水葫蘆固液分離機脫水參數(shù)優(yōu)化及中試運行效果

杜 靜，奚永蘭，靳紅梅，錢玉婷，常志州，葉小梅

水葫蘆固液分離機脫水參數(shù)優(yōu)化及中試運行效果

杜 靜，奚永蘭，靳紅梅，錢玉婷，常志州，葉小梅※

（江蘇省農業(yè)科學院循環(huán)農業(yè)研究中心；江蘇省有機固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210014）

為了獲得低成本、高效率的水葫蘆規(guī)模化處理處置技術參數(shù),該研究基于50 t/d處理能力的工況，以自主研發(fā)的SHJ-400型水葫蘆固液分離機和臥式甩刀粉碎機為基礎，通過單因素試驗研究了粉碎粗細、進料量和擠壓脫水停留時間對水葫蘆規(guī)模化脫水效果的影響，同時獲得了脫水殘渣與擠壓汁液中的干物質、氮磷鉀養(yǎng)分分布規(guī)律，為水葫蘆脫水作業(yè)后殘渣及汁液的資源化利用提供參考。結果表明，適宜的水葫蘆固液分離技術參數(shù)，即水葫蘆適宜粉碎粗細為20～30 mm、進料量為8 t/h和擠壓脫水停留時間為3 min；水葫蘆脫水殘渣和擠壓汁液中的干物質分布比例分別為61.67%～65.48%和34.52%～38.33%，而大部分氮磷鉀養(yǎng)分保留于擠壓汁液中，水葫蘆粉碎和固液分離環(huán)節(jié)的減容率分別為50.25%和93.70%。此外，以處理能力50 t/d示范工程為試驗平臺，獲得了實際運行工況的脫水作業(yè)運行效果參數(shù)，即在水葫蘆初始含水率95.08%條件下，經(jīng)固液分離后水葫蘆脫水殘渣含水率為83.21%，脫水率為78.59%，水葫蘆固液分離機處理能力為6.25 t/h，并通過成本測算得到水葫蘆固液分離成本為4.40元/t。該研究所獲得低成本、高效率的水葫蘆規(guī)模化處理脫水作業(yè)技術方案，為形成水葫蘆規(guī)模化處理處置工程整體解決方案提供技術支撐。

脫水；優(yōu)化；成本；水葫蘆；技術參數(shù)；中試運行

0 引 言

水葫蘆()繁殖能力強，易于擴散，取代土著植物群，并在水庫、漁業(yè)、灌溉和水上方面造成嚴重影響。因此，水葫蘆被列為地球上繁殖能力最高的植物之一，也被認為是世界上最難治理的水生植物之一[1]。通常對水葫蘆采用的管理控制策略主要以防治為主，為控制其擴散，各國采取了各種方法，例如物理去除、化學方法(使用除草劑)和釋放生物控制劑。過去幾十年，世界上許多生態(tài)學家都在研究水葫蘆控制技術，但這些方法通常費用昂貴[2]。然而，水葫蘆具有很好的利用價值。由于水葫蘆對污水中養(yǎng)分和重金屬具有較好的吸收和去除能力，使得在污水凈化處理中被廣泛應用[3-7]；水葫蘆可以用作生產乙醇和沼氣等可再生能源的原料[8-9]；此外，水葫蘆還可以用來制作有機肥和動物飼料。因此，如何高效合理地利用水葫蘆，實現(xiàn)水葫蘆資源的綜合利用，變廢為寶，成為當前迫切需要解決的問題。

