基于玉米秸秆滤料的养禽冲洗废水过滤技术研究

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改革开放以来,我国畜禽养殖业规模不断扩大,随着传统的养殖方式向规模化、集约化的生产方式靠拢,我国成为了世界最大的畜禽养殖和消费国,而畜禽废水的排放却给周边环境带来了巨大的压力。规模化养禽冲洗废水成分复杂,固体颗粒污泥多,氨氮含量高,预处理手段单一且处理成本高。利用玉米秸秆来源广泛、成本低等特点,将其作为滤料对养禽冲洗废水进行过滤预处理能够有效地提高废水的处理效率,是一种以废治废经济有效的处理手段,也是实现养禽冲洗废水资源化利用和无害化处理的有效方式,为玉米秸秆的资源化利用和养禽冲洗废水的无害化处理提供了一种新思路。通过以玉米秸秆过滤养禽冲洗废水实现废水固液分离为主线,研究不同粒度、不同滤层厚度、不同滤层压实度的试验条件下玉米秸秆滤料对养禽冲洗废水中主要污染物的去除效果,总结了各试验因素对养禽冲洗废水的最佳过滤条件,得出最优水平组合并验证,以此为依据设计了养禽废水过滤装置。成果和结论如下:(1)根据预试验,确定了试验中所用玉米秸秆颗粒物料的粒度分别为1cm、2cm、3cm、4cm,并测得4种粒度滤料的堆积密度分别为:54.06kg/m~3、52.10kg/m~3、49.15kg/m~3、44.23kg/m~3。通过单因素试验,分别研究了玉米秸秆滤料在不同粒度、不同滤层厚度和不同滤层压实度下对养禽冲洗废水中主要污染物的过滤特性,确定了各因素的边界条件。试验范围内,滤料粒度越小、滤层厚度越厚且滤层压实度越大,滤料对废水中的污染物过滤效果越好;而当滤料粒度小于5mm、滤层厚度大于50cm或者滤层压实度大于1.4倍密度时,滤层极易堵塞、过滤效率低且滤料利用率低。得到各因素的边界条件为:滤料粒度为1cm~2cm,滤层厚度为30cm~50cm,滤层压实度为自然堆积密度的1.2~1.4倍。(2)根据玉米秸秆物料特性分析和单因素试验确定的因素边界条件,对三个试验因素各取三个水平,设计了三因素三水平正交试验,考察玉米秸秆滤料对养禽冲洗废水过滤后,滤料粒度、滤层厚度和滤层压实度对出水中TS、VS、CODCr、NH4+-N和p H的影响。正交试验优化结果为:滤料粒度1cm、滤层厚度50cm、滤层压实度为1.4倍密度的条件下,玉米秸秆滤料过滤养禽冲洗废水能够达到最佳效果。通过验证试验,得出较优工艺参数条件下,过滤后废水中TS含量为1.82%,TS去除率为31.22%;VS含量为0.89%,VS去除率为44.51%;CODCr含量为14124.67mg/L,CODCr去除率为24.07%;NH4+-N含量为886.81mg N/L,NH4+-N去除率为21.20%;p H为7.23;单位面积的过滤速度为96.25 L/(m~2·min)。(3)根据优化的工艺参数设计了一种养禽废水过滤装置,完成了该装置过滤桶、支撑臂和布水装置的分析校核,并在实验室条件下搭建了过滤装置的样机模型,进行了样机的试运行。结果表明:工作过程中过滤桶和支撑臂的受力均在材料的许用应力范围内,布水装置在布水区域内布水均匀,且过滤后出水中各污染物含量与最优组合一致,满足装置设计参数要求。
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