1組奶牛糞便預(yù)處理設(shè)備的選用

高慶禮， 周玲娣， 趙永亮

(邳州市農(nóng)業(yè)委員會, 江蘇 邳州 221300)

1組奶牛糞便預(yù)處理設(shè)備的選用

高慶禮， 周玲娣， 趙永亮

(邳州市農(nóng)業(yè)委員會, 江蘇 邳州 221300)

試驗(yàn)選用了潛水?dāng)嚢铏C(jī)，SP雙絞刀粉碎式潛污泵，螺旋擠壓式固液分離機(jī)，濕物料粉碎機(jī)4種設(shè)備對奶牛糞便進(jìn)行預(yù)處理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決了奶牛糞便中未消化完全的粗飼料、精飼料等大顆粒、長纖維雜質(zhì)，容易堵塞進(jìn)料設(shè)備、管道、分布器、出料管的問題，減少了液面的大量浮渣，有效增加日處理量，提高了日均產(chǎn)氣率。

奶牛糞便； 預(yù)處理； 減少浮渣； 提高產(chǎn)氣率

沼氣工程原料預(yù)處理技術(shù)是為了滿足厭氧發(fā)酵工藝的特殊需要而對生物質(zhì)所做的技術(shù)處理,是對天然生物質(zhì)的一個優(yōu)化處理。原料預(yù)處理是保障厭氧發(fā)酵系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、提高產(chǎn)氣率和工程效益的重要環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)有采用先對畜禽糞尿進(jìn)行固液分離，固體部分干燥或堆漚后作為有機(jī)肥，而液體部分進(jìn)入?yún)捬跸鬟M(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)沼氣。但此法存在沼氣產(chǎn)率低(大量的固體部分并未能進(jìn)入?yún)捬跸?、存在二次污染(分離出來的固體中存在大量的病原微生物)等問題。由于奶牛糞便中含有未消化完全的粗飼料、精飼料等大顆粒、長纖維類雜質(zhì)，直接進(jìn)入?yún)捬跸魅菀桩a(chǎn)生進(jìn)料設(shè)備及管道、分布器、出料管道堵塞等問題，并在厭氧消化器內(nèi)產(chǎn)生較多的浮渣和沉渣，大量浮渣漂浮在液體表面，不能和甲烷菌進(jìn)行充分接觸，從而導(dǎo)致產(chǎn)氣率低且阻止了沼氣的通過，并且沉渣造成厭氧消化器有效容積減少，混合十分困難。

為此根據(jù)實(shí)際情況筆者對奶牛糞便厭氧發(fā)酵前的預(yù)處理設(shè)備進(jìn)行了選擇與應(yīng)用。

1 技術(shù)路線

(1)將每天產(chǎn)生的奶牛糞便收集在儲糞池內(nèi)，所述儲糞池內(nèi)安裝有混合設(shè)備，其對糞便進(jìn)行攪拌、混合，以實(shí)現(xiàn)糞便中的固液均勻。

(2)混合均勻后，采用SP雙絞刀粉碎式潛污泵將糞便打入螺旋擠壓式固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離。

(3)固液分離所得的液體經(jīng)固液分離機(jī)出水口直接排入調(diào)漿池中，固液分離所得的固體經(jīng)固液分離機(jī)的卸料口落入濕物料粉碎機(jī)的進(jìn)料口。

(4)濕物料粉碎機(jī)將固體進(jìn)行粉碎，粉碎后的固體經(jīng)粉碎機(jī)的出料口掉落至調(diào)漿池中，然后向調(diào)漿池內(nèi)加入自來水、地表水或者沼液，并開動調(diào)漿池?cái)嚢铏C(jī)，調(diào)節(jié)物料的固體濃度在3%～10%范圍內(nèi)。

(5)將調(diào)節(jié)好的物料經(jīng)進(jìn)料泵打入?yún)捬跸鬟M(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。