研究表明，栽種并將水葫蘆收獲使其離開水體，是從污染廢水或富營養(yǎng)化湖泊中去除營養(yǎng)物質的一種有效技術途徑[10]，水葫蘆如果打撈不及時，死亡后的殘體腐爛分解過程中將釋放大量的氮、磷等物質，導致水體二次污染[11]。水葫蘆植株的含水率通常大于95%，由于纖維組織的中空結構，使其體積較大，增加了運輸成本和利用難度，這些弊端嚴重阻礙了水葫蘆后續(xù)的資源化利用。目前國內外對水葫蘆利用的脫水或干燥技術研究較多，Innocent等[12]采用直接烘干方式研究了水葫蘆烘干脫水特性，而Solly等[13]將初始含水率為95.8%的水葫蘆在25 ℃、相對濕度68%條件下自然晾干處理15 d后，其含水率降低至72%。可見，采用自然晾干與直接烘干等方式，可以有效降低水葫蘆水分，且水葫蘆中氮、磷等養(yǎng)分損失有限，但因其脫水時間長或成本高均難在實踐中大規(guī)模應用。與傳統(tǒng)的風干、自然晾曬相比，機械脫水不僅占地小、效率高、處理及時，而且產生的水葫蘆汁便于收集，不會產生二次污染。王巖等[14]將輥輪式壓榨機應用于水葫蘆脫水，經(jīng)3次擠壓后水葫蘆渣含水率為65%～68%，季文杰等[11]研究機械壓濾對水葫蘆脫水效果的影響，結果表明水葫蘆含水率隨壓力和時間增加而降低，8 MPa壓力條件下水葫蘆含水率為66.35%；而Cifuentes等[10]設計了一種螺旋壓榨脫水方法，經(jīng)過試驗得出最優(yōu)限壓600 kPa 條件下，水葫蘆殘渣含水率為84%。然而，以上關于水葫蘆脫水方式和效果的研究大多基于實驗室規(guī)模，難以為水葫蘆規(guī)模化處理工程提供可靠的脫水技術參數(shù)。

筆者在前期工作中針對水葫蘆脫水方式、螺旋式固液分離養(yǎng)分損失規(guī)律以及不同粉碎度等影響因素[15-18]已開展了相關研究，同時還進行了水葫蘆規(guī)模化處理過程中的粉碎預處理中試方案比選[19]。上述研究主要基于小試平臺對脫水環(huán)節(jié)進行了效果、處理效率及成本分析，同時也基于中試規(guī)模比選了水葫蘆粉碎作業(yè)環(huán)節(jié)的技術方案，著重探討了粉碎作業(yè)技術方案對脫水效果的影響及運行成本分析，但對于規(guī)模化處理方式下水葫蘆脫水環(huán)節(jié)的技術參數(shù)尚缺乏相關研究。因此，本文開展了水葫蘆規(guī)模化處理工況下脫水作業(yè)的技術參數(shù)比選研究，并通過物料減容率、脫水前后干物質及養(yǎng)分分布、殘渣含水率等脫水效果分析，以期獲得低成本、高效率的水葫蘆規(guī)模化處理脫水作業(yè)技術方案，為形成水葫蘆規(guī)模化處理處置工程整體解決方案提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮水葫蘆采自江蘇省常州武進水葫蘆示范基地，其基本性狀見表1。

表1 新鮮水葫蘆基本性狀（養(yǎng)分以干基計）

1.2 試驗設備

1.2.1 水葫蘆機械打撈船

采用張家港市海豐水面環(huán)保機械有限公司生產的HF226B-PT型水葫蘆機械打撈船。船上配備有粉碎設備，即江蘇省農業(yè)科學院自行研發(fā)的漂浮植物高效減容裝置[20]。

1.2.2 水葫蘆布料設備及傳輸生產線

采用江蘇省農業(yè)科學院委托常州市蘇風機械廠訂制生產的水葫蘆粗粉碎料布料裝置，以便供給2條傳輸粉碎生產線均勻喂料作業(yè)，其布料原理采用雙軸異向螺旋絞龍方式向兩側均勻供料。傳輸生產線采用不銹鋼鏈條網(wǎng)帶，并配合地下嵌入式安裝，傳送帶長度=10 m。

1.2.3 水葫蘆二次粉碎機

采用自行研制的水生植物專用粉碎機，即臥式甩刀粉碎機[21]，型號SHJ-400型，處理能力20～30 t/h，電動機功率=7.5 kW。通過調節(jié)水葫蘆粉碎機的作業(yè)轉速來獲得不同粉碎粗細效果的水葫蘆。

