蚯蚓分离方法与设备的研究现状

蚯蚓以秸秆、畜禽粪便、城市污泥为食,广泛用于处理有机固体废弃物。目前养殖后期蚯蚓活体、蚯蚓粪和养殖基料分离采收工作的效率低、劳动力成本高、缺乏自动化机械设备成为制约蚯蚓养殖业发展的瓶颈问题之一。综述了目前国内外蚯蚓分离常用的光分离法、热刺激法、电刺激法和机械分离等工程工艺方法以及分离设备在实际生产中的应用现状,探讨了目前蚯蚓养殖成熟之后实际分离采收过程中面临的主要问题,并简要分析了蚯蚓分离的意义及未来研究方向,以期为我国蚯蚓规模化养殖过程中分离采收工艺技术的改进与设备设计提供参考。     

蚯蚓-蚯蚓粪分离-收获工艺与关键部件试验

蚯蚓堆肥是实现农业有机固体废弃物减量化、无害化、资源化和增值化的生物处理技术之一。蚯蚓堆肥结束后,如何将成熟活体蚯蚓从大量堆肥物料中快速分离收获,是目前规模化蚯蚓堆肥亟需解决的难题之一。为实现蚯蚓体快速、高效、稳定的分离和收获,该研究提出了蚯蚓堆肥产物3步分离收获工艺方法,并针对此工艺中的动态斜面分离收获关键部件和工艺参数开展了试验研究。在此基础上,结合力学分析、EDEM离散元仿真模拟揭示了蚯蚓分离关键过程中的动力学机制。结果表明：本研究所提出的分离工艺可较好实现蚯蚓、蚯蚓粪的分离和集中收获,动态斜面在蚯蚓-蚯蚓粪分离过程中起关键作用,利用了蚯蚓体表液膜接触粘附摩擦特性强,易粘附于斜面,而动态斜面作用下蚯蚓粪滚动摩擦力小的特性,蚯蚓与蚯蚓粪抛落于动态斜面后因受力差异导致两者呈相反方向运动,实现分离。蚯蚓-蚯蚓粪分离收获的最优参数组合为安装锥形分离器下,分离收获斜面速度50 mm/s、倾角为30°。基于此工艺方法处置蚯蚓粪-蚯蚓混合物料10 kg耗时55.36 s,在蚯蚓收获区的蚯蚓收获率为（81.50±5.55）%,蚯蚓粪含杂率接近于0,物料总收获率为（96.56±1.79）%。研究结果可提高蚯蚓堆肥产物分离收获的速度与效率,为规模化蚯蚓堆肥机械装备化、减少人工作业和降低成本提供借鉴与参考。     

不同含水率蚯蚓粪颗粒物料流动性研究

蚯蚓粪是有机固体废弃物经蚯蚓过腹处理后排出的特殊物料,由于含水率高达40%～60%的同时又能够保持散体细小颗粒的状态,导致流动性参数难以通过常规测试手段得到。为给蚯蚓粪收集、分离、运输等不同阶段机械化作业提供有效的运动摩擦参数,探究含水率变化对蚯蚓粪颗粒流动性参数的影响。研究通过堆积角试验与离散元仿真(Discrete element method,DEM)堆积角虚拟试验相结合的方法,从数值上量化分析了基于牛粪转化后不同含水率25%～65%蚯蚓粪物料的滚动摩擦参数与物料黏结能力。结果表明,显著影响蚯蚓粪堆积角的因素为蚯蚓粪-蚯蚓粪滚动摩擦系数,蚯蚓粪-不锈钢滚动摩擦系数,蚯蚓粪的JKR表面能(Johnson Kendall Roberts surface energy)。随着含水率的增加,蚯蚓粪-蚯蚓粪的滚动摩擦系数由0.135下降至0.110,蚯蚓粪-不锈钢滚动摩擦系数由0.116下降至0.102,两者呈现小幅度下降,内摩擦角由45.81°降至26.10°,而JKR表面能由0.179 J/m~2增加至0.345 J/m~2,增幅显著。含水率低于50%时,随着含水率增加,物料滚动摩擦系数减小,内摩擦角减小,一定程度上有利于物料滚动流动;含水率超过50%时,由于表面能增高,内聚力增大,蚯蚓粪物料之间易发生物料黏结团聚,一定程度上又会阻碍蚯蚓粪的翻滚运动。     

不同光照条件下蚯蚓避光性运动与蚓粪机械化分离参数量化

蚯蚓和蚯蚓粪的机械化分离是目前蚯蚓规模化养殖业亟需解决的瓶颈问题之一,针对目前最常用的蚯蚓光分离工艺方法在实际养殖分离中全凭人为经验、效率低、无机械化参数等问题,探究了不同光质条件:白光、黄光、绿光、蓝光、红光、白炽灯光在10~270 lx不同光照强度下,对照实际自然环境场景:室内光照、室外阴处光照和太阳光直射光照条件下的蚯蚓避光应激行为,并结合光线辐射在蚯蚓粪多孔介质内的衰减规律分析了蚯蚓堆肥物料表层一定之内厚度无蚯蚓的原因。结果表明:光照强度10 lx时,蚯蚓不受光照影响;光照强度10~30 lx时,蚯蚓的避光反应显现;光照强度30~210 lx时,蚯蚓的避光应激程度随着光照强度增加缓慢加强,消失时间不断缩短;光照强度210 lx时,光照引起的蚯蚓的避光反应程度趋于最大。白光和太阳光引起蚯蚓避光反应最显著,蚯蚓蠕动消失时间分别为6.5和5 min,蚯蚓消失5 min后堆料表层无蚯蚓层厚度在10~15 mm之间。蚯蚓对红色光应激程度极低,平均消失时间20 min;除了红光,随着光照强度增加,蚯蚓在堆料表面的消失时间呈现对数曲线趋势下降。该研究量化分析了蚯蚓对光质、光照强度的应激响应时间,以期为蚯蚓养殖分离,机械自动化逐层、定时、定量、定光强分离表层蚯蚓粪提供工艺参数。