規(guī)模奶牛養(yǎng)殖場所收集的奶牛糞便是糞便、尿液、沖洗水的混合物，其水分含量在90%～97%，總固體含量為3%～10%，呈泥漿狀。通常奶牛糞便中粒徑大于2 mm的固體顆粒及長度大于5 mm的纖維類固體的含量占總固體40%～60%。纖維類固體主要是未消化完全的干草、秸桿、青綠飼料、青貯飼料等粗飼料，固體顆粒主要是未消化完全的玉米、高梁、大麥、燕麥、稻谷等精飼料。

2 設(shè)備選用

2.1 儲糞池和調(diào)漿池

儲糞池和調(diào)漿池為地下式磚混或鋼筋砼結(jié)構(gòu)，濕物料粉碎機(jī)安裝在調(diào)漿池池頂，固液分離機(jī)安裝在粉碎機(jī)上部，以便固液分離所得的固體從分離機(jī)卸料口靠重力落入粉碎機(jī)進(jìn)料口，粉碎后的固體從粉碎機(jī)出料口靠重力落入調(diào)漿池，固液分離所得的液體從分離機(jī)出水口靠重力自流進(jìn)入調(diào)漿池。

2.2 潛水?dāng)嚢铏C(jī)

儲糞池內(nèi)的混合設(shè)備采用的是潛水?dāng)嚢铏C(jī)，潛水?dāng)嚢铏C(jī)又稱潛水推進(jìn)器，適用于污水處理廠的工藝流程中推進(jìn)攪拌含有懸浮物的污水、稀泥漿、工業(yè)過程液體等，并創(chuàng)建水流，加強(qiáng)攪拌功能，防止污泥沉淀；其適用于奶牛糞便的潛水?dāng)嚢铏C(jī)的功率在8～15 w·m-3物料，材質(zhì)可選用碳鋼也可選用不銹鋼。

2.3 SP雙絞刀粉碎式潛污泵

SP雙絞刀粉碎式潛污泵采用獨(dú)有雙重切割水力部件，在其切割式葉輪前加裝切割旋轉(zhuǎn)刀頭，進(jìn)水口部裝固定刀，所述切割式葉輪、旋轉(zhuǎn)刀頭與固定刀均采用不銹鋼硬質(zhì)合金鍛制而成；被輸送介質(zhì)中的雜質(zhì)在進(jìn)入葉輪流道前即被絞碎，該SP雙絞刀粉碎式潛污泵能將污水中的各種麻袋、塑料編織袋、帆布手套、皮手套、棉線編織手套，以及日用塑料袋、布、衛(wèi)生紙、衛(wèi)生巾、棉紗一類的物體粉碎成絮狀隨污水一同排出，使用時不必設(shè)置昂貴的攔污和除污裝置。

2.4 螺旋擠壓式固液分離機(jī)

螺旋擠壓式固液分離機(jī)主要由主機(jī)、控制柜、 管道等組成，主機(jī)由機(jī)體、網(wǎng)篩、擠壓絞龍、電機(jī)、減速機(jī)、配重、 卸料裝置等部件組成；其工作過程如下：雙絞刀粉碎式潛污泵將混合均勻的奶牛糞便泵入機(jī)體，電機(jī)經(jīng)減速機(jī)帶動絞龍轉(zhuǎn)動，絞龍將糞水逐漸推向機(jī)體前方，同時不斷提高前緣的壓力，迫使物料中的水分?jǐn)D出網(wǎng)篩，從出水口流出；隨著糞便不斷泵入機(jī)體和絞龍的連續(xù)擠壓，機(jī)體中截留的固體越來越多，機(jī)體前緣的壓力不斷增大，當(dāng)大到一定程度時，固體物料就將卸料口頂開，經(jīng)卸料裝置排出卸料口。為了掌握出料的速度與含水量，可以調(diào)節(jié)主機(jī)下方的配重塊，以達(dá)到滿意適當(dāng)?shù)某隽蠣顟B(tài)；其中適用于奶牛糞便的螺旋擠壓式固液分離機(jī)的機(jī)體箱體為鑄鐵鑄造，絞龍主軸及螺旋葉片為304不銹鋼，網(wǎng)篩為楔形304不銹鋼條形網(wǎng)篩，網(wǎng)篩間隙在0.75 mm～2 mm。

2.5 濕物料粉碎機(jī)

