關(guān)正軍，尹　恒，韓　威，章恬恬，吳應(yīng)濤，陳科昭

基于玉米秸稈濾料的養(yǎng)禽沖洗廢水過濾技術(shù)

關(guān)正軍，尹恒，韓威，章恬恬，吳應(yīng)濤，陳科昭

（西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400715）

過濾預(yù)處理可以有效去除養(yǎng)禽沖洗廢水中的懸浮性固體，提高廢水處理效率。為了探究玉米秸稈作為濾料的過濾規(guī)律，研究了玉米秸稈粒度、壓實(shí)度和濾料裝填高度對(duì)養(yǎng)禽沖洗廢水過濾預(yù)處理的影響，建立了養(yǎng)禽沖洗廢水過濾裝置的結(jié)構(gòu)模型。通過正交試驗(yàn)和試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，當(dāng)玉米秸稈粒度為1cm、壓實(shí)度為1.4倍密度（74.93 kg/m3）、濾料裝填高度為50 cm時(shí)濾料有最佳過濾效果，此時(shí)過濾后的養(yǎng)禽沖洗廢水總固體（TS，Total Solid）去除率為31.22%，揮發(fā)性固體（VS，Volatile Solid）去除率為44.51%，化學(xué)需氧量（COD，Chemical Oxygen Demand）去除率為24.07%，NH4+-N去除率為21.20%，達(dá)到了較好的過濾效果。對(duì)比過濾前后養(yǎng)禽沖洗廢水厭氧發(fā)酵結(jié)果，過濾后廢水厭氧發(fā)酵速率得到了明顯提升，縮短了發(fā)酵周期，驗(yàn)證了過濾預(yù)處理對(duì)提高廢水處理效率的可行性。試驗(yàn)結(jié)果為養(yǎng)殖沖洗廢水過濾設(shè)備研發(fā)提供了理論依據(jù)。

過濾；厭氧發(fā)酵；養(yǎng)禽沖洗廢水；玉米秸稈；預(yù)處理

0 引 言

據(jù)第二次全國污染源普查公報(bào)[1]數(shù)據(jù)顯示，畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)水污染物化學(xué)需氧量年排放量為604.83萬t，氨氮年排放量為7.50萬t，畜禽養(yǎng)殖廢水的資源化利用成為制約中國規(guī)?；B(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。畜禽廢水直接進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效率不高，而采用城市污水處理的方法成本又較高，所以強(qiáng)化畜禽養(yǎng)殖廢水預(yù)處理環(huán)節(jié)是降低工程運(yùn)行成本的重要途徑，利用農(nóng)業(yè)廢棄物作為濾料進(jìn)行畜禽沖洗廢水過濾預(yù)處理能夠有效地提高廢水的處理效率，是一種以廢治廢經(jīng)濟(jì)有效的處理手段，也是實(shí)現(xiàn)畜禽沖洗廢水資源化利用和無害化處理的重要環(huán)節(jié)。但在畜禽沖洗廢水過濾預(yù)處理的研究中卻發(fā)現(xiàn)過濾過程的濾料利用率低、過濾效果差、容易堵塞等現(xiàn)象。因此，探索一種過濾效率高、穩(wěn)定可靠的過濾預(yù)處理方式顯得格外重要。

畜禽沖洗廢水的污染負(fù)荷較高[2-6]，含有大量的有機(jī)污染物以及病原微生物，如何經(jīng)濟(jì)有效地降低廢水的污染負(fù)荷，是提高畜禽廢水處理效率的關(guān)鍵問題[7-11]，對(duì)此，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)養(yǎng)殖廢水過濾吸附的預(yù)處理方式進(jìn)行了深入研究[12-16]。傳統(tǒng)的過濾方式是利用網(wǎng)式過濾器[17-18]或疊式過濾器[19-20]進(jìn)行，但均存在易堵塞和清洗困難的問題。錢鋒等[21-22]利用稻草和沸石對(duì)養(yǎng)豬廢水進(jìn)行預(yù)處理，研究了不同濾料對(duì)養(yǎng)豬廢水的處理效果，得到了最好處理效果時(shí)，養(yǎng)豬廢水和濾料的參數(shù)。Vanotti等[23]通過向農(nóng)場(chǎng)養(yǎng)豬廢水中投加固體聚合物，增強(qiáng)了廢水的固液分離速率。Beline等[24-25]采用生物處理的方法對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的廢棄物進(jìn)行處理，較好地去除了養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物中的有害污染物。張智燁等[26]利用玉米秸稈作為濾料來去除豬糞發(fā)酵沼液中的污染物，研究了玉米秸稈過濾豬糞發(fā)酵沼液的可行性。上述方式都可以有效地對(duì)畜禽沖洗廢水進(jìn)行預(yù)處理，但均存在處理成本過高或不宜工業(yè)化推廣等問題[27-28]。對(duì)此，本文選用玉米秸稈作為濾料對(duì)畜禽沖洗廢水進(jìn)行過濾預(yù)處理，以期降低后續(xù)處理成本，并達(dá)到可工業(yè)化推廣的目的。

