应用常压脉冲电场处理畜禽粪污厌氧消化液的研究

论文摘要

脉冲电场(PEF)非热灭菌技术是一种新兴的高效杀菌方法,具有处理时间短、能耗低、无二次污染等明显技术优势。为了有效扩展脉冲电场技术在污水处理领域中的应用价值,本文在自主研制了一套常规电压脉冲电场处理装置的基础上,首次将此技术成功地应用于畜禽粪污厌氧消化液的后处理中,并继续对该装置的消毒作用机理及环境因素对消毒效果的影响等进行了系统研究。研究结果表明: (1) 本文研制的常压脉冲电场处理装置主要参数为:输入电压220V,脉冲宽度1ms,脉冲间歇9ms,脉冲频率100Hz,方波脉冲波形,MOSFET开关元件。处理时间可调控成10S、30S、1min、3min、5min五档。处理室为玻璃制长方体,容积1000ml:电极为直径约1cm的不锈钢棒状。该装置成本较低,适用于畜禽养殖业污液的污染治理工程,便于大规模的推广和商业化应用。 (2) 通过系统分析该装置的消毒作用过程,初步认为,脉冲电场的消毒作用应主要包括电磁效应、力学效应、声学效应和光学效应等,电解、热学及臭氧三种效应的贡献率较小。 (3) 处理时间是影响该装置消毒效果的重要因素。在10s～1min范围内,粪大肠杆菌的去除率随时间的延长而急剧上升,当超过1min时,处理后的卫生效果随时间延长而提高的梯度变得越来越小,继续增加消毒时间已无实际意义。 (4) 在电极为棒状的静态处理系统中,当电极间距在0.9～2.5mm范围内变化时,粪大肠杆菌去除率变化不大;当超出这一范围时,消化液处理后的卫生状况将显著恶化。 (5) 消化液初始pH值对消毒效果的影响较为明显,且碱性条件较酸性条件更有利于消化液灭菌。分析原因,可能与实验原水中指示菌的粪大肠杆菌属于耐酸微生物类有关。 (6) 在处理装置的当前系统配置条件下,通过正交实验确定处理时间5min,初始pH为7.3,COD调为500mg/L时,脉冲电场的消毒效果最好,粪大肠杆菌的去除率可达90%以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 畜禽粪污沼气发酵卫生效果研究现状
• 1.2.1 提高沼气发酵工程卫生状况的措施
• 1.2.1.1 沼气发酵工艺方面的改进
• 1.2.1.2 发酵温度对粪污处理效果的影响
• 1.2.2 提高沼气发酵无害化效果进程中存在的问题
• 1.3 脉冲电场消毒技术研究现状
• 1.3.1 基本原理
• 1.3.2 脉冲电场的消毒机理
• 1.3.2.1 细菌的基本结构
• 1.3.2.2 消毒机理的假说
• 1.3.2.3 消毒机理的生物电学解释
• 1.3.3 影响脉冲电场消毒的因素
• 1.3.4 处理系统的设计和发展
• 1.3.5 脉冲电场消毒技术在粪污厌氧消化液后处理中的应用前景
• 1.4 结语
• 2 常规电压脉冲电场处理畜禽粪污厌氧消化液装置的研制
• 2.1 引言
• 2.2 常规电压脉冲处理系统的主电路及参数确定
• 2.3 电极处理室的制作
• 2.4 整机调试与波形测试
• 3 常压脉冲电场处理畜禽粪污厌氧消化液消毒效果研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验设计
• 3.2.1 实验目的及原理
• 3.2.2 实验流程
• 3.2.3 影响因素分类
• 3.3 实验材料与方法
• 3.3.1 实验原水
• 3.3.2 实验仪器
• 3.3.3 实验装置
• 3.3.4 实验药品
• 3.3.5 实验方法
• 3.3.5.1 分析项目与监测方法
• 3.3.5.2 脉冲电场消毒处理方法
• 3.4.实验结果与数据分析
• 3.4.1 消毒机理探讨试验
• 3.4.1.1 臭氧效应验证实验
• 3.4.1.2 力学、声学及光学效应的验证
• 3.4.1.3 电解效应验证实验
• 3.4.2 脉冲电场的处理对消化液COD值的作用
• 3.4.3 脉冲电场处理对消化液温度的影响
• 3.4.4 处理时间对脉冲电场消毒效果的影响
• 3.4.5 消化液的化学需氧量（COD）与消毒效果的关系
• 3.4.6 消化液初始pH与消毒效果的关系
• 3.4.7 电极距离（电场强度）对消毒效果的影响
• 3.4.8 最佳工艺条件确定试验
• 4 结论与建议
• 4.1 主要研究结论
• 4.2 本研究的创新之处
• 4.3 存在的问题及对将来工作的建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