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。     

猪场废水厌氧发酵前固液分离对总固体及污染物的去除效果

养殖废水中高浓度污染物质主要来自于固态粪污的溶解或微生物的分解作用,在废水产生后立即进行固液分离,可以有效将废水中还未溶解的固态物质分离出去,从而降低废水中污染物的含量和减轻后续生化处理的压力。该研究以猪场废水为研究对象,采用离心分离方式对废水进行固液分离,主要考察废水中总固体、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)及氮磷化合物的去除效果。结果表明,离心分离可使废水中总固体去除50%~65%,COD去除效率在45%~55%,N、P元素的去除率在30%~50%之间。通过甲烷化潜力测试研究,发现离心分离可使废水中可厌氧生化物质去除50%以上,这可大幅节约生化处理池的建造体积和处理周期。以万头猪场日产100 t废水量为例,生化前离心处理较直接生化处理可节约45%的废水处理成本。该研究可为大中型养殖场就如何节约废水处理工程投资和处理成本上提供新的设计思路与参考依据。     

搅拌转速对稻草厌氧消化性能的影响

为了提高稻草厌氧消化效率,采用批式厌氧消化,研究了不同搅拌转速（高转速120 r/min、中转速80 r/min和低转速40 r/min）对稻草厌氧消化性能的影响。结果表明,搅拌转速对稻草厌氧消化的产气性能有很大影响。高转速搅拌时厌氧消化效果较好,单位挥发性固体VS产气量为451.6 mL/g,分别比中转速搅拌和低转速搅拌提高了20%和107%;高转速搅拌的消化时间T80为46 d,比中转速搅拌缩短了16 d。高转速和中转速搅拌时,厌氧消化反应器的混合效果良好,物料混合均匀,系统中适宜的pH值和较高的碱度有利于维持系统的稳定和较高的微生物活性,其总固体TS、挥发性固体VS降解率均高于低转速搅拌,产气性能明显优于低转速搅拌。因此,增加搅拌转速可以提高稻草的厌氧消化性能。     

去除养殖水体悬浮颗粒的多向流重力沉淀装置设计及性能

为了高效去除循环水养殖系统中的固体悬浮颗粒物,研发了多向流重力沉淀装置,并对其水力特性及相关结构参数进行试验研究。该文以固体悬浮颗粒物去除率为试验指标,设计了5～40 min的水力停留时间（hydraulic retention time,HRT）及斜管填料规格参数的双因素试验。结果显示,随着HRT增加,多向流重力沉淀装置的固体悬浮颗粒物去除率呈显著上升的阶段性变化特征,但以HRT为20 min时沉淀装置的综合处理效果最优,最高平均去除率可达（58.57 %±10.12 %）,其中粒径小于20 μm的微颗粒去除率为19.5%,粒径大于60 μm的微颗粒去除率高达90.3 %;较小的斜管直径可显著提高多向流重力沉淀装置的固体悬浮颗粒物去除率,而斜管高度对去除率无显著影响。多向流重力沉淀装置用于去除循环水养殖系统中的固体悬浮颗粒物,是一种行之有效的方法。     

秸秆过滤养猪废水UASB厌氧发酵及微生物群落分析

养猪废水成分复杂,所含悬浮性固体对其生物发酵过程影响显著;利用经过粉碎压实后的玉米秸秆对养猪废水进行负压抽滤,吸附截留废水中的悬浮性固体。再利用上流式厌氧污泥床（UASB,up-flow anaerobic sludge bed/blanket）反应器对过滤后的养猪废水进厌氧发酵,探究发酵过程中随着有机负荷的增加,化学需氧量（COD,chemical oxygen demand）去除率、pH值、产气量的变化规律,并采用高通量测序技术分析最优负荷时厌氧消化污泥中的细菌与古菌群落组成。过滤试验表明,在过滤压差为40kPa、滤层厚度为15cm、滤料压实度为1.6倍密度（148.8kg/m³）时有较好的过滤效果,此时总固体（TS,total solid）、挥发性固体（VS,volatile solid）、COD的去除率分别为33.08%、28.05%、23.01%。厌氧发酵试验结果表明,在温度为(35±1)℃时反应器稳定运行的最高负荷为11 kg/(m³·d);反应器处理效果最优的负荷为10 kg/(m³·d）,此时进水COD浓度为5 000 mg/L、COD去除率为76.46%、容积产气率为1.51m³/(m³·d)。高通量测序结果表明,厌氧发酵过程由多种微生物菌群协同作用,主要的细菌群类是Firmicutes、Bacteroidota,主要古菌群类为Halobacterota,且高效产甲烷菌分布丰富。试验结果为利用作物秸秆过滤养猪废水进行以废治废的技术应用提供了依据。     