為了探究玉米秸稈作為濾料對(duì)養(yǎng)禽沖洗廢水過濾預(yù)處理的過濾效果，本文基于物理過濾的方式，搭建了過濾試驗(yàn)裝置，并通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，探究了玉米秸稈顆粒大小、濾層厚度以及濾層壓實(shí)度對(duì)過濾效果的影響，為有關(guān)養(yǎng)殖廢水過濾設(shè)備研發(fā)[29]、降低養(yǎng)殖廢水處理成本的研究提供了思路。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置由水箱、水管、截流閥、濾料層和承托架組成，養(yǎng)禽沖洗廢水經(jīng)由截流閥調(diào)節(jié)，從水箱中通過重力的方式經(jīng)水管流入濾料過濾；濾料層由直徑15 cm、高65 cm的圓柱形篩網(wǎng)盛裝，篩網(wǎng)的孔徑略小于玉米秸稈濾料的顆粒大??；承托架主要承托水箱和管路，方便養(yǎng)禽沖洗廢水流出和取樣。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 供試廢水

養(yǎng)禽沖洗廢水取自重慶市家禽科研基地，該家禽科研基地為工廠化規(guī)模養(yǎng)殖，禽舍內(nèi)的糞便采用干清糞模式，經(jīng)刮板清糞和人工清糞后，再?zèng)_洗圈舍，沖洗廢水經(jīng)下水道集中后統(tǒng)一流入養(yǎng)殖場(chǎng)配套建設(shè)的處理場(chǎng)內(nèi)。試驗(yàn)所使用的養(yǎng)禽沖洗廢水，于2020年12月1日上午在基地取得，并在5 ℃的溫度條件下冷藏，沖洗廢水呈黑棕色，透明度低，且含有大量的固體顆粒物，黏稠并伴有惡臭。取樣后測(cè)得養(yǎng)禽沖洗廢水各指標(biāo)見表1。

表1 養(yǎng)禽沖洗廢水指標(biāo)

1.2.2 供試濾料

經(jīng)過預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把玉米秸稈粉碎至5 mm以下的粉末狀時(shí)，由于養(yǎng)禽廢水含有大量的懸浮物等不溶顆粒物，秸稈濾料的過濾效率低且極易堵塞，因此，本試驗(yàn)主要以鍘切后顆粒長(zhǎng)度大于1 cm的玉米秸稈濾料作為過濾材料進(jìn)行研究。供試濾料取自重慶原產(chǎn)地玉米秸稈，經(jīng)30 d攤平自然晾曬后，使用鍘刀將玉米秸稈粉碎至粒徑為1、2、3、4 cm，分別裝入密封袋中備用。如圖2所示，圖中玉米秸稈顆粒長(zhǎng)度從左到右分別為1、2、3、4 cm。通過單因素試驗(yàn)確定試驗(yàn)因素的邊界條件后，繼續(xù)使用鍘刀將玉米秸稈切碎至進(jìn)行多因素正交試驗(yàn)時(shí)的所需粒徑，裝袋后備用。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)

試驗(yàn)測(cè)量指標(biāo)分別為：pH值（pH計(jì)測(cè)定）；化學(xué)需氧量（COD，重鉻酸鉀法測(cè)定）；總固體（TS，烘干法測(cè)定）；揮發(fā)性固體（VS，灼燒法測(cè)定）；氨氮（NH4+-N，納氏試劑比色法測(cè)定）。

