畜禽廢棄物急速發(fā)酵裝備設計研究

■文/江西省農(nóng)業(yè)機械研究所 胡彬生 何仁財

畜禽廢棄物急速發(fā)酵裝備設計研究

■文/江西省農(nóng)業(yè)機械研究所 胡彬生 何仁財

畜禽廢棄物是一直放錯了地方的資源，內(nèi)含有營養(yǎng)豐富的物質(zhì)(N、P、K及有機質(zhì)等)，處理得好可實現(xiàn)變廢為寶，環(huán)境友好，為民所用。文章從中小型企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模及經(jīng)濟實力出發(fā)，設計一套立體式急速密閉發(fā)酵設備，能夠根據(jù)發(fā)酵物質(zhì)特性邊翻拌邊實現(xiàn)準確及時全方位曝氣供氧，縮短發(fā)酵時間，減少占地面積，解決環(huán)境惡化與能源短缺之間的矛盾，同時可增加養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟收入，有效促進農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

廢棄物產(chǎn)生量；急速立式密閉發(fā)酵設備；發(fā)酵設備機理；翻拌曝氣

1 引言

1.1 糞便污染原因

中小型企業(yè)由于受資金限制，廢棄物處理較簡單，有些散養(yǎng)戶將畜禽廢棄物堆積或直排，這些狀況的累積已經(jīng)破壞了環(huán)境和土壤的自凈能力，對所在的土壤、水體、空氣及人們生活產(chǎn)生了嚴重影響，環(huán)境一旦惡化越來越嚴重，將危及人畜健康。

1.2 養(yǎng)殖戶的意識

養(yǎng)殖企業(yè)只關注養(yǎng)殖畜禽生長過程所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，卻長期忽視廢棄物排泄破壞環(huán)境嚴重性等問題。廢棄物處理設施投資不足，排污裝備不完善；養(yǎng)殖場地選址不當，廢棄物量不經(jīng)處理直排超環(huán)境負荷，破壞環(huán)境。

然而，隨著人們經(jīng)濟生活水平提高，法律法規(guī)的健全及環(huán)保意識增強，畜禽廢棄物處理技術裝備越來越受關注青睞，本文根據(jù)中小型養(yǎng)殖企業(yè)實況與畜禽廢棄物發(fā)酵機理特性，研制一套立式密閉急速發(fā)酵裝備來滿足企業(yè)需求，以減量穩(wěn)定化、資源無害化及產(chǎn)業(yè)效益化為處理原則，消減廢棄物污染，促進養(yǎng)殖、生態(tài)、環(huán)境良性循環(huán)。

2 廢棄物產(chǎn)生量

畜禽每天的飲食總料量一部分被消化吸收轉(zhuǎn)化增加體重與機體機能組織，一部分未被消化吸收排到體外，排到體外的就是畜禽廢棄物。如果隨意排放超環(huán)境負荷會污染周圍環(huán)境，甚至危及人畜健康，并且糞尿中富含N、P、K及有機質(zhì)，是優(yōu)質(zhì)資源，但放錯了地方就成為污染源。研究表明，畜禽糞便排放量的計算公式如下：

式中：Q：畜禽糞便排放總量(t)；

ki：畜禽糞便排放系數(shù)(kg/頭·d)；

Ni：畜禽飼養(yǎng)數(shù)量(只)；

Ti：飼養(yǎng)時間 (d)。

3 立式密閉急速發(fā)酵設備機理

3.1 設計客觀依據(jù)

針對養(yǎng)殖戶經(jīng)濟實力，研發(fā)的廢棄物處理裝備以用戶用得起、會操作，能解決畜禽廢棄物污染難題，適當增加養(yǎng)殖戶經(jīng)濟收入為出發(fā)點，充分考慮物料好氧發(fā)酵特點設計而成。

圖1 立式密閉急速發(fā)酵機理及工藝要求

圖2 立式回轉(zhuǎn)翻拌機構(gòu)與曝氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖與發(fā)酵裝置三維外形圖

