拴系牛舍固液分离自动清粪系统设计

为提升牛舍粪污收集与处理效率,该研究基于奶牛体尺与粪便特性,设计了一套舍内固液分离的传送带自动清粪系统,分析了拴系饲养模式下奶牛体尺与粪便落点的相关性,比较了固液分离时不同过滤孔径对固形物含水率、滤液浊度与沉淀物体积的影响,并经有限元分析模拟了奶牛踩踏时系统的形变情况。结果表明,奶牛躯体长度与粪便落点位置呈极显著正相关（P<0.01）,躯体长度在1.60～1.75 m的泌乳期奶牛占总数的75.4%,当试验牛舍的粪沟宽度为40 cm时,该范围内完全排泄至粪沟的奶牛比例为79.4%。对于躯体长度过长或过短的奶牛,适宜的颈部挡杆高度可有效规范其排泄位置（P<0.01）,提升粪污收集效率。奶牛排泄行为的模拟试验证明,过滤孔径为9 mm时可实现最佳固液分离效果。经有限元分析模拟计算,系统载荷时的最大形变为1.138cm。研究结果为牛舍自动清粪和实施固液分离提供了数据支撑与技术参考。     

京郊畜禽粪肥资源现状及其替代化肥潜力分析

随着都市型规模化养殖业快速发展,畜禽粪尿废物大量排放因缺乏足够面积土地消纳所带来的环境压力很大,而粪尿中的氮磷钾养分与化肥一样对作物同等重要,如何合理利用这些废物资源决定了都市化农业的可持续发展。该文针对京郊养殖业和农用地面积现状,结合调研、收集畜禽养分排泄系数和农田养分需求等参数,估算京郊固液粪便养分资源现状及其替代化肥的潜力。结果表明:京郊畜禽固液粪便中N、P、K养分量分别为58.7×103、21.3×103、29.8×103 t,其中固体粪便N、P、K养分分别为43.1×103、20.3×103和19.7×103 t,京郊畜禽固液粪便可分别满足农田N、P、K养分需求量的99.3%、185.2%、62.7%。大部分区县粪肥中P养分产生量超过作物P需求量,粮田秸秆还田可带入的N、P、K养分分别为11.0×103、1.6×103和15.0×103 t,情景分析表明在秸秆还田条件下,按照磷素平衡原则估算本地区所能消纳的粪肥所带入N、P和K养分数量分别为18.3×103、9.9×103和10.3×103 t,同时需要补充N、K化肥分别为29.8×103和22.2×103 t,其余粪肥则需经过堆肥化处理并输往外地。经过堆肥处理,固体粪肥可提供的N、P、K养分分别下降了23%、11%和12%,外输固体粪肥堆肥可进一步减少农田氮磷负荷以及可能的环境风险。     

沙漠化逆转对表土颗粒组分中有机碳和养分分配的影响——以宁夏盐池县为例

从时空转换的角度出发,采用物理分离的方法,获得宁夏盐池县多年围封区沙漠化逆转过程中不同土壤粒径的组分,并进行了各组分中有机碳和养分含量的测定。结果表明:随沙漠化程度的减小,中粗砂、极细砂和粘粉粒组分中土壤有机碳(SOC)和氮、磷、钾(N、P、K)含量与全土组分中各养分含量的变化一致,均呈增加趋势;其中,与中粗砂和极细砂结合的非保护性颗粒养分对沙漠化逆转的响应和敏感程度较大。沙漠化逆转过程中,颗粒组分SOC和N、P、K养分的含量和富集系数,均为粘粉粒极细砂中粗砂,表层土壤中粘粉粒含量的增加对维持SOC和N、P、K养分的固存起着主要作用;沙漠化逆转过程中随着粘粉粒的不断沉积,与粘粉粒结合的相对稳定的SOC和N、P、K养分的相对数量不断增多,与中粗砂和极细砂结合的非保护性颗粒SOC和N、P、K养分的相对数量逐渐减小,SOC和N、P、K养分的稳定性上升。     

牛粪螺旋压榨固液分离工艺参数优化

为了优化粪便固液分离工艺,用作者研制的固液分离机对鲜牛粪进行固液分离,以进料水料比、榨条间隙、螺旋转速作为影响因素,以分离后固形物料中总固体（TS）含量为主要考察指标,以处理牛粪生产率、液料中固体去除率为参考指标,采用3因素5水平进行二次正交旋转组合试验设计,探讨了螺旋压榨工艺参数对固液分离效果的影响,得到了优化的工艺参数：进料水料比为0.65,榨条间隙为1.5 mm,螺旋转速68 r/min时,分离后固形物料中总固体（TS）质量分数可以达到40%以上,研究结果可为牛粪固液分离提供参考依据。     