1.4 試驗(yàn)運(yùn)行條件

為了探索玉米秸稈作為濾料對(duì)畜禽沖洗廢水過濾預(yù)處理的過濾效果，并盡可能減少能源消耗，本試驗(yàn)采用重力自然過濾。首先通過預(yù)試驗(yàn)確定過濾系統(tǒng)所能處理的最大進(jìn)水流量，以及過濾系統(tǒng)達(dá)到飽和時(shí)濾料需要再生的過濾運(yùn)行狀態(tài)，以確定正式試驗(yàn)的結(jié)束時(shí)間節(jié)點(diǎn)。預(yù)試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米秸稈濾料在本試驗(yàn)過濾條件下所能達(dá)到的最大進(jìn)水流量在2～3 L/min之間，當(dāng)秸稈濾料出現(xiàn)堵塞，濾桶中濾液達(dá)到指定高度時(shí)，則表明濾料已無法高效地處理畜禽沖洗廢水，過濾系統(tǒng)在當(dāng)前過濾條件下已無法繼續(xù)運(yùn)行，試驗(yàn)結(jié)束。

2 單因素試驗(yàn)

2.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

濾料顆粒大小、濾層厚薄和濾料緊實(shí)度對(duì)養(yǎng)禽廢水過濾效果的影響是不同的，為了得出具有較好過濾效果時(shí)，濾層厚度、濾料顆粒大小、濾層壓實(shí)度的邊界條件，為多因素正交過濾試驗(yàn)做鋪墊，本文通過3組單因素試驗(yàn)，對(duì)比了在不同試驗(yàn)因素下玉米秸稈濾料對(duì)養(yǎng)禽廢水的過濾效果，分別考察養(yǎng)禽廢水過濾效果隨試驗(yàn)條件變化的情況。通過預(yù)試驗(yàn)得到：當(dāng)濾層厚度小于10 cm時(shí)，濾層對(duì)沖洗廢水基本沒有過濾效果；而當(dāng)濾層厚度大于60 cm或者濾層壓實(shí)度大于1.5倍密度時(shí)，濾層的過濾效率和濾料利用率均較低，由此單因素試驗(yàn)中厚度取值范圍為10～50 cm，壓實(shí)度取值范圍為1～1.5倍密度，如表2，分別列出了單因素試驗(yàn)的試驗(yàn)因子和水平。

表2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2 結(jié)果與分析

將開始過濾至更換濾料前之間的時(shí)間作為養(yǎng)禽沖洗廢水過濾的運(yùn)行周期，確定出每組單因素試驗(yàn)在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的TS、VS和COD等試驗(yàn)指標(biāo)。

2.2.1 不同濾料粒度對(duì)廢水的截污效果

濾料粒度單因素試驗(yàn)中，養(yǎng)禽廢水各初始指標(biāo)分別為pH值6.94、TS 2.72%、VS 1.66%、COD濃度22 328.40 mg/L、NH4+-N濃度986.32 mg/L，通過設(shè)定濾層厚度為40 cm、濾層壓實(shí)度為1.2倍密度進(jìn)行過濾試驗(yàn)，考察玉米秸稈濾料不同粒度對(duì)養(yǎng)禽廢水的過濾效果。不同粒度玉米秸稈濾料過濾養(yǎng)禽沖洗廢水后，濾液中的TS、VS等污染物含量變化如圖3所示。

由圖3可知，玉米秸稈濾料對(duì)養(yǎng)禽沖洗廢水中TS、VS等污染物的截污效果隨著濾料顆粒長(zhǎng)度的增加而減小。這是由于隨著濾料顆粒長(zhǎng)度的減小，玉米秸稈濾料的比表面積會(huì)增大，可容納更多的污染物，具有更好的截污效果。當(dāng)濾料粒度為1 cm時(shí)，過濾效果最佳，此時(shí)TS去除率為20.22%，VS去除率為33.73%，氨氮去除率為9.59%，COD去除率為20.13%。同時(shí)從圖3a中發(fā)現(xiàn)沖洗廢水過濾前后廢水的pH值變化不大，主要原因是玉米秸稈具有多孔特性對(duì)廢水有一定的吸附交換作用，導(dǎo)致 pH 值有輕微的波動(dòng)。