油菜联合收获机分离清选差速圆筒筛设计与试验

为减少油菜联合收获机旋风分离清选系统负载和提高清选性能,该文设计了一种与旋风分离清选装置配合使用、可对油菜脱出物进行初步筛分的差速圆筒筛。分析计算了筛网与助流装置转速范围,开展了基于EDEM的性能指标正交试验,以筛分损失率与筛下物清洁率为指标,以筛网转速、助流装置转速和助流装置投影面齿数为影响因素,得出了最佳参数组合,并开展了台架及田间验证试验。仿真结果表明:最佳参数组合为筛网转速35 r/min,助流装置转速80 r/min,助流装置投影面锯齿数6个。台架验证试验表明:整机喂入量3 kg/s、脱出物喂入量为1 kg/s条件下,差速圆筒筛与旋风分离清选装置配合使用,清选系统油菜籽粒总损失率为4.83%,其中筛分损失率为3.97%,清洁率为85.7%,风机转速可降低36.9%。田间试验表明:清选系统损失率平均值为5.9%,籽粒清洁率平均值为84.4%,平均功耗为3.48 kW,差速圆筒筛作业顺畅。该研究可减少旋风分离清选负载,为油菜联合收获机清选系统的结构改进和优化提供参考。     

猪粪固体含量对厌氧消化产气性能影响及动力学分析

为优化猪粪厌氧消化总固体质量分数（total solid,TS）,以猪粪为原料,采用批式试验方法,研究不同TS对厌氧消化产气性能的影响。结果表明：底物固体质量分数分别为3.0%、7.5%、12.0%和15.0%时,猪粪的挥发性物质（volatile solid,VS）沼气产率随底物固体质量分数的增加而降低,分别为579、527、356和237 mL/g,底物固体质量分数为3.0%和7.5%时的CH4产率优于其他固体质量分数,分别为317和326 mL/g,占理论CH4产率的66.9%和68.8%;不同固体质量分数厌氧消化过程中,最高产CH4速率分别为37.0、24.4、10.4和4.7 mL/(g·d);固体质量分数为7.5%时消化体系的TS、VS降解率最高,分别达到49.2%和65.5%;固体质量分数为3.0%和7.5%的厌氧消化过程符合一级动力学方程,但猪粪的产甲烷速率常数从0.126 d-1下降到0.063 d-1;与3.0%的固体质量分数相比,消化时间为30 d时,底物的生物转化产CH4效率随固体质量分数的增加分别降低6.3%、55.8%和74.7%,固体质量分数为3.0%和7.5%时生物转化产CH4效率达到58.0%所需的时间分别为18和30 d。     

接种量对餐厨垃圾高温厌氧消化的影响

研究不同接种量对餐厨垃圾高温厌氧消化的影响,探求餐厨垃圾高温厌氧消化的最佳接种量。在55℃条件下,比较6种不同接种量对餐厨垃圾高温厌氧消化过程中pH、总磷浓度、VFA浓度、产气量及餐厨垃圾TS、VS去除效果和消化液COD_Cr去除效果的影响,结果表明：添加接种物不仅可以提高消化系统的缓冲能力,而且缩短系统产甲烷细菌的积累周期,有利于产气高峰提前,同时对餐厨垃圾的降解有一定的促进作用。其中,在消化物总量600 g条件下,480 g餐厨垃圾接种120 g接种物（TS比为9.47）产气效果最佳,整个过程累积产气量为9359 mL,显著高于其它处理,此外,餐厨垃圾TS、VS去除率和消化液COD_Cr去除率也达到最佳效果,去除率依次为60%、70%和39.67%,但是COD_Cr去除率与CK差异不显著。     

基于玉米秸秆滤料的养禽冲洗废水过滤技术

过滤预处理可以有效去除养禽冲洗废水中的悬浮性固体,提高废水处理效率。为了探究玉米秸秆作为滤料的过滤规律,研究了玉米秸秆粒度、压实度和滤料装填高度对养禽冲洗废水过滤预处理的影响,建立了养禽冲洗废水过滤装置的结构模型。通过正交试验和试验验证,结果表明,当玉米秸秆粒度为1cm、压实度为1.4倍密度(74.93 kg/m~3)、滤料装填高度为50cm时滤料有最佳过滤效果,此时过滤后的养禽冲洗废水总固体(TS,TotalSolid)去除率为31.22%,挥发性固体(VS,Volatile Solid)去除率为44.51%,化学需氧量(COD,Chemical Oxygen Demand)去除率为24.07%,NH_4~+-N去除率为21.20%,达到了较好的过滤效果。对比过滤前后养禽冲洗废水厌氧发酵结果,过滤后废水厌氧发酵速率得到了明显提升,缩短了发酵周期,验证了过滤预处理对提高废水处理效率的可行性。试验结果为养殖冲洗废水过滤设备研发提供了理论依据。     

基于负压抽滤的畜禽养殖污水过滤试验

降低畜禽养殖污水处理成本是促进养殖业健康发展的重要因素,介质过滤能截留污水中的悬浮性固体,是养殖污水预处理的有效途径之一。其中,以作物秸秆为滤料的自然过滤装置结构简单、能耗低,能有效去除养殖污水中的固体污染物,但仍存在易堵塞、过滤速度慢、秸秆利用率低等问题。对此,该研究提出负压抽滤方案并进行了相关试验:首先通过单因素试验确定了各试验参数的边界条件,再利用二次回归组合试验,优化了负压抽滤的运行参数,试验结果表明当滤层厚度、压实密度、过滤压差分别为10 cm、130 kg/m³、30 kPa时综合过滤效果最佳,此时总固体(total solid,TS)、挥发性固体(volatile solid,VS)、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮(NH₄⁺-N)的去除率分别为40.47%、45.07%、13.56%、11.75%;自然过滤和负压抽滤的对比试验表明,相同滤层条件负压抽滤的污水处理量是自然过滤的4倍,而用时仅占自然过滤的1/5,负压抽滤能有效提高过滤速率和秸秆利用率。最后利用厌氧发酵试...     