濕物料粉碎機(jī)是專業(yè)粉碎高濕度、多纖維物質(zhì)的專業(yè)粉碎設(shè)備，多用于有機(jī)肥生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，用于粉碎牛糞、羊糞、雞糞等半濕物料。物料由粉碎機(jī)上部進(jìn)入粉碎機(jī)的粉碎室內(nèi)，經(jīng)粉碎室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)刀片的切割，將大顆粒、長纖維的物料粉碎機(jī)成細(xì)小的顆粒，然后經(jīng)粉碎機(jī)出料口直接落入調(diào)漿池內(nèi)。濕物料粉碎機(jī)沒有設(shè)計(jì)篩網(wǎng)篩底，這樣不會因濕料粉碎而堵塞，造成電機(jī)燒壞，影響生產(chǎn)。

該預(yù)處理中采用自來水、地表水或者沼液作為稀釋劑，稀釋后的物料的固體濃度優(yōu)選范圍是3%～8%，工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 奶牛場基本情況

以邳州市豐匯奶牛場為例展示以上預(yù)處理設(shè)備的應(yīng)用。該奶牛養(yǎng)殖場，每天產(chǎn)奶牛糞污800 t，水分含量在96%，總固體含量為4%，奶牛糞便中粒徑大于1 mm的固體顆粒及長度大于5 mm的纖維類固體的含量占總固體60%。采用刮板機(jī)將糞便刮到污水管道中，然后經(jīng)污水管道自流進(jìn)入儲糞池中。

奶牛糞污的比重為1，儲糞池的有效容積為:

V1=800000kg÷1000kg·m-3=800m3

儲糞池的裝填系數(shù)為80%，堆糞池的全容積為:

V2=800m3÷80%=1000m3

儲糞池總高度H1=5 m，儲糞池的面積:

S1=1000m3÷5m=200m2

儲糞池的長度L1=20 m，寬度W1=10 m，儲糞池的總體尺寸為L×W×H=20 m×10 m×5 m，數(shù)量為1座。

3.2 攪拌

儲糞池中設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)，功率取10 w·m-3物料，儲糞池潛水?dāng)嚢铏C(jī)總裝機(jī)功率為:

10 W·m-3×800 m3=8000 W=8 kW

設(shè)置兩臺型號為QJB4/6-320/3-960C的潛水?dāng)嚢铏C(jī)，葉輪直徑320 mm，葉輪轉(zhuǎn)速960 rpm。開動潛水?dāng)嚢铏C(jī)，約30分鐘物料混合均勻，待物料混合均勻后用設(shè)置在儲糞池內(nèi)SP雙絞刀粉碎式潛污泵打入螺旋擠壓固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離。

3.3 固液分離

固液分離時間為10小時，潛污泵的輸送能力為:

800 m3÷10 h=80 m3·h-1

選用兩臺潛污泵，每臺潛污泵的輸送能力為:

80 m3·h-1÷2=40 m3·h-1

按照這些要求，選擇兩臺型號為80SP40-15SP雙絞刀粉碎式潛污泵，該泵進(jìn)料酒甌為DN80，流量為40 m3·h-1，揚(yáng)程為15 m，電機(jī)功率為4 kW，轉(zhuǎn)速為2900 rpm，電壓為380 V。

固液分離時間為10小時，固液分離機(jī)的分離能力為:

800 m3÷10 h=80 m3·h-1

選用兩臺固液分離機(jī)，每臺分離機(jī)的分離能力為:

80 m3·h-1÷2=40 m3·h-1

按照這些要求，選擇 CT280-3型號的螺旋擠壓固液分離機(jī)，外形尺寸為2400×800×1300 mm,電壓為380 V，電機(jī)功率為5.5 kW，進(jìn)料口DN65，溢流口DN65，出水口DN100,數(shù)量為2臺。

3.4 過濾、粉碎、調(diào)漿

固液分離所得的液體經(jīng)固液分離機(jī)出水口直接排入調(diào)漿池中，固液分離所得的固體經(jīng)固液分離機(jī)的卸料口落入濕物料粉碎機(jī)的進(jìn)料口；經(jīng)濕物料粉碎機(jī)將固體進(jìn)行粉碎，粉碎后的固體經(jīng)粉碎機(jī)的出料口掉落至調(diào)漿池中。