2.2.2 不同濾層厚度對(duì)廢水的截污效果

濾層厚度單因素試驗(yàn)中，養(yǎng)禽廢水各初始指標(biāo)分別為pH值7.03、TS 1.91%、VS 1.11%、COD濃度13 868.00 mg/L、NH4+-N濃度737.04 mg/L，通過設(shè)定濾料粒度為2 cm、濾層壓實(shí)度為1.2倍密度進(jìn)行過濾試驗(yàn)，考察玉米秸稈濾料不同濾層厚度對(duì)養(yǎng)禽廢水的過濾效果。不同濾層厚度玉米秸稈濾料過濾養(yǎng)禽廢水后，濾液中的TS、VS等污染物含量變化如圖4所示。

如圖4所示，玉米秸稈濾料對(duì)養(yǎng)禽廢水中污染物的截污效果隨著濾料濾層厚度的增大而增加。這是由于隨著濾料濾層厚度的增大，玉米秸稈濾層具有更多的孔隙，可容納更多的污染物，對(duì)養(yǎng)禽廢水中污染物的截污效果更好。同時(shí)在濾層厚度單因素試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，濾層厚度超過50 cm后，過濾速率會(huì)下降，且濾料容易堵塞，下層濾料未充分利用。當(dāng)濾層厚度為50 cm時(shí)，玉米秸稈濾料有最佳過濾效果，此時(shí)TS去除率為21.45%，VS去除率為33.14%，氨氮去除率為2.15%，COD去除率為16.97%。由圖4e可以看出養(yǎng)禽廢水過濾前后氨氮去除率較低，主要原因是廢水中的氨氮以水溶形式為主，物理過濾無法去除廢水中溶解的氨氮。

2.2.3 不同濾層壓實(shí)度對(duì)廢水的截污效果

濾層壓實(shí)度單因素試驗(yàn)中，養(yǎng)禽廢水各初始指標(biāo)分別為pH值6.94、TS 2.46%、VS 1.48%、COD濃度18 295.70 mg/L、NH4+-N濃度771.21 mg/L，通過設(shè)定濾層厚度為40 cm、濾料粒度為2 cm進(jìn)行過濾試驗(yàn)，考察玉米秸稈濾料不同濾層壓實(shí)度對(duì)養(yǎng)禽廢水的過濾效果。不同壓實(shí)度玉米秸稈濾料過濾養(yǎng)禽廢水后，濾液中的TS、VS等污染物含量變化如圖5所示。

從圖5可知，玉米秸稈濾料對(duì)養(yǎng)禽廢水的截污效果隨著濾層壓實(shí)度的增加而提升。這是由于隨著濾料壓實(shí)度的增加，玉米秸稈濾料間的間隙會(huì)減小，對(duì)養(yǎng)禽廢水中不溶顆粒物的截留作用會(huì)增強(qiáng)，具有更好的截污效果。同時(shí)在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濾層壓實(shí)度增加至1.5倍密度時(shí)，濾料極容易堵塞，過濾難度增加且過濾速率下降，不適合進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，因此當(dāng)濾層壓實(shí)度為1.4倍密度時(shí)，玉米秸稈濾料對(duì)養(yǎng)禽廢水有最佳過濾效果，此時(shí)TS去除率為27.06%，VS去除率為29.71%，氨氮去除率為15.78%，COD去除率為14.93%。

2.2.4 單因素邊界條件確定

由3組單因素試驗(yàn)可知，當(dāng)玉米秸稈濾料粒度小于2 cm，濾層厚度大于30 cm，濾層壓實(shí)度大于1.2倍密度時(shí)，濾料對(duì)養(yǎng)禽沖洗廢水具有較好的過濾效果。同時(shí)，當(dāng)濾料粒度小于5 mm，濾層厚度大于60 cm或者濾層壓實(shí)度大于1.5倍密度時(shí)，玉米秸稈濾層易堵塞，過濾速率低且過濾難度增加。因此當(dāng)污染物去除率較高時(shí)，玉米秸稈濾料粒度邊界條件為1～2 cm，濾層厚度邊界條件為30～50 cm，濾層壓實(shí)度邊界條件為1.2～1.4倍密度。

3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

由單因素試驗(yàn)確定的因素邊界條件可知，玉米秸稈粒度選擇水平為1、1.5、2 cm，濾層厚度選擇水平為30、40、50 cm，濾層壓實(shí)度選擇水平為1.2、1.3、1.4倍密度。正交試驗(yàn)中廢水的各項(xiàng)指標(biāo)如下：pH值為7.22，TS為2.66%，VS為1.65%，COD為18 301.25 mg/L，氨氮為1 032.70 mg/L。為了簡(jiǎn)化試驗(yàn)過程，減少試驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)盡可能全面地反映養(yǎng)禽沖洗廢水在不同因素影響下的過濾效果，試驗(yàn)采用四因素三水平正交試驗(yàn)，因素間無交互作用，并設(shè)計(jì)空白列做誤差列，得到表3所示的9組試驗(yàn)安排。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