典型种养结合奶牛场粪便养分管理模式

规模化奶牛场粪便养分产生量大,因种养分离引发严重环境污染,亟需建立粪便综合养分管理模式,以实现奶牛粪便养分的合理施用。该文以典型种养结合模式"固液分离—堆肥+氧化塘—农田利用"的奶牛养殖场为案例,通过实地调研、粪便及土壤样品采样测定、以及文献参数收集等研究方法,制定了奶牛场粪便综合养分管理模式。主要结果为该存栏量2 978头的奶牛场粪便氮、磷年产生量为204和33 t/a,粪便经过收集和处理后,可供农田利用的氮磷养分为126和27 t/a。基于作物养分需求量和土壤供肥量,以及粪肥投入占总养分的比例为50%和粪肥养分的当季利用率为30%,据估算,1 473 hm~2奶牛场配套农田可施用的粪肥氮、磷养分总量分别为727.6和131.2 t/a。因此,奶牛场配套农田可有效承载粪便氮磷养分供给量。实施粪便综合养分管理模式,可充分利用粪便养分资源用于作物生长,减少粪便养分直接排放到环境,从而确保种养结合模式奶牛场长期可持续生产。     

畜禽粪便固液分离技术特点及效率评估

该文对常用畜禽粪便固液分离技术进行分析,评估出各分离技术的优缺点、适用对象、分离效果和性价比,为企业选择粪便固液分离设备提供参考。研究结果表明:重力分离技术成本最低,分离粒径小于1 mm的有机物效果最好,但分离后固相含水率过高(90%),一般作为其他技术的预处理。筛分技术对于分离大粒径的有机颗粒物最有效,投资相对小,运行费用低;但对氮磷等营养元素分离效率较低,分离后的固相的含水率偏高,分离产物可用于固态发酵。压滤技术提高了磷元素的分离效率和固相含水率,但运营成本也增加,分离产物可用于有机肥生产。沉淀离心技术对去除细小颗粒最为有效,并能够去除氮磷元素,但运营成本太高,在中国推广难度大。絮凝剂能和大多数的分离技术结合使用从而提高分离效率。所有固液分离技术都不能分离畜禽粪便中的挥发性脂肪酸,因此也不能有效去除液相中的生化需氧量和臭味。多种分离技术的联合使用,在提高营养物质的分离效率的同时,降低固相的含水率将是未来技术发展的主要方向。     

不同粒径生物炭包膜尿素缓释肥性能及缓释效果

为探究生物炭粉包膜处理对尿素缓释效果的影响,该研究以不同粒径稻壳生物炭粉为包膜材料,对尿素颗粒进行不同层数包膜处理,分别制备了3种生物炭包膜尿素缓释肥C_1(0.15 mm生物炭粉包膜)、C_2(内层0.15 mm,外层0.25 mm生物炭粉包膜)和C_3(内层0.15 mm,中层0.25 mm,外层0.425 mm生物炭粉包膜),并对生物炭包膜尿素缓释肥性能及缓释效果进行了分析研究。研究结果表明3种生物炭包膜缓释肥粒径主要分布在2.90～4.80 mm,随着包膜层数的增加,包膜缓释肥粒径随之增大,C_2和C_3粒径显著高于C_1(P0.05)。C_1、C_2和C_3的抗压强度为20.40～48.00 N,满足工业生产需求。与C_1和C_2相比,C_3颗粒表面较光滑,切面具有致密且孔隙结构丰富的层状结构,吸水倍率最小(1.69),耐水性也显著优于C_1与C_2(P0.05),氮元素缓释效果优于C_1与C_2。综上可以看出,3层包膜尿素缓释肥膜壳强度高于单层和双层包膜尿素缓释肥,通过控制不同膜层生物炭的孔隙结构和孔径,减缓水分的渗入及养分的流出过程,缓释效果突出,为生物炭包膜缓释肥的开发应用提供一个新技术路径。     