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。     

基于CFD的养殖水体固液旋流分离装置数值模拟与验证

为探究旋流分离装置对水产养殖水体的分离效果,采用计算流体力学方法对旋流分离装置内部的流动特性进行数值模拟,得到了不同入口流量、不同入口浓度对固液分离性能的影响,通过试验数据对模拟结果进行了验证。模拟结果表明:随着入口流量的增加,分离装置内部流体速度增大,湍流流动增强,不利于固体颗粒的沉降。当入口浓度增加时,筒内流体运动速度降低,滞留在筒体中的颗粒浓度增加,降低了固液分离效率。入口流量和入口浓度的增加均会导致不同粒度颗粒分离效率下降,且随着颗粒粒度的增大,分离效率下降幅度增大。通过与试验数据相比,模拟误差在10%以内,模拟结果可信。该研究可为旋流分离装置在水产养殖领域的应用提供参考。     

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。     

禽畜粪便的固液分离方法与设备

禽畜粪便的固液分离是处理和利用禽畜粪便的重要环节之一。本文介绍了分离禽畜粪便的基本原理,综合分析了国内外各种分离设备的特点、结构形式、适用范围及不足之处,并就开发新的分离设备提出了建议。     

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。     

巴旦木物料壳仁风选装置试验及参数优化

为了研究巴旦木壳仁物料的空气动力学特性,确定较优的壳仁风选参数,提高清选率。该研究采用理论计算与试验相结合的方式对巴旦木物料的空气动力学特性进行研究,根据悬浮速度研究结果设计巴旦木壳仁风选装置并对破壳后的巴旦木壳仁混合物料进行风选试验,基于响应面法优化求解得出风选装置较优参数组合。巴旦木壳仁混合物料的空气动力学特性试验结果表明,大壳、中壳、小壳和仁的悬浮速度变化范围分别为：9.92～11.03 m/s、8.86～9.66 m/s、8.27～8.85 m/s、13.10～13.96 m/s,控制气流速度在8.27～11.03 m/s范围内可较好地分离壳和仁。风选装置流场仿真分析结果表明,风选装置筛面风速分布呈中心高、四周低的特点。巴旦木壳仁风选试验结果表明,风选装置工作参数对清选率的影响从大到小排序为：筛体振动频率、清选风机转速、波纹筛倾角、风选装置喂入量、离心风机转速,结合壳仁风选试验与软件优化求解得出清选率较高的较优参数组合为：风选装置喂入量6 kg/min、清选风机转速1 160 r/min、筛体振动频率为47 Hz、波纹筛倾角3°、离心风机转速1 275 r/min,采用优化参数组合进行验证试验,清选率达99.144%。研究结果可为巴旦木壳仁风选设备研发与优化提供理论依据。     

荞麦剥壳机分离装置的改进试验

针对传统的荞麦剥壳机配用的上端吸风式分离器存在气流与物料混合不均匀,荞壳、荞仁分离不彻底等问题,为了进一步提高荞麦剥壳过程中荞壳、荞仁的分离率,试验在测得脱出物各自悬浮速度的基础上,对吸风式分离装置进行了改进设计,并对吸风口气流速度、匀料板的数量、通风网的放置位置进行了优化试验。得出试验因素的最优组合为：吸风口气流速度为8.0 m/s,通风网位置为中部,匀料板数量为3个。研究结果表明：经过优化改进后的侧吸风式分离器分离率达到99.3%,损失率为0.35%,证明对传统的剥壳机进行改进设计是有效的,达到了提高分离率和降低损失率的目的。     

基于粒子图像测速的离心泵叶轮内流动分离测试与分析

离心泵在小流量工况下运行极易产生流动分离,严重影响泵的运行稳定性。为了揭示离心泵小流量工况下叶轮内流动分离的变化规律,对一比转数为73的离心泵小流量工况下叶轮内部流动进行了PIV测试和分析,并以流动偏移角和回流强度为参数对测试结果做了量化分析。不同工况的测试结果表明,0.6Qd工况下叶轮内开始出现流动分离,到0.2Qd工况下流动分离已发展充分;随着流量的降低分离泡向流道中部和出口方向移动发展。0.2Qd工况下不同相位的试验结果显示叶轮流道接近隔舌时会出现分离泡,经过隔舌后分离泡迅速发展,远离隔舌后分离泡逐渐消失。流动偏移角的量化分析能够准确反映出叶轮流道内分离泡的数目;回流强度的量化分析表明叶片旋转过隔舌135°后,动静干涉对流动分离的作用明显减弱。