由單因素試驗(yàn)可知，養(yǎng)禽沖洗廢水過濾前后廢水中pH值和氨氮含量變化不大，且物理過濾主要去除的是養(yǎng)禽廢水中的不溶固體，因此在考察玉米秸稈濾料的截污效果時(shí)，以過濾后廢水中的TS、VS和COD含量進(jìn)行判斷。

3.2.1 各因素對(duì)單指標(biāo)的影響分析

試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響一般根據(jù)極差分析表現(xiàn)，試驗(yàn)結(jié)果和各試驗(yàn)指標(biāo)的極差分析如表4所示，表中、、分別代表對(duì)應(yīng)因素和水平的試驗(yàn)指標(biāo)和的均值。

表4 試驗(yàn)結(jié)果和單指標(biāo)分析

TS含量的評(píng)價(jià)目標(biāo)是：TS含量越低，玉米秸稈濾料的過濾效果越好，因此，對(duì)表4的TS含量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析可知，各試驗(yàn)因素對(duì)TS含量的影響程度主次順序?yàn)椋?、、，最?yōu)組合為133。

VS含量的評(píng)價(jià)目標(biāo)是：VS含量越低，玉米秸稈濾料的過濾效果越好，各試驗(yàn)因素對(duì)VS含量的影響程度主次順序?yàn)椋?、、，最?yōu)組合為233。

COD含量的評(píng)價(jià)目標(biāo)是：COD含量越低，玉米秸稈濾料的過濾效果越好，各試驗(yàn)因素對(duì)COD含量的影響程度主次順序?yàn)椋?、、，最?yōu)組合為133。

綜上，各試驗(yàn)因素對(duì)養(yǎng)禽廢水過濾效果的影響程度主次順序?yàn)椋?、、?/p>

3.2.2 方差分析

由于試驗(yàn)置有空列，因此將空列作為誤差項(xiàng)處理。查分布表可知：0.1(2，2)=9，0.05(2，2)=19，0.01(2，2)=99。利用設(shè)計(jì)專家軟件對(duì)各試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行方差分析得到數(shù)據(jù)如表5所示。

結(jié)合表4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)TS含量進(jìn)行方差分析，得到：0.01(2，2)＞F＞0.05(2，2)，0.01(2，2)＞F＞0.05(2，2)，0.05(2，2)＞F＞0.1(2，2)，、為顯著因素，為較顯著因素。試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂傮w上呈顯著性。

對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)VS含量進(jìn)行方差分析，得到：0.01(2，2)＞F＞0.05(2，2)，0.01(2，2)＞F＞0.05(2，2)，F(xiàn)0.05(2，2)＞FC＞0.1(2，2)，、為顯著因素，為較顯著因素。試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂傮w上呈顯著性。

對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)COD含量進(jìn)行方差分析得到：0.05(2，2)＞F＞0.1(2，2)，0.01(2，2)＞F＞0.05(2，2)，0.05(2，2)＞F＞0.1(2，2)，為顯著因素，、為較顯著因素。試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂傮w上呈顯著性。

結(jié)合對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的極差分析和方差分析，玉米秸稈濾層的厚度是影響?zhàn)B禽沖洗廢水過濾效果的首要因素，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，秸稈濾層的厚度越大，養(yǎng)禽沖洗廢水中污染物的去除率均呈現(xiàn)出逐漸變大的趨勢(shì)；同時(shí)玉米秸稈濾料粒度和濾層壓實(shí)度是影響廢水中污染物去除率和過濾效果的主要因素，玉米秸稈濾料粒度越小、濾層壓實(shí)度越大，廢水污染物去除率越高，過濾效果越好。