1.2.4 固液分離機

試驗所用的水葫蘆脫水設備采用自主研發(fā)的SHJ-400型水葫蘆固液分離機，功率=11 kW，螺旋擠壓通道有效直徑=400 mm，處理量為6～10 t/h，如圖1所示。

1.3 試驗設計

1.3.1 水葫蘆脫水處理各環(huán)節(jié)及工藝說明

1）水葫蘆打撈及水上運輸方式：試驗采用機械打撈船進行水葫蘆打撈，然后將水葫蘆粗粉碎物料（粉碎粗細約5～10 cm）裝入1 m3尼龍袋并通過運輸船運送到岸（通常1艘運輸船單趟運送12袋）。

1. 電動機2. 變速箱3. 螺旋擠壓裝置4. 出液通道5. 過濾篩網(wǎng)6.機架 7. 出料機構8. 進料裝置9. 系統(tǒng)控制柜

2）水葫蘆轉駁方式：采用岸基航吊轉駁。

3）水葫蘆粉碎方式：水葫蘆經(jīng)打撈船粗粉碎后再經(jīng)水生植物專用粉碎機[21]進行二次粉碎處理。

4）水葫蘆脫水工藝：采用即時粉碎即時脫水方式，即新鮮水葫蘆粗粉碎料經(jīng)二次粉碎處理后被投入調節(jié)池，然后加水混合（僅初次加水，后續(xù)則采取汁液回用）后經(jīng)立式潛污泵[22]抽吸入螺旋式固液分離機進行脫水處理，擠壓汁液一部分回用至調節(jié)池（回用量以調節(jié)粉碎水葫蘆與水比例為1∶0.6），多余部分則進入擠壓汁貯存池，作為后續(xù)資源化利用環(huán)節(jié)的原料。

1.3.2 水葫蘆脫水效果及設備性能影響研究

為了獲得水葫蘆固液分離機最佳的脫水效果，以固液分離機處理能力、脫水殘渣含水率和能耗為脫水效果指標，針對水葫蘆粉碎粗細程度、進料量和擠壓持續(xù)時間3個影響因素，分別開展了單因素脫水效果優(yōu)化研究，每次試驗按照處理能力50 t/d計，每批次試驗重復3次，記錄相關參數(shù)并采集水葫蘆粉碎前后樣品、固液分離殘渣及擠壓汁樣品，進行含水率、懸浮物（mixed liquid suspended solids, MLSS）、化學需氧量(chemical oxygen demand, COD)、氮磷鉀養(yǎng)分等分析。

1.4 測試方法

水葫蘆粉碎粗細測定：以10、20、30、40 mm為分界，將粉碎后水葫蘆按照長度大小分類稱取質量，然后采用各部分質量占總質量的百分比分布來表示粗細程度，試驗重復5次，取平均值；電耗：采用單相電子式電能表DDSY879-D測定；殘渣質量：用保衡電子秤TCS-100稱質量；懸浮物濃度和擠壓汁養(yǎng)分分析：參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》第三版[23]；殘渣養(yǎng)分測定：參照《土壤農化分析》[24]。采用Excel 2003進行數(shù)據(jù)分析。

2 結果與分析

2.1 水葫蘆固液分離機脫水技術參數(shù)優(yōu)化

水葫蘆固液分離機脫水技術參數(shù)優(yōu)化的試驗結果見表2。結果表明，當設定試驗進料量8 t/h，擠壓持續(xù)時間3 min，隨著水葫蘆粉碎粗細程度由10至40 mm逐漸增大，水葫蘆固液分離機的處理能力呈先增大后減小趨勢，而脫水殘渣含水率呈逐漸增加趨勢，分析其原因可能是由于較大顆粒的水葫蘆粉碎料容易漂浮，難以與水混合均勻，造成吸料泵難以吸入更多有效的水葫蘆粉碎物料，從而導致固液分離處理能力下降。而從單位處理能力能耗角度分析發(fā)現(xiàn)，粉碎環(huán)節(jié)能耗隨著水葫蘆粉碎物料粗細程度的增加而逐漸降低，固液分離環(huán)節(jié)能耗則呈現(xiàn)先降低后增加趨勢。綜合考慮處理能力、脫水殘渣含水率以及單位處理能力能耗等指標，得出水葫蘆適宜的粉碎粗細程度為20～30 mm。