3.2 裝備發(fā)酵機理設計

本項目設計是依據(jù)發(fā)酵物料重力向下移位和熱風空氣向上浮原理，設計立式回轉(zhuǎn)翻拌機構(gòu)在發(fā)酵過程中依發(fā)酵溫度、水分、氧氣、氨氣含量，通過多方位信號傳遞反饋控制驅(qū)動發(fā)酵翻拌機構(gòu)和曝氣供氧時間，實現(xiàn)智能準確全方位供氧發(fā)酵，達到立式密閉、急速、智能在線控制環(huán)保的要求，其工作原理及工藝技術要求如圖1所示。

4 翻拌機構(gòu)與曝氣裝置設計

發(fā)酵翻拌機構(gòu)的設計機理是為了發(fā)酵均勻、翻拋疏松與氧氣充分接觸，散發(fā)熱量，避免堆積溫度過高，其機構(gòu)是立式回轉(zhuǎn)攪拌機構(gòu)與曝氣供氧裝置緊密結(jié)合在一起，曝氣系統(tǒng)與攪拌系統(tǒng)主、干支路(驅(qū)動軸與槳葉)結(jié)構(gòu)內(nèi)中相通聯(lián)接，即翻拌曝氣系統(tǒng)在翻拌物料的同時將空氣導入發(fā)酵料中（如圖2所示），在立式水平回轉(zhuǎn)攪拌同時進行曝氣，物料在重力作用下向下移位，而熱空氣向上升浮，使得密閉室內(nèi)物料發(fā)酵曝氣均勻，由于立式密閉發(fā)酵裝備發(fā)酵處理量大，要克服發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)上φ4～5m和4～5m高度內(nèi)發(fā)酵物料帶來的巨大扭矩，并且根據(jù)發(fā)酵特性需要合適的翻拌速率和氧氣量，在動力設計選型上采用步進式液壓驅(qū)動，實現(xiàn)驅(qū)動力大且速度慢。

5 廢氣處理設計

生物過濾臭氣處理系統(tǒng)是一種經(jīng)濟有效的氣味控制方法。生物過濾技術可以使畜禽舍內(nèi)的臭味和硫化氫含量降低95%，氨氣含量降低65%，可以有效處理廢棄物散出的氣體，臭氣經(jīng)處理系統(tǒng)的管道引入生物除臭濾池內(nèi)，其結(jié)構(gòu)設計為多層塔式結(jié)構(gòu)，除臭介質(zhì)是借助發(fā)酵腐熟的有機質(zhì)、秸稈及菌種等填料，填料內(nèi)生存著微生物種群，臭氣通過填料時被轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。

生物過濾除臭機理如圖3所示，設計臭氣生物過濾系統(tǒng)時必須考慮到微生物活性生存環(huán)境、使用效果、處理量和時效性，因此在設計時需結(jié)合被處理氣體的體積流量、其所含的特殊污染物的種類及濃度，濾床材料特性、尺寸規(guī)格、含水率、維護和建造費用，合理設計計算濾床面積、風量、選擇濾床材料、控制含水率等非常重要，裝備中的空隙率和墊料層高度，最終將臭氣全部過濾吸收，使堆肥過程中無二次臭味污染。

圖3 臭氣處理系統(tǒng)工作原理圖

6 小結(jié)

畜禽廢棄物處理的目的是變廢為寶與環(huán)境友好，處理原則是減量化、資源化、無害化及效益化，而立體式密閉急速發(fā)酵裝備是在目的與原則推動作用下進行研究設計，是針對中小型養(yǎng)殖戶買得起、用得起的理念，發(fā)酵時間快且占地面積小，解決畜禽廢棄物污染問題，同時產(chǎn)生經(jīng)濟效益，設計該成套發(fā)酵設備的優(yōu)勢如下：①發(fā)酵時間短，發(fā)酵周期7～9d；②結(jié)構(gòu)設計為立式密閉容積，占地面積較小；③發(fā)酵料攪拌機構(gòu)與曝氣機構(gòu)聯(lián)通，由溫度、水分、氨氣、氧氣量的多點信號監(jiān)測傳遞反饋實行智能控制曝氣全方位供氧；④發(fā)酵過程實行在線智能化控制，無人值守；⑤發(fā)酵產(chǎn)生少量廢氣經(jīng)生物過濾除臭裝置后無二次污染?！?/p>

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江西省農(nóng)牧漁業(yè)科研計劃項目。