表5 方差分析

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過對(duì)各因素的不同水平綜合分析，結(jié)合設(shè)計(jì)專家軟件，得到各因素最優(yōu)水平組合是：濾料粒度為1 cm、濾層厚度為50 cm、濾層壓實(shí)度為1.4倍密度（74.93 kg/m3），各指標(biāo)的預(yù)測(cè)值分別為：TS 1.74%、VS 0.91%、COD濃度13 500.40 mg/L。對(duì)最優(yōu)組合進(jìn)行重復(fù)性檢驗(yàn)，試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果如表6所示。TS、VS、COD的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的相對(duì)誤差分別為4.68%、2.72%、4.62%，均小于5%，證明最優(yōu)水平的組合是可信的，此時(shí)TS去除率為31.22 %，VS去除率為44.51 %，COD去除率為24.07 %，NH4+-N去除率為21.20 %，達(dá)到了較好的污染物去除效果。

表6 最優(yōu)水平組合方案重復(fù)性檢驗(yàn)結(jié)果

過濾后的固形物經(jīng)過好氧堆肥后還田，可以進(jìn)行資源的有效利用，而經(jīng)過過濾后的廢水再進(jìn)行后期的生化處理，就能大幅度降低養(yǎng)禽廢水的處理成本。養(yǎng)禽沖洗廢水在過濾前后的實(shí)物對(duì)照如圖6所示，可以發(fā)現(xiàn)過濾后廢水中的懸浮性雜質(zhì)明顯降低，為后續(xù)厭氧結(jié)合好氧處理工藝高效、低成本運(yùn)行提供可能。

4 沼氣發(fā)酵對(duì)比

4.1 試驗(yàn)方法

為了對(duì)比過濾前后養(yǎng)禽沖洗廢水在二級(jí)生化處理中的表現(xiàn)，本試驗(yàn)采用一次性接種投料，進(jìn)行(35±2)℃恒溫水浴槽中溫厭氧發(fā)酵，運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)不添加新料液，每天人工振蕩攪拌2次，并逐日記錄累計(jì)產(chǎn)氣量[30]。試驗(yàn)中污泥取自重慶市北碚區(qū)污水處理廠，并對(duì)污泥進(jìn)行培養(yǎng)馴化，待污泥及微生物具有較強(qiáng)活性后，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的接種物接種裝罐發(fā)酵并每天記錄產(chǎn)氣情況，待基本停止產(chǎn)氣時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。

4.2 結(jié)果與分析

圖7為過濾前后養(yǎng)禽沖洗廢水厭氧發(fā)酵對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。從圖7中可以看出，在整個(gè)發(fā)酵過程中，過濾后沖洗廢水的日產(chǎn)氣量均低于沖洗廢水日產(chǎn)氣量，且過濾后沖洗廢水在發(fā)酵過程中產(chǎn)氣高峰明顯提前，產(chǎn)氣周期在第9天基本結(jié)束；而沖洗廢水發(fā)酵時(shí)間較長(zhǎng)，后期產(chǎn)氣較過濾后沖洗廢水多，出現(xiàn)多次產(chǎn)氣波動(dòng)。

根據(jù)厭氧發(fā)酵前后廢水的COD及VS值可計(jì)算出COD和VS的去除率，根據(jù)總產(chǎn)氣量可以計(jì)算出單位TS、VS的產(chǎn)氣率，結(jié)果如表7所示。

表7 厭氧發(fā)酵性能對(duì)比

試驗(yàn)結(jié)果表明，過濾沖洗廢水經(jīng)過厭氧發(fā)酵后COD、VS去除率更高，但其TS、VS產(chǎn)氣率較未經(jīng)過濾沖洗廢水產(chǎn)氣率低，其原因主要是過濾后廢水黏度低、營養(yǎng)物質(zhì)少，料液發(fā)酵速度快且發(fā)酵時(shí)間短，相同條件下，沖洗廢水批式發(fā)酵22 d后穩(wěn)定，過濾后沖洗廢水11 d即達(dá)到穩(wěn)定。

綜上可知，經(jīng)過過濾的養(yǎng)禽沖洗廢水厭氧發(fā)酵效率更高，過濾后沖洗廢水可以縮短大約50%的厭氧發(fā)酵時(shí)間，這對(duì)于減少沼氣工程投入和降低工程運(yùn)行成本具有重要意義。

5 結(jié) 論

1）利用玉米秸稈作為濾料過濾養(yǎng)禽沖洗廢水，經(jīng)過過濾后的廢水不僅COD明顯降低，且大部分懸浮性雜質(zhì)也被吸附在秸稈吸附層中，使出水有機(jī)負(fù)荷顯著降低，碳氮比趨于平衡，降低了養(yǎng)禽沖洗廢水無害化處理的運(yùn)行成本。