表2 水葫蘆固液分離機脫水工藝技術參數(shù)優(yōu)化

注：相同因素下同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著（<0.05），不同大寫字母表示差異極顯著（<0.01）,=3

Note: There was significant difference between different lowercase letters in the same column data under the same factors (< 0.05), and significant differences in different capital letters (< 0.01),=3.

在水葫蘆進料量對比試驗中，設定水葫蘆粉碎粗細為20～30 mm, 擠壓持續(xù)時間3 min，結果表明，隨著單位時間水葫蘆進料量增加，固液分離機的處理能力先逐漸增加后降低，水葫蘆脫水殘渣含水率呈逐漸增加趨勢，單位處理能力能耗在粉碎環(huán)節(jié)不變的條件下，固液分離環(huán)節(jié)能耗呈先降低后增加趨勢。綜合考慮處理能力、脫水殘渣含水率以及單位處理能力能耗等指標，得出水葫蘆適宜的進料量為8 t/h。

在水葫蘆擠壓持續(xù)時間對比試驗中，設定試驗進料量8 t/h, 水葫蘆粉碎粗細為20～30 mm，結果表明，水葫蘆處理能力呈先增加后逐漸降低趨勢，水葫蘆脫水殘渣含水率則呈逐漸減低趨勢，單位處理能力能耗在粉碎環(huán)節(jié)基本不變的條件下，固液分離環(huán)節(jié)能耗呈先降低后增加趨勢。綜合考慮處理能力、脫水殘渣含水率以及單位處理能力能耗等指標，得出水葫蘆適宜的擠壓停留時間為3 min。

2.2 水葫蘆固液分離過程中的干物質及養(yǎng)分分布

為了考察水葫蘆專用固液分離機規(guī)模化工程應用中的分離效果，在2.1中所優(yōu)化出的參數(shù)指標中優(yōu)選水葫蘆粉碎粗細程度為20～30 mm，進料量為8 t/h，擠壓停留時間為3 min，試驗的水葫蘆量為50 t，試驗重復3個批次。表3和表4分別為固液分離過程中干物質和養(yǎng)分在脫水殘渣和擠壓汁液中的分布情況。

如表3所示，在本次試驗中，所用水葫蘆粉碎渣含水率為95.94%，高于前述脫水技術參數(shù)比選試驗所用水葫蘆的含水率，導致水葫蘆脫水殘渣的含水率在82.67%～85.23%之間波動，水葫蘆擠壓汁混合液懸浮固形物含量在8.76～9.12 g/L之間波動；從干物質分布角度分析，其中61.67%～65.48%的干物質分布于水葫蘆脫水殘渣中，而34.52%～38.33%的干物質分布于擠壓汁中。從表4中氮磷鉀養(yǎng)分分布來看，氮、磷、鉀在脫水殘渣中的分布比例分別為26.74%～37.83%、24.62%～26.27%和11.40%～15.94%，而大部分的氮磷鉀養(yǎng)分均分布于擠壓汁液中。此外，脫水殘渣的氮磷鉀隨著脫水殘渣含水率的降低而降低，可能由于隨著固液分離過程擠壓程度增加和脫水效果的提升，使得水葫蘆組織細胞破裂比例增加，導致更多的胞內氮磷鉀養(yǎng)分被釋放并轉移至擠壓汁中，這一結果與筆者之前的研究相一致[22-23]。