输送多组分介质的离心泵内部固液两相流特性

为了研究固液两相流离心泵输送含有多组分介质的规律,该文以一台离心式固液两相流泵作为研究对象,使用Fluent中的Eulerian多相流模型描述固液两相流动特征。首先选取了3组直径不等的单分散颗粒群作为固相,发现粒径越大,工作面的颗粒浓度越高,固相离析作用越明显。随后选取了5组直径递增的颗粒群作为固相,每组颗粒群包含两组相同的单分散颗粒群,结果表明同一台泵内两组相同的颗粒群的运动特征相同,同时两组相同的颗粒群的浓度之和、速度之和及外特性与单独输送单分散颗粒群的变化规律相似。最后选取了5组粒径不相等的两组颗粒群组合而成作为固相,大颗粒群粒径不变,小颗粒群粒径递增,结果发现不等直径双颗粒群组合与单颗粒群或者等直径双颗粒群有所区别,大小颗粒在内部流动上表现出了独立性和相互影响的现象,小颗粒群的运动特征与单分散颗粒群类似,由于小颗粒的存在使粒径均为0.7 mm的大颗粒体积分数分布发生了变化,小颗粒使大颗粒在泵内分布更加均匀,随着小颗粒群粒径增加,泵的扬程、效率和总压差先急剧上升随后缓慢下降,粒径为0.7和0.15 mm组合时扬程为80.12 m,达到最高值。该研究可为进一步研究多组分介质对泵性能的影响提供参考。     

典型粪污处理模式下规模养猪场农牧结合规模配置研究Ⅰ.固液分离 液体厌氧发酵模式

不同粪污处理模式下畜禽粪便的养分损失存在较大差异,从而影响其后续地农田利用。固液分离-液体厌氧发酵模式是当前我国畜禽粪污处理的主要模式之一。研究粪污固液分离-液体厌氧发酵处理模式下规模养猪场农牧结合适宜规模配置对于减少畜禽粪便污染、促进畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究根据猪群体结构比例、废弃物产生量及氮磷含量、废弃物处理利用过程中养分损失率以及作物氮磷钾需求量等资料,以存栏万头猪场为例,采用分步逐级计算的方法估算了典型粪便处理模式——固液分离-液体厌氧发酵下,规模养猪场废弃物完全消纳的不同种植模式农田匹配面积,并研究了基于作物养分需求的不同种植模式农田畜禽粪便承载量。结果表明:固液分离-液体厌氧发酵粪便处理模式,以沼液安全消纳为目标,万头猪场需要配置的最少农田面积分别为粮油作物地12.4~13.7 hm2,或茄果类蔬菜地14.2~17.9 hm2,或果树苗木地16.4~51.3 hm2。以有机肥和沼液全部在农田安全消纳为目标,万头猪场需要配置的最少农田面积分别为粮油作物地299.3~312.9 hm2,或茄果类蔬菜地145.1~179.0 hm2,或果树苗木地553.1~1 343.8 hm2。因此,规模养猪场应根据猪养殖数量及其周边农田面积,选择适宜的有机肥利用方式及种植作物类型,因地制宜,合理调控。     

德化县优质早熟梨定量施肥效应研究

为了给德化优质早熟梨生产提供定量科学的推荐施肥方案,采用通用二次旋转回归实验设计,连续两年开展了蜜雪梨定量施肥实验。实验结果表明,以株产梨果40 kg计算,成年梨树单株N、P2O5、K2O推荐施肥量应分别控制在0.44、0.23、0.43 kg以内。其中N∶P2O5∶K2O接近1.0∶0.5∶1.0;其中有机肥的养分贡献率要保持在30%以上。     

畜禽粪污固液分离机断齿螺旋脱水装置运行参数优化

固液分离是畜禽粪便后续处理利用的重要环节,针对现有固液分离机处理高浓度粪污混合物存在效率低、分离效果差等问题,该文设计了一种断齿螺旋脱水装置,以高浓度猪粪为试验对象,采用Box-Benhnken中心组合试验对断齿螺旋脱水装置的工作参数进行了优化试验,以螺旋转速、间断距离、配重位置为影响因素,以分离效率和挤出物含水率为目标函数,建立了影响因素与目标函数之间的多元数学回归模型。通过试验并结合生产实际,最终获出最佳工作参数组合为:间断距离37 mm,转速56 r/min、配重块处于配重杆309 mm位置处(相对位置),此时分离效率为5.43 m3/h,挤出物含水率为53.52%,试验结果与理论优化值间的误差小于10%,最优参数组合下固体回收率实测值为54.91%,表明该文得出的多元数学回归模型与真实值间的拟合度较高,可为高浓度粪污混合物固液分离机的设计与应用提供参考。     

