凝工艺在沼液处理方面的应用。马泉智[86]等使用Fe2(SO4)3和聚合CuCl2对沼液进行絮凝处理，发现沼液悬浮物去除率不超过10%，这主要是受这两种混凝剂对沼液的电中和、吸附架桥作用不强的影响。韩敏[87]研究发现在pH值为5.5的条件下，FeCl3和聚丙烯酰胺投加量分别为1120 mg·L-1和3 mg·L-1时对沼液的混凝效果最好，此时成本为1.1 元·吨-1。Luo[88]等研究了聚合氯化铝、氯化铁和聚丙烯酰胺等不同混凝剂对鸡粪沼液的混凝效果，结果表明氯化铁和聚丙烯酰胺组合作为混凝剂效果最好，对沼液中固体物质的去除率超过75%，腐殖酸去除率超过40%。张剑桥[89]等对比了聚合硫酸铁、壳聚糖、聚丙烯酰胺作为混凝剂对沼液中抗生素的影响，结果表明聚丙烯酰胺去除抗生素效果最好，对四环素类抗生素去除率为22.8%～44.8%，喹诺酮类抗生素去除率为32.2%～70.3%。涂特[90]等利用价格低廉的氧化钙和聚合氯化铝组成混合混凝剂对沼液进行混凝处理，发现两种混合混凝剂总质量浓度在 12.5～18.75 g·L-1，重量比在(2～10)∶1时对净化性能最佳，不仅降低了沼液处理的成本，还改善了单一常规混凝剂存在的不足。然而，目前对于沼液混凝-絮凝后对膜污染控制机理的研究较少，同时该工艺处理前后对沼液活性成分的影响还需要进一步探究。

3.1.3 电絮凝

相比较化学絮凝，操作简单、不需外加药剂、污泥产生量少的电絮凝也成为了研究热点。电絮凝是通过外加电场使阳极溶解生成金属离子，其与阴极水电解产生的羟基(OH-)反应生成多形态聚铝或聚铁絮凝剂，通过与与悬浮物聚集成团沉降或在水电解产生气泡的作用下气浮分离去除污染物[91]。研究表明，电流密度在影响气泡生成速率和大小的同时还会影响到极板溶解产生絮体的量，是影响电絮凝效果最主要的因素[92]。

3.2 膜工艺运行参数优化

优化运行工艺参数可以提高整个膜系统的过滤效率，从而达到控制膜污染、延长膜的使用寿命的目的。影响膜浓缩运行的工艺参数主要包括进水水质、水温、曝气强度、气泡大小、膜操作方式、膜操作压力、抽停比、混合液停留时间、反应器构型等。朱圆圆[96]等研究了曝气量、膜通量、反洗水量、抽停比等工艺参数在正交试验条件下对超滤膜的影响，结果表明曝气量和抽停比对膜污染具有极为显著的影响作用，在曝气量为4 Nm3·h-1，抽停比为16 min/2 min时效果最佳。Howell[97]提出了临界通量的概念，认为在启动阶段超过临界通量，膜污染就会加剧，并且临界通量与胶体、悬浮物粒径和水力学性质都有关。岳彩德[98]等通过研究不同操作压力对陶瓷微滤膜的影响，发现在0.3 Mpa下陶瓷膜，对猪场沼液浊度和COD去除效率较高、膜通量较稳定。张静和张志渊[99]研究发现曝气量也可以有效控制膜污染，单位膜面积吹扫气量≥0.24 m3·m-2h-1可维持膜通量正常衰减，Chang[100]等研究也发现曝气量增加到1 L·min-1时，膜通量相比较未曝气时提高了43%。孙丽华[101]等研究表明，温度对膜运行影响较大，温度升高可减轻膜污染，当温度由5.8 ℃升至22.0 ℃，膜起始运行压力可以降低58%。在膜浓缩过程中采用间歇抽吸的方法可提高膜表面污染物的反向扩散，从而通过减少浓差极化现象，达到减轻膜污染的目的[102]。此外，也有研究表明，通过提高流体切向剪切力也可以达到减轻膜污染的目的[103]。因此，沼液膜浓缩过程中优化工艺运行参数对于膜污染的减轻有显著作用，实际应用中可以根据沼液的具体性质进行工艺参数选择。