表3 水葫蘆固液分離過程中的干物質分布

2.3 水葫蘆粉碎和固液分離環(huán)節(jié)減容率分析

試驗中對水葫蘆粉碎和固液分離環(huán)節(jié)的減容率進行了研究，設定試驗進料量8 t/h，水葫蘆粉碎粗細為20～30 mm, 擠壓持續(xù)時間3 min，在此工況下，水葫蘆粉碎和固液分離環(huán)節(jié)的減容率分別為50.25%和93.70%。舉例如下：水葫蘆的高度為100～120 cm，體積為5 m3/t，粉碎后的體積約為2.48 m3，脫水后的體積僅為0.3 m3。可見，開展水葫蘆粉碎和固液分離環(huán)節(jié)的規(guī)模化處理技術為后續(xù)資源化利用提供了便利，大大節(jié)省了運輸和堆放場地等成本。

2.4 水葫蘆規(guī)模化處理工況下脫水作業(yè)效果分析

為了考察水葫蘆固液分離設備的規(guī)模化運行可靠性及實際運行效果，本研究基于50 t/d處理能力條件下模擬試驗所優(yōu)化的脫水作業(yè)運行效果參數(shù)，并進行了成本測算。結果表明，經(jīng)固液分離后水葫蘆脫水殘渣含水率為83.21%，脫水率為78.59%（即水葫蘆脫水過程中被擠壓并進入擠壓汁液中的水葫蘆水分與水葫蘆原料所含有水分之間的比值），水葫蘆專用固液分離機處理能力為6.25 t/h，水葫蘆固液分離的成本為4.4元/t（表5），這一結果可為水葫蘆規(guī)模化處理處置工程設計提供數(shù)據(jù)支撐。

利用水葫蘆提取富營養(yǎng)化水體中氮磷等養(yǎng)分資源，并運用實用的規(guī)模化處理處置技術，最終實現(xiàn)氮磷養(yǎng)分資源高值化利用，既減輕水體污染，又起到了變廢為寶的目的。有關水葫蘆修復污染水體效果與機理方面的研究已取得眾多成果，但有關水葫蘆生態(tài)修復污染水體工程化技術，特別是規(guī)模化安全種養(yǎng)技術、機械化打撈技術、工廠化加工處置技術和資源化利用技術方面的研究較為缺乏。因此，今后的研究應著重圍繞以下幾個方面：從技術研究層面上，后續(xù)還將圍繞水葫蘆脫水作業(yè)規(guī)模化運行的相關技術參數(shù)開展組合優(yōu)化研究，從政策層面上，一是建議政府部門加大對富營養(yǎng)化水體的治理力度，推廣運用水葫蘆修復水體及資源化利用技術，二是建議完善生態(tài)補償政策，盡快建立生態(tài)補償機制，吸引社會資本參與污染水體治理工作。

表4 固液分離過程中的養(yǎng)分分布

表5 水葫蘆規(guī)模化處理工況下脫水作業(yè)效果分析

注：固液分離機處理能力按照1 d處理50 t水葫蘆需要運行8 h進行計算得出；固液分離環(huán)節(jié)處理成本計算方法：整套設備（粉碎+脫水）總能耗約為100 kW·h，折合120元（以工業(yè)用電1.2元/kW·h計）；每天運行需人工1人，折合100元（以用工成本100元/d計），即日處理50 t水葫蘆的固液分離成本為4.40元。

Note：The treatment capacity of the solid-liquid separator is calculated according to the operation time of 50 tons of water hyacinth in one day, and the calculation method of the treatment cost of the solid-liquid separation link is as follows: the total energy consumption of the whole equipment (crushing and dehydration) is about 100 kW ·h, equivalent to 120 yuan (measured by industrial electricity consumption of 1.2 yuan / kW ·h). It takes 1 person to run every day, equivalent to 100 yuan (based on the labor cost of 100 yuan / d), that is, the solid-liquid separation cost of 50 tons of water hyacinth per day is 4.40 yuan.

