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牛粪酸化后固液分离技术研究

作　者: 庞皓升
导　师: 关正军
学　校: 东北农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 固液分离轴径螺旋倾角酸化
分类号: S216.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

畜禽类养殖业的规模化发展满足了人民对肉、奶等生活需要的同时,也带来了严重的环境污染。在畜禽类粪便中,牛粪占68%,牛粪即是污染源,也是很好的有机肥和沼气资源。鲜牛粪的含水率为65%左右,粗纤维含量大,占干物质百分比接近40%,若用鲜牛粪来堆肥,含水率较高,不利于植物生长；若用鲜牛粪进行厌氧发酵,其中的纤维难以降解,致使发酵设备利用率低,并且容易产生附渣,影响厌氧发酵产气效果。因此对牛粪进行固液分离预处理是十分必要的。但是国内现阶段使用的固液分离机大都是仿制国外的先进设备或是凭借实际生产的经验制造出来的机器,工作效率普遍不高,没有从根本上掌握设备的工作原理,因此,通过理论研究与试验分析,从而提高牛粪固液分离机的分离效率,对牛粪资源化利用具有重要意义。同时,在固液分离前对牛粪中进行酸化,使其中可水解的纤维充分水解,预处理后厌氧发酵产生沼气。既可以解决养牛场污水的问题,也可以为规模化沼气工程建设做出贡献。本文在前人研究基础上,对牛粪固液分离机螺旋轴的工作原理和结构参数以及牛粪酸化后固液分离预处理技术进行了详细的分析研究。研究包括以下几项：(1)牛粪固液分离机螺旋轴的改进螺旋式固液分离机是参考国外技术国内生产的一种新型固液分离设备,它具有结构简单、能耗低、分离效果好、占地面积小等优点,在农业有机废弃物分离中具有广泛的应用前景。但是大多数固液分离机的螺旋轴采用等轴径、等螺距结构,而物料在固液分离过程中含水率是不断变化的,故设备不能适应物料的特性,影响了固液分离机的工作效率。文章根据分离物料在不同阶段的摩擦特性和体积压缩变化试验,得出适应物料特性的螺旋倾角和螺旋轴直径参数,设计出变轴径变螺距变螺旋倾角的旋转轴,改进牛粪固液分离机,提高了其分离效率。(2)牛粪酸化后固液分离技术研究分别将分离后固形物固体含量作为主要参考指标、分离效率和固体去除率作为辅助参考指标,以加水量、榨条间隙和螺旋转速作为影响因素,通过设计专家Design-Expert6.0.1)软件中的响应曲面法(RSM)进行正交旋转组合试验设计,得出了各因素不同水平间交互作用的数学模型和曲线图,并对方程和模型进行检验、优化,研究了三个因素对分离效果的影响规律,同时,对比酸化过和未酸化的牛粪预处理后产甲烷率的变化,得出了牛粪酸化后再进行固液分离和发酵可以提高产沼气的效率的结论。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
1 引言  11-15
  1.1 畜禽粪便处理概述  11
  1.2 牛粪固液分离设备研究概述  11-13
    1.2.1 国外牛粪固液分离设备研究概述  11-12
    1.2.2 国内牛粪固液分离设备研究概述  12-13
  1.3 课题研究目的和意义  13
  1.4 主要研究内容和方案  13-15
    1.4.1 研究内容  13-14
    1.4.2 研究方案  14-15
2 牛粪固液分离机螺旋轴的改进  15-25
  2.1 牛粪螺旋式固液分离设备介绍  15-16
  2.2 摩擦与剪切特性试验  16-17
  2.3 试验数据分析  17-18
    2.3.1 摩擦与剪切试验  17-18
    2.3.2 试验结果  18
  2.4 物料体积压缩试验  18-20
  2.5 螺旋轴的设计  20
  2.6 叶片的设计  20-23
  2.7 螺旋轴的整体结构  23-24
  2.8 螺旋轴的强度校核  24
  2.9 固液分离机螺旋轴改进小结  24-25
3 牛粪酸化后固液分离技术研究  25-64
  3.1 试验材料、装置、仪器设备  25-26
    3.1.1 试验材料  25
    3.1.2 试验装置  25-26
    3.1.3 试验的仪器设备  26
  3.2 试验目的  26-27
  3.3 试验因素与指标  27
  3.4 二次正交旋转组合试验  27-30
    3.4.1 试验方法  27-28
    3.4.2 二次正交旋转组合试验设计  28-29
    3.4.3 二次正交旋转组合试验结果  29-30
  3.5 各因素对分离后固形物TS含量的作用分析  30-40
    3.5.1 试验目的  30-31
    3.5.2 试验方法  31
    3.5.3 试验结果与分析  31-39
    3.5.4 小结  39-40
  3.6 各因素对分离效率的作用分析  40-52
    3.6.1 试验目的和意义  40
    3.6.2 试验方法  40
    3.6.3 试验结果分析  40-52
    3.6.4 小结  52
  3.7 各因素对固体去除率的影响  52-59
    3.7.1 试验目的和意义  52
    3.7.2 试验方法  52
    3.7.3 试验结果及分析  52-59
    3.7.4 小结  59
  3.8 试验参数的优化  59-61
    3.8.1 优化结果  59-60
    3.8.2 验证试验  60-61
  3.9 牛粪酸化前后分离液的产气量对比试验  61-64
    3.9.1 试验材料  61
    3.9.2 试验设备  61
    3.9.3 试验方法  61-62
    3.9.4 厌氧发酵产气结果分析  62-64
4 结论  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
附录  69-70
攻读硕士学位期间发表的学术论文  70

牛粪酸化后固液分离技术研究

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