2）采用正交試驗(yàn)探究了玉米秸稈濾料粒度、濾層厚度、濾層壓實(shí)度過濾養(yǎng)禽沖洗廢水后廢水中TS、VS和COD含量的變化。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證得到的優(yōu)化過濾條件是：玉米秸稈濾料粒度為1 cm、濾層厚度為50 cm、濾層壓實(shí)度為1.4倍密度（74.93 kg/m3），在此條件下，養(yǎng)禽沖洗廢水可以實(shí)現(xiàn)最佳過濾效果，TS去除率為31.22%、VS去除率為44.51%、COD去除率為24.07%。

3）對(duì)比過濾前后養(yǎng)禽沖洗廢水厭氧發(fā)酵的結(jié)果可知，經(jīng)過過濾后的廢水發(fā)酵速度快且發(fā)酵時(shí)間短，對(duì)降低工程運(yùn)行成本，減少工程占地面積具有重要意義。

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Filtration technology of poultry washing wastewater based on maize stover filter media

Guan Zhengjun, Yin Heng, Han Wei, Zhang Tiantian, Wu Yingtao, Chen Kezhao

(,,400715,)

Treatment of livestock and poultry wastewater has brought tremendous pressure to the surrounding environment, particularly to the large-scale and intensive breeding and mechanized farming. Poultry washing wastewater generally contains complex components, a large amount of solid particle sludge, and high ammonia nitrogen content, leading to single pretreatment means and high treatment costs. Alternatively, easily accessible, low-cost corn stalks can be used as filter materials to pretreat the poultry washing wastewater for high efficiency of wastewater treatment. It is an economical and effective way to treat waste with waste, thereby realizing the resource utilization and harmless treatment of poultry washing wastewater. Filtration pretreatment can also effectively remove suspended solids in aquaculture wastewater. Since the filtered solids were subjected to composting treatment, where together returning to the field for effective use of resources. Post-biochemical treatment was performed on the filtered wastewater, and further greatly reduced the processing costs of aquaculture wastewater. This study aims to explore the filtering law of corn stalk as a filter material, and the effects of corn-stalk particle size, compaction, and filling height of filter material on the filtration pretreatment of poultry-washing wastewater. A structural model was also established for the poultry-washing wastewater filtration device. The filtration characteristics of main pollutants were investigated in poultry washing wastewater under different particle sizes, filter thicknesses, and compactions, where the boundary conditions of each factor were determined. A single factor test was carried out to determine the boundary condition of parameters. The three-factor three-level orthogonal test was designed to clarify the effect of corn stalk filter on the poultry-washing wastewater. The results show that the filter material presented the best filtering performance when the particle size of corn stalk was 1cm, the compaction degree was 1.4 times density (74.93kg/m3), and the filling height of filter material was 50cm. The Total Solids (TS) removal rate of poultry-washing wastewater was 31.22%, the Volatile Solid (VS) removal rate was 44.51%, the Chemical Oxygen Demand (COD) removal rate was 24.07%, and the NH4+-N removal rate was 21.20%, indicating an excellent filtration performance. The anaerobic fermentation efficiency of filtered poultry-washing wastewater was much higher than before and after filtration. Under the same conditions, the anaerobic fermentation time of filtered poultry-washing wastewater was shortened by about 50%, which was of great significance to reduce the operation cost and the floor area of the project. The structure model was built for the poultry-washing wastewater filtration device using experimental parameters. The finding can provide a promising theoretical basis to develop the straw filtration equipment for aquaculture wastewaters.

filtration; anaerobic fermentation; poultry washing wastewater; maize stover; pretreatment

關(guān)正軍，尹恒，韓威，等. 基于玉米秸稈濾料的養(yǎng)禽沖洗廢水過濾技術(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37(13)：216-223.

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.13.025 http://www.tcsae.org

Guan Zhengjun, Yin Heng, Han Wei, et al. Filtration technology of poultry washing wastewater based on maize stover filter media[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(13): 216-223. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.13.025 http://www.tcsae.org

2021-02-27

2021-05-28

重慶市科技局農(nóng)高新專項(xiàng)項(xiàng)目《水禽養(yǎng)殖污水資源化利用關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范》（CSTC2019ngzx0017）

關(guān)正軍，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用。Email：zhjguan@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.13.025

S216.4

A

1002-6819(2021)-13-0216-08