泵内大颗粒固液两相流流动试验

为了研究泵内大粒径球形颗粒运动规律,该研究以一台单级单吸悬臂式离心泵作为研究对象,采用高速摄影试验测试的方法对大粒径球形颗粒在固液两相流泵内的运动轨迹、通过性能以及颗粒与隔舌的碰撞规律进行了研究。测试结果表明:不同粒径的球形颗粒在泵内的轨迹变化规律相似,在叶轮进口处均有向叶片背面运动的趋势,而在运动过程中又逐渐脱离叶片背面,向下一叶片工作面靠近;泵内不同粒径颗粒运动趋势基本相同,但相对运动轨迹长度有所改变;粒径为8 mm和10 mm时颗粒平均过泵时间相对于粒径为6 mm时分别下降了15.15%和11.03%。颗粒体积分数对泵内对颗粒运动轨迹的影响较小,不同体积分数下泵内颗粒的运动轨迹基本重合;体积分数为3%和5%时颗粒平均过泵时间相比体积分数1%时分别上升了4.38%和3.21%。颗粒体积分数为1%、3%和5%时,颗粒与隔舌的碰撞的概率分别为0.5%,0.69%和0.9%;颗粒粒径为6 mm,8 mm和10 mm时颗粒与隔舌发生碰撞的概率分别为0.69%,0.63%和0.55%。研究结果可为运输大颗粒两相流泵的结构设计和防磨损研究提供参考。     

Pulverizing Soils for Laboratory Analysis

Soil-testing laboratories utilize a range of grinder types to pulverize soils for laboratory analysis. This study was conducted to evaluate the effects of soil particle diameter and laboratory subsample size on analysis variability on nitrate, Bray 1 extractable phosphorus (P), extractable potassium (K), and soil organic matter (SOM). Four soils collected for the Agricultural Laboratory Proficiency Program were pulverized using four types of commercial grinders and analyzed for particle-size distribution, P, and K. In a second study, soils were pulverized to pass sieves of 2.0, 1.0, and 0.50 mm and subsampled for P, K, and SOM. Results of the commercial grinders indicate a range in mean particle diameters from 0.15 to 0.60 mm, with the lowest for the grinder utilizing a hammer mill design. Sieve-size analysis results indicate that the coarsest 2.0-mm fraction had the largest variability for all soil analyses evaluated. Analyte variability decreased with decreasing sieve size. Mean Bray P, K, and SOM-LOI (Loss-on-Ignition) mean concentrations were not statistically significantly different across the sieve sizes evaluated. Laboratory analysis variability for extractable Bray P increased as subsample size was reduced.     

胶乳分离机高速转鼓流体动力学特性

为研究胶乳分离机转鼓离心流场动力学特性,基于FLUENT二相流模型,模拟了胶乳的分离过程以及转速、橡胶粒径对分离效果的影响,以浓乳的干胶含量为综合特征参数进行模型验证试验,理论分析影响分离速度的因素、碟片内液流的流动状态及轨迹、浓缩极限等问题。模型中设置鲜胶乳体积分数初始值为0.330,浓乳黏度0.038 48 m Pa·s,表面张力系数0.034 N/m,橡胶粒径为5μm,胶清按水的属性设置,碟片间隙为0.5 mm。计算结果表明:转鼓转速为7 250 r/min时,胶乳进入转鼓10 s时橡胶粒子与胶清已呈现明显分离倾向;当转鼓分别为6 750、7 250和7 750 r/min时,浓乳中的干胶体积分数分别为0.588、0.613和0.636,转速越高,干胶体积分数越大,但转速超过7 250 r/min,干胶体积分数的增幅变缓,流体压力和结构应力也将明显增加;在7 250 r/min工作转速下,当胶乳粒径分别取1、2、3、4和5μm时,浓乳中干胶的体积分数分别为0.354、0.392、0.447、0.531和0.601,浓乳中干胶体积分数随粒径增大而增加,轻相出口处因流体涡漩体积分数有一定波动。浓乳干胶含量的仿真结果与实测值高度接近,相对误差为3.83%,由此验证了模型的可靠性。轻/重相分离速度与粒径、转速直接相关,因科氏力轻相/重相轨迹与碟片母线有偏离,胶乳浓缩存在上限,轻/重相出料路径合理,离心去除细微杂质的能力强。研究结果为揭示胶乳离心浓缩机理、优化分离工艺及结构提供了理论参考。     

集约化猪场粪污处理工艺的研究

根据我国集约化猪场排粪方式和粪水的特性，提出了采用人工清粪方式、固液分离机+沉淀+UASB+SBR+水生植物塘的污水处理工艺和猪粪（渣）堆沤发酵生产有机肥的粪污处理新工艺。经上海市嘉定种畜场污水处理工程实践证明：在保证污水全面达标排放和猪粪（渣）无害化处理的前提下，新工艺比常规工艺节约工程投资35%、节约运行电费65%左右，经济效益好。     