固液分離機(jī)每小時過濾出來的固體重量(折干)為:

800000 kg×4%×60%÷10 h=1920 kg·h-1

固體含水量為40%，固液分離機(jī)每小時過濾出

來的固體重量(濕重)為:

1920 kg·h-1÷60%=3200 kg·h-1

選擇粉碎能力大于3200 kg·h-1的 BSFS-40型號的濕物料粉碎機(jī)即可，粉碎機(jī)的粉碎能力為4000 kg·h-1，電極功率22 kW。

過濾、粉碎完畢，調(diào)漿池內(nèi)物料的固體濃度在4%，不需要再進(jìn)行稀釋，開動調(diào)漿池?cái)嚢铏C(jī)混合均勻后經(jīng)進(jìn)料泵打入?yún)捬豕藜纯?。調(diào)漿池的有效容積為:

V1=800000 kg÷1000 kg·m-3=800 m3

調(diào)漿池的裝填系數(shù)為80%，調(diào)漿池的全容積為:

V2=800 m3÷80%=1000 m3

取調(diào)漿池總高度H1=5 m，調(diào)漿池的面積:

S1=1000 m3÷5 m=200 m2

取調(diào)漿池的長度L1=20 m，寬度W1=10 m，調(diào)漿池的總體尺寸為L×W×H=20 m×10 m×5 m，數(shù)量為1座。

300 m3沼氣工程采用了這些預(yù)處理設(shè)備后，有效解決了原料中的草類纖維物質(zhì)(約350 kg·d-1)，避免了進(jìn)料泵的堵塞，有效提高了產(chǎn)氣率(約提高20%)，日均產(chǎn)氣量達(dá)到300 m3(約提高60 m3·d-1)，按照每方沼氣發(fā)電1.5度，則年多發(fā)電約3.2萬度。

4 結(jié)論

以上預(yù)處理設(shè)備的使用,有效解決了奶牛糞便在直接厭氧發(fā)酵過程中存在的浮渣、沉渣、進(jìn)料設(shè)備及管道堵塞、厭氧消化時間長、產(chǎn)氣率低等問題；同時工藝流程易操作、設(shè)備少、原料利用率高，且易于實(shí)踐應(yīng)用。

[1] 陳永生，朱德文，曲浩麗，李瑞容.大中型沼氣工程原料預(yù)處理工藝及裝備技術(shù)[J].中國農(nóng)機(jī)化,2010,6.

[2] 陳永生，朱德文，曲浩麗，李瑞容.大中型沼氣工程預(yù)處理裝備技術(shù)[J].中國農(nóng)機(jī)化，2010,6.

[3] 王曉兵.畜禽養(yǎng)殖廢棄物用于沼氣生產(chǎn)的預(yù)處理系統(tǒng)研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.

[4] 秦 峰，柴曉利，趙愛華.糞便處理與處置技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[5] 王瑞波,蘭彥平,周連第,蘭衛(wèi)宗.奶牛養(yǎng)殖廢棄物處理研究[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2009, 5(30).

Selection of A Set of Dairy Cow dung Pretreatment Equipment /

GAO Qing-li, ZHOU Ling-di, ZHAO Yong-liang /

(Pizhoushi Agricultural Commission,Pizhou 221300,China)

In this paper, a set of device was selected to pretreat the cow manure for its anaerobic fermentation. The set of pretreatment device included submersible mixer,SP double reamer silk-oil pump,screw extrusion solid-liguid separator,wet material crusher.After pretreatment, the pipe blocking problem caused by the large and long fiber or other impurities were solved for the anaerobic process, and improved the daily treatment capacity and biogas production.

cow manure; anaerobic fermentation; pretreatment technology; improve gas production

2016-05-2

高慶禮(1968- ), 男，江蘇邳州人，高級農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)村能源和植保技術(shù)推廣工作，E-mail:GQL3333@163.com

S216.4

B

1000-1166(2017)03-0071-03