3 結 論

1）通過水葫蘆固液分離效果單因素優(yōu)化研究，獲得了較適宜的固液分離技術參數(shù)，即水葫蘆粉碎粗細程度為20～30 mm，進料量為8 t/h，擠壓停留時間為3 min。

2）獲得了基于50 t/d處理能力工況下的水葫蘆脫水干物質和養(yǎng)分分布規(guī)律，水葫蘆脫水殘渣和擠壓汁液中的干物質分布比例分別為61.67%～65.48%和34.52%～38.33%，而氮磷鉀養(yǎng)分在脫水殘渣中的分布比例分別為26.74%～37.83%、24.62%～26.27%和11.40%～15.94%，大部分養(yǎng)分保留于擠壓汁液中。此外，水葫蘆粉碎和固液分離環(huán)節(jié)的減容率分別為50.25%和93.70%。

3）以處理能力50 t/d 示范工程為試驗平臺，獲得了實際運行工況的脫水作業(yè)運行效果參數(shù), 水葫蘆脫水殘渣含水率為83.21%，脫水率為78.59%，水葫蘆固液分離機處理能力為6.25 t/h，并通過成本測算得到水葫蘆固液分離成本為4.40元/t，這些參數(shù)為水葫蘆規(guī)模化處理處置工程設計提供了數(shù)據(jù)支撐。

[1] Ogwang J A, Molo R. Threat of water hyacinth resurgence after a successful biological control program[J]. Biocontrol Science and Technology, 2004, 14(6): 623－626.

[2] Elias S, Mohamed M, Ankur AN, et al. Water hyacinth bioremediation for ceramic industry wastewater treatment application of rhizofiltration system[J]. Sains Malaysiana, 2014, 43(9): 1397－1403.

[3] Gupta P, Roy S, Amit B, et al. Treatment of water using water hyacinth, water lettuce and vetiver grass: A review[J]. Resour Environ, 2012, 2(5): 202－215.

[4] Swarnalatha K, Radhakrishnan B. Studies on removal of Zn & Cr from aqueous solutions using water hyacinth[J]. Pollution, 2015, 1(2): 193－202.

[5] Abhang R M, Wani K S, Patil V S, et al. Nanofiltration for recovery of heavy metal ions from wastewater: A review[J]. Int J Res Environ Sci Technol, 2013, 3(1): 29－34.

[6] Ajibade F O, Adeniran K A, Egbunac K. Phytoremediation efficiencies of water hyacinth in removing heavy metals in domestic sewage (a case study of University of Ilorin, Nigeria)[J]. Int J Eng Sci, 2013, 2(12): 16－27.

[7] Vijaykumar G, Manikandan I, M.G.Ananthaprasad, et al. Water hyacinth: A unique source for sustainable materials and products[J]. ACS Sustainable Chem.Eng, 2017, 5(6): 4478－4490.

[8] Shailendra M M. Water hyacinth (Eichhornia crassipes) chopper cum crusher: A solution for lake water environment [J]. Journal of Energy Technologies and Policy, 2013, 3(11): 299－306.

[9] Szczeck M M. Suppressiveness of vermicompost against fusarium wilt of tomato[J]. Journal of Phytopathology, 2010, 147(3): 155－161.

[10] Cifuentes J, Baganall L O. Pressing characteristics of water hyacinth[J]. Journal of Aquatic Plant Management, 1976,14: 71－75.

[11] 季文杰，姚寰琰，陳斌，等. 水葫蘆壓濾脫水與鮮汁強化除磷工藝[J]. 環(huán)境工程學報，2019，13(1)：195－203. Ji Wenjie, Yao Huanyan, Chen Bin, et al. Process of mechanical dewatering of water hyacinth and enhanced phosphorus removal from its fresh juice[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2019, 13(1): 195－203. (in Chinese with English Abstract)

[12] Innocent C O A, Lawrence O G, Ayub N. Gitau “dewatering and drying characteristics of water hyacinth (Eichhornia Crassipes) petiole. part II) drying characteristics”[J]. Agricultural Engineering International, 2008, 3(6): 7－33.

