環(huán)保排水帽生產(chǎn)廠家肥料驅(qū)動(dòng)正滲透處理頁(yè)巖氣開(kāi)采廢水并用于灌溉

　　環(huán)保排水帽廠家肥料驅(qū)動(dòng)正滲透處理頁(yè)巖氣開(kāi)采廢水并用于灌溉。

　　圖文摘要

　　成果簡(jiǎn)介

　　最近，四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院劉百倉(cāng)教授課題組在環(huán)境領(lǐng)域知名期刊Environmental Science & Technology上發(fā)表了題為“On-Site Treatment of Shale Gas Flowback and Produced Water in Sichuan Basin by Fertilizer Drawn Forward Osmosis for Irrigation”的研究論文，研究了肥料作為汲取液的正滲透系統(tǒng)對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采廢水的凈化特性，首次探討了處理后的廢水用于農(nóng)田灌溉的可行性，該成果對(duì)于頁(yè)巖氣開(kāi)采廢水的資源化具有參考意義。

　　研究背景

　　頁(yè)巖氣是一種清潔、非常規(guī)的天然氣資源，具有開(kāi)發(fā)壽命長(zhǎng)、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)。

　　我國(guó)技術(shù)可采的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量位列世界第一，而四川盆地?fù)碛形覈?guó)儲(chǔ)量最豐富的頁(yè)巖氣資源。伴隨著頁(yè)巖氣工業(yè)的快速發(fā)展，開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生了大量水質(zhì)成分復(fù)雜的返排液和采出水，由此造成的環(huán)境污染及其有效的管理和處理問(wèn)題已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。

　　正滲透是有效應(yīng)對(duì)該廢水的一項(xiàng)處理技術(shù)，然而經(jīng)常采用的氯化鈉和碳酸氫銨等汲取液需要進(jìn)一步回收。相比之下，肥料驅(qū)動(dòng)正滲透由于無(wú)需對(duì)稀釋后的汲取液進(jìn)行分離而受到關(guān)注。

　　頁(yè)巖氣工業(yè)是用水密集型工業(yè)，同時(shí)頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)距離農(nóng)田較近，廢水的農(nóng)田回用可能是一種潛在的廢水資源化策略，稀釋及脫鹽為油氣田開(kāi)采廢水農(nóng)田回用的兩種主要方法。

　　已有研究表明頁(yè)巖氣開(kāi)采廢水及常規(guī)油氣田采出水與淡水混合稀釋后對(duì)植物生長(zhǎng)特性及產(chǎn)量等可能產(chǎn)生不利影響。因而本研究著重考察在頁(yè)巖氣開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)利用肥料驅(qū)動(dòng)正滲透處理頁(yè)巖氣開(kāi)采廢水并用于灌溉的可行性，以期實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

　　全文速覽

　　頁(yè)巖氣開(kāi)采廢水取自四川盆地，水樣經(jīng)過(guò)超濾膜過(guò)濾后作為正滲透的原料液;實(shí)驗(yàn)中選用了五種肥料作為汲取液，即氯化鉀、硫酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨和硝酸鉀。

　　首先評(píng)價(jià)了汲取液類型和運(yùn)行模式(AL-DS和AL-FS)對(duì)正滲透膜污染、滲透反沖洗效率(圖1)以及營(yíng)養(yǎng)元素?fù)p失的影響(圖2)。

　　可以看出，AL-FS運(yùn)行模式優(yōu)于AL-DS運(yùn)行模式，同時(shí)磷酸二氫銨作為汲取液時(shí)膜污染最輕、清洗效率高、營(yíng)養(yǎng)元素?fù)p失少。

　　為了保持營(yíng)養(yǎng)元素的平衡，進(jìn)而采用了磷酸二氫銨和硝酸鉀的混合肥料作為汲取液，將獲得的產(chǎn)水連同未經(jīng)處理的頁(yè)巖氣原水稀釋至一定濃度(TDS = 350，700，1000，5000 mg/L)，以去離子水作為控制組;這些不同類型的水進(jìn)行灌溉實(shí)驗(yàn)，未經(jīng)過(guò)處理的高鹽度廢水不利于植物生長(zhǎng)，而稀釋的汲取液則促進(jìn)植物生長(zhǎng)(圖3和圖4)。

　　然后，不同類型水用于灌溉時(shí)植物的表達(dá)基因不同(圖5)，差異表達(dá)基因?qū)е铝瞬煌�的生長(zhǎng)情況(圖6和7)。

　　圖文導(dǎo)讀

　　圖1 不同肥料作為汲取液時(shí)(A)(B)膜污染、(C)(D)滲透反沖洗效率和(E-H)SEM圖像對(duì)比：AL-DS運(yùn)行模式(左側(cè)：A、C、E和F)和AL-FS運(yùn)行模式(右側(cè)：B、D、G和H)。圖C和D中百分比表示滲透反沖洗的通量恢復(fù)率。

　　圖2 不同肥料作為汲取液時(shí)(A)(B)溶質(zhì)返混通量(RSF)、特定溶質(zhì)返混通量(SRSF)和(C)(D)營(yíng)養(yǎng)元素N、P、K的返混通量：AL-DS運(yùn)行模式(左側(cè)：A和C)和AL-FS 運(yùn)行模式(右側(cè)：B和D)

　　圖3 采用不同灌溉用水培養(yǎng)一周后櫻桃蘿卜和快菜的(A)平均增長(zhǎng)重量和(B)長(zhǎng)度(地上部分及根長(zhǎng))。DI，去離子水;FPW5000、FPW1000、FPW700和FPW350分別表示將頁(yè)巖氣廢水稀釋至TDS為5000、1000、700 and 350 mg·L-1;DS1000、DS700和DS350分別表示將汲取液稀釋至TDS為1000、700和350 mg·L-1。p值為在α=0.05下進(jìn)行單因素方差分析獲得，桔色星號(hào)表示該組與控制組(DI水)有顯著差異(p <0.05)。

　　圖4 采用不同灌溉用水培養(yǎng)的快菜的平均增長(zhǎng)重量隨時(shí)間變化。

　　圖5 采用不同灌溉用水時(shí)植物基因表達(dá)的維恩圖：(A)櫻桃蘿卜和(B)快菜。

　　圖6 (A)(C)櫻桃蘿卜和(B)(D)快菜的差異表達(dá)基因分析。(A)(B)上調(diào)和下調(diào)的差異表達(dá)基因數(shù)目，(C)(D)差異表達(dá)基因的維恩圖。

　　圖7差異表達(dá)基因的功能分析：(A)(B)GO功能注釋和(C)(D)KEGG功能注釋。以灌溉用水為DI水和DS350時(shí)(A)(C)櫻桃蘿卜和(B)(D)快菜為例。

　　小 結(jié)

　　本研究闡明了肥料驅(qū)動(dòng)正滲透技術(shù)在頁(yè)巖氣開(kāi)采廢水的資源化方面的可行性。從膜污染、滲透反沖洗效率和營(yíng)養(yǎng)元素?fù)p失等方面評(píng)價(jià)幾種常用肥料用作汲取液的性能，并通過(guò)植物基因分析探討植物生長(zhǎng)特性的差異。相比常規(guī)正滲透技術(shù)，肥料汲取正滲透具有無(wú)需回收汲取液的優(yōu)勢(shì)，可直接用于附近農(nóng)田灌溉，稀釋后的汲取液由于含有一定量的營(yíng)養(yǎng)元素而能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)。本研究結(jié)論可以為頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)水資源的可持續(xù)利用提供技術(shù)支撐。

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