3.3 膜材料及改性

膜的荷电性和亲疏水性都会影响沼液与膜之间的相互作用。在表面张力的作用下，污染物在亲水性膜表面聚结成团，通过简单的反冲洗就可以恢复膜通量，不易对膜造成不可逆的污染。目前膜材料主要包括聚偏氟乙烯( PVDF) 、聚丙烯腈、聚砜等有机材料膜和陶瓷、金属、玻璃等无机材料膜。各种材料的膜都有各自的优缺点，有机材料膜过滤精度高，无机材料膜耐酸碱、耐高温。但由于PVDF等材质的膜疏水性极强，沼液中大量的悬浮物、胶体会在膜浓缩过程中聚集在膜表面形成污染层，堵塞膜孔降低水通量，在降低膜寿命的同时也增加了成本。因此，采用亲水性的膜材料或对疏水性的膜材料进行改性处理可以提高膜的抗污染性、有效控制膜浓缩运行过程中的膜污染现象[104]。

目前，已有大量研究人员开展了不同改性方法对膜抗污染性的研究。Ma[105]等通过光感应对膜进行改性，提高了膜的抗污染性能。Chen[106]等用紫外光辐照法对PVDF膜改性后进行蛋白过滤实验，结果表明改性后的膜亲水性得到增强并且抗蛋白污染性能明显提高。Boributh[107]等采用壳聚糖醋酸液体对UF膜进行表面改性来，结果表明改性后的膜表面吸附了大量的壳聚糖分子，明显提高了超滤膜抗蛋白质污染性能。Xu[108]等采用强碱性溶液对UF膜进行表面化学改性，目的是引入强亲水性基团以增强膜表面的亲水性来降低膜污染，结果证明改性后的UF膜抗污染能力明显增强。Wang[104]等通过Ar等离子体在膜表面接枝聚乙二醇的方式进行膜改性，研究显示改性膜表现出良好的抗污染性。Zhao[109]等通过相转化法制备滤膜来研究不同结构的共聚物对共混膜结构和性能的影响，研究发现静态和动态蛋白吸附实验均表明改性膜的抗蛋白污染能力得到明显改善。

3.4 膜污染清洗

对于已污染的膜可以通过膜清洗的方式使其恢复膜通量。目前常用的清洗方式包括物理清洗和化学清洗。

物理清洗是指不加入任何化学药剂，直接通过空气、清水冲洗或表面擦洗的方式进行的清洗方法。主要包括超声清洗、水反冲洗、空气反冲洗、海绵球清洗等方式。国内已有研究学者通过在膜系统运行时采用周期性反冲洗和平缓温和的空气擦洗等方法来控制膜污染速率[110]。然而，物理清洗只能作为一种简单的维护手段，无法彻底清除膜污染。

化学清洗是指通过加入化学试剂对受污染的膜进行浸泡和清洗的方式，常用的膜污染化学清洗剂包括酸类(盐酸、硫酸、柠檬酸、草酸等)、碱类(氢氧化钠、次氯酸钠等)、氧化剂类、表面活性剂、酶、洗涤剂等。根据膜污染性质的不同，膜污染清洗时选用的清洗剂也不同。例如，去除膜表面碳酸钙等无机盐污染可选用酸性清洗剂，而去除膜表面的有机物则应选用碱性清洗剂。Ruan[111]等采用酸碱溶液对猪沼液浓缩过程中受污染的RO膜进行化学清洗，可使水通量恢复到初始通量的50%左右。岳彩德[98]等采用1%氢氧化钠+1%柠檬酸组合清洗被猪沼液污染后的陶瓷微滤膜，结果表明该组合清洗使膜通量恢复率达到95.4%。此外，也有学者将物理清洗和化学清洗相结合的方式清洗污染膜，清洗后几乎可以恢复到原通量[112]。一般采用化学药剂定期清洗膜可以维持膜通量，然而清洗频率在很大程度上会影响膜污染及使用寿命。

4 结论与展望

4.1 结论

沼液作为沼气工程厌氧发酵副产物，其组分复杂有机物含量高，简单过滤手段难以达到排放标准，并且现存的处理工艺无法实现沼液中的养分循环利用。膜浓缩是实现沼液资源化利用的重要手段。膜浓缩可有效提高沼液中TN，TP，K等养分及中微量元素的浓度减少沼液的体积，节省异地消纳的运输成本，透过液可直接场区回用。不同膜组合工艺中不同组件浓缩后可以生产不同品质的沼肥，为沼液的肥料化利用提供多重选择。然而，沼液膜浓缩工艺仍存在膜污染严重，膜组件价格、维护和能耗较高，沼液浓缩肥市场化认可低等问题。其中，膜污染控制是沼液膜浓缩过程中最核心问题。因此，需要通过有效的膜前沼液预处理、廉价高效的膜清洗组合药剂及新型抗污染膜研发等手段开发合理的膜污染控制与清洗技术，减缓膜污染，提高膜浓缩性能，增加膜使用寿命，降低运行成本。在此基础上，通过配制高值化沼液浓缩肥，明确其使用方法，可以加快沼液膜浓缩市场化推广应用。