[13] Solly R K. Integrated Rural Development With Water Hyacinth[C]. In: Proceedings of The International Conference On Water hyacinth, 1984: 70－78.

[14] 王巖，張志勇，張迎穎，等. 一種新型水葫蘆脫水方式的探索[J]. 江蘇農業(yè)科學，2013，41(10)：286－288. Wang Yan, Zhang Zhiyong, Zhang Yingying, et al. Study on a new dewatering method of water hyacinth[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2013, 41(10): 286－288. (in Chinese with English Abstract)

[15] 杜靜，常志州，黃紅英. 水葫蘆脫水工藝參數(shù)優(yōu)化研究[J].江蘇農業(yè)科學，2010,38(2)：267－269. Du Jing, Chang Zhizhou, Huang Hongying. Study on optimization of technological parameters of dehydrated with water hyacinth [J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2010,38(2): 267－269. (in Chinese with English Abstract)

[16] 杜靜，常志州，葉小梅，等. 壓榨脫水中水葫蘆氮磷鉀養(yǎng)分損失研究[J]. 福建農業(yè)學報，2010，25(1)：104－107. Du Jing, Chang Zhizhou, Ye Xiaomei, et al. Losses in nitrogen, phosphorus and potassium of water hyacinth dehydrated by mechanical press[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2010, 25(1): 104－107. (in Chinese with English Abstract)

[17] 杜靜，常志州，葉小梅，等. 水葫蘆粉碎程度對脫水效果影響的中試[J]. 農業(yè)工程學報，2012，28(5)：207－212. Du Jing, Chang Zhizhou, Ye Xiaomei, et al. Pilot-scale study on dewatering effect of water hyacinth with different pulverization degree[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(5): 207－212. (in Chinese with English Abstract)

[18] 葉小梅，常志州，錢玉婷，等. 鮮水葫蘆與其汁液厭氧發(fā)酵產沼氣效率比較[J]. 農業(yè)工程學報，2012，28(4)：208－214. Ye Xiaomei, Chang Zhizhou, Qian Yuting, et al. Comparison of biogas production efficiency of anaerobic digestion using water hyacinth and its juice from solid-liquid separation as feedstock[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(4): 208－214. (in Chinese with English Abstract)

[19] 杜靜，錢玉婷，靳紅梅，等. 水葫蘆規(guī)模化脫水作業(yè)前粉碎預處理方案中試比選[J]. 農業(yè)工程學報， 2017，33(15)：266－271. Du Jing, QianYuting, Jin Hongmei, et al. Comparison and selection of smash pretreatment scheme before dewatering in large scale for water hyacinth[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(15): 266－271. (in Chinese with English Abstract)

[20] 張志勇，劉海琴，劉國鋒，等. 漂浮植物高效減容裝置.中國專利：201020100683. 5 [P]. 2010-11-17. Zhang Zhiyong, Liu Haiqin, Liu Guofeng, et al. An efficient volume reduction device for floating plants. Chinese patent: 201020100683. 5 [P]. 2010-11-17.

[21] 杜靜，楊新寧，常志州，等. 一種專用于水生植物的粉碎機. 中國專利:201120099076. 6 [P]. 2011-11-16. Du Jing, Yang Xinning, Chang Zhizhou, et al. A special aquatic plant mill. Chinese patent:201120099076.6 [P]. 2011-11-16.

[22] 杜靜，楊新寧，常志州，等. 抽取高濃度污料的立式潛污泵. 中國專利：201120099096.3[P]. 2011-11-16. Du Jing, Yang Xinning, Chang Zhizhou, et al. Extraction of high concentration sewage material vertical submerged pump. Chinese patent: 201120099096.3[P]. 2011-11-16.

[23] 國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會. 水和廢水監(jiān)測分析方法[M]. 北京：中國環(huán)境科學出社,1989.

[24] 鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 北京：中國農業(yè)出版社，2000：264－271.

