臥螺式離心機(jī)在奶牛場(chǎng)糞污處理中的應(yīng)用探討

文/丘通強(qiáng) 袁小花 潘偉雁

（1 廣州風(fēng)行乳業(yè)股份有限公司；2 廣州華美牛奶有限公司）

近年來(lái)，為有效緩解牛奶供需市場(chǎng)的矛盾，我國(guó)各地陸續(xù)建立起了大量的千頭、萬(wàn)頭規(guī)?；膛?chǎng)，使奶牛養(yǎng)殖規(guī)模化、專業(yè)化的程度不斷提高。但是奶牛的代謝旺盛，采食量大，因而在奶牛養(yǎng)殖業(yè)飛速發(fā)展的同時(shí)也隨之產(chǎn)生大量的糞污，主要有奶牛的糞、尿、擠奶廳的設(shè)備清洗和沖洗污水等，如果不能對(duì)其進(jìn)行及時(shí)有效地處理，將會(huì)成為嚴(yán)重的污染源，使奶牛場(chǎng)周邊的空氣惡化、水體富營(yíng)養(yǎng)化、土壤結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)以及傳播人畜共患病進(jìn)而影響人體健康[1]。

根據(jù)2010年2月由原國(guó)家環(huán)保部、統(tǒng)計(jì)局和原農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便產(chǎn)生量2.43 億噸，尿液產(chǎn)生量 1.63 億噸，主要水污染物排放量為化學(xué)需氧量1 268.26 萬(wàn)噸，總氮102.48 萬(wàn)噸，總磷16.04萬(wàn)噸，總銅2 397.23 噸，總鋅4 756.94 噸[2]。1 頭體重 0.5 ～ 0.6 噸的奶牛，每晝夜排糞30～50 kg、排尿15～ 20 kg[3]。1 個(gè)規(guī)模為5 000 頭存欄的成母牛牧場(chǎng)，每年需處理的養(yǎng)殖糞污不低于8.0 萬(wàn)～ 12.5 萬(wàn)噸。

圖1為奶牛場(chǎng)糞污收集及處理基本工藝流程圖。固液分離是規(guī)?；膛?chǎng)工業(yè)化處理糞污流程中一道必