集约化猪场粪污处理工艺的研究

根据我国集约化猪场排粪方式和粪水的特性，提出了采用人工清粪方式、固液分离机+沉淀+UASB+SBR+水生植物塘的污水处理工艺和猪粪（渣）堆沤发酵生产有机肥新的粪污处理工艺。经上海市嘉定种畜场污水处理工程实践证明：在保证污水全面达标排放和猪粪（渣）无害化处理的前提下，新工艺比常规工艺节约工程投资35%、节约运行电费65%左右，经济效益好。     

水葫芦固液分离机脱水参数优化及中试运行效果

为了获得低成本、高效率的水葫芦规模化处理处置技术参数,该研究基于50t/d处理能力的工况,以自主研发的SHJ-400型水葫芦固液分离机和卧式甩刀粉碎机为基础,通过单因素试验研究了粉碎粗细、进料量和挤压脱水停留时间对水葫芦规模化脱水效果的影响,同时获得了脱水残渣与挤压汁液中的干物质、氮磷钾养分分布规律,为水葫芦脱水作业后残渣及汁液的资源化利用提供参考。结果表明,适宜的水葫芦固液分离技术参数,即水葫芦适宜粉碎粗细为20～30mm、进料量为8t/h和挤压脱水停留时间为3min;水葫芦脱水残渣和挤压汁液中的干物质分布比例分别为61.67%～65.48%和34.52%～38.33%,而大部分氮磷钾养分保留于挤压汁液中,水葫芦粉碎和固液分离环节的减容率分别为50.25%和93.70%。此外,以处理能力50 t/d示范工程为试验平台,获得了实际运行工况的脱水作业运行效果参数,即在水葫芦初始含水率95.08%条件下,经固液分离后水葫芦脱水残渣含水率为83.21%,脱水率为78.59%,水葫芦固液分离机处理能力为6.25 t/h,并通过成本测算得到水葫芦固液分离成本为4.40元/t。该研究所获得低成本、高效率的水葫芦规模化处理脱水作业技术方案,为形成水葫芦规模化处理处置工程整体解决方案提供技术支撑。     

微灌旋流网式一体化水砂分离器试验

现有研究以及关注的过滤设备多集中于低含砂水水源,对于缺水地区以高含砂水为水源进行微灌的研究较少,该文提出一种新型微灌用网式一体化水砂分离器,并与常规水砂分离器进行试验对比分析,旨在解决以高含沙水为水源进行微灌的堵塞问题。该文在试验对比的基础上,分别计算网式一体化水砂分离器和常规水砂分离器的主要性能参数,包括溢流参数(溢流流量和溢流浓度)、底流参数(底流流量、底流浓度、底流分流比)以及分级分离参数(分离效率和分级效率)。结果表明,网式一体化水砂分离器和常规水砂分离器的溢流流量和底流流量均与进口压力呈正相关关系,而底流分流比与进口压力呈负相关关系;在进口压力为0.26~0.34 MPa时,网式一体化水砂分离器的分割粒度为20.0~25.0μm,分离极限为83.5~89.0μm,分离精度为0.40~0.43;而常规水砂分离器的分割粒度为24.5~27.5μm,分离极限为86.0~95.0μm,分离精度为0.27~0.42。如果以分离效率80%为评价指标,在进口压力为0.26~0.34 MPa时,常规水砂分离器的平均分离粒径为65μm,而网式一体化水砂分离器的平均分离粒径为45μm。研究可为高含砂水微灌用新型过滤器提供了试验方法、试验参数和理论依据。     

Effects of Thermomechanical Extrusion and Particle Size Reduction on Bioconversion Rate of Corn Fiber for Ethanol Production

The objective of this research was to evaluate the effect of thermomechanical extrusion and particle size (PS) reduction on the bioconversion rate of corn fiber for ethanol production. Extrusion was conducted at a screw speed of 300 rpm, feed rate of 120 g/min, feed moisture content of 30%, melt temperature of 140°C, and die diameter of 3 mm. Raw and extruded corn fiber were separated into three different PSs (1 > PS ≥ 0.5, 0.5 > PS ≥ 0.3, and 0.3 > PS ≥ 0.15 mm) with a wire sieve. Extrusion pretreatment and PS reduction resulted in a significant (P < 0.05) difference in physical properties and color values of extruded corn fiber as a result of accelerated degradation of corn fiber structure. Significant increase in water solubility index of extruded corn fiber at 0.3 > PS ≥ 0.15 mm was an indication of high degradation of starch during extrusion for higher release of polysaccharides. Moreover, extruded corn fiber at PS reduction 0.3 > PS ≥ 0.15 mm also significantly increased (P < 0.05) ethanol yield (69.11 g/L) and conversion (68.18%) by increasing protein digestibility and free amino nitrogen, which are essential for higher fermentation efficiency.