Dehydration parameters optimization of water hyacinth solid-liquid separator and pilot operation effect

Du Jing, Xi Yonglan, Jin Hongmei, Qian Yuting, Chang Zhizhou, Ye Xiaomei※

(210014,)

Water hyacinth is one of the most fertile plants in the world and is considered to be one of the most difficult aquatic plants to control because of its strong reproductive ability and easy diffusion. As the moisture content of water hyacinth plant is up to 95%, the dewatering of water hyacinth becomes the key technical link to realize its subsequent resource and harmless utilization, and the degree of dehydration becomes the bottleneck restricting its subsequent treatment. In the previous work, the influence factors such as dehydration mode of water hyacinth, nutrient loss rule of spiral solid-liquid separation and different degree of comminution are studied. At the same time, the pilot-scale pretreatment scheme of water hyacinth in large-scale treatment is compared, but research on the technical parameters of water hyacinth dehydration in large-scale treatment is limited. In order to obtain the technical parameters of large-scale treatment and disposal of water hyacinth with low cost and high efficiency, this study was based on the working condition of 50 t/d processing ability, based on the SHJ- 400 water hyacinth solid-liquid separator and horizontal cutter shaker developed independently. The effects of crushing size, feed amount and extrusion dewatering residence time on the large-scale dehydration effect of water hyacinth were studied by single factor test, and the distribution of dry matter, nitrogen, phosphorus and potassium nutrients in dewatering residue and extruded juice were obtained at the same time. The results showed that the suitable solid-liquid separation technical parameters of water hyacinth were obtained, that was, the suitable comminution diameter of water hyacinth was 20 - 30 mm, the feed quantity was 8 t / h, and the retention time of extrusion and dehydration was 3 min. The percentage of dry matter in dewatered residue and extruded juice of hyacinth was 61.67% - 65.48% and 34.52%-38.33%, respectively, while most nitrogen, phosphorus and potassium nutrients remained in extruded juice. The capacity reduction rates of water hyacinth crushing and solid-liquid separation were 50.25% and 93.70%, respectively. In addition, taking the treatment capacity 50 t/d demonstration project as the test platform, the operating effect parameters of the dehydration operation under the actual operation condition were obtained, that was, under the condition of the initial moisture content of the water hyacinth 95.08%, after solid-liquid separation, the moisture content of dewatered residue of water hyacinth was 83.21%, the dewatering rate was 78.59%, and the treatment capacity of water hyacinth solid-liquid separator was 6.25 t / h. The cost of solid-liquid separation of water hyacinth was 4.40 yuan/t. We obtained low cost and high efficiency water hyacinth large-scale treatment dewatering operation technical scheme, and provided the technical support for forming the whole solution of the water hyacinth large-scale treatment and disposal project.

dehydration; optimization; cost; water hyacinth; technical parameter; pilot run

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.024

X705

A

1002-6819(2019)-13-0204-06

2018-12-08

2019-04-22

國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFD0800802-02）; 江蘇省農業(yè)自主創(chuàng)新項目（CX(18)3060）

杜 靜，男（漢族），四川眉山人，副研究員，主要從事農業(yè)廢棄物資源循環(huán)利用技術研究。Email：dj1982111@126.com

葉小梅，女（漢族），福建長汀人，研究員，主要從事農業(yè)廢棄物資源化及循環(huán)利用模式研究。Email：yexiaomei610@126.com

杜靜，奚永蘭，靳紅梅，錢玉婷，常志州，葉小梅.水葫蘆固液分脫水離機參數(shù)優(yōu)化及中試運行效果[J]. 農業(yè)工程學報，2019，35(13)：204－209. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.024 http://www.tcsae.org

Du Jing, Xi Yonglan, Jin Hongmei, Qian Yuting, Chang Zhizhou, Ye Xiaomei.Dehydration parameters optimization of water hyacinth solid-liquid separator and pilot operation effect[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(13): 204-209. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.024 http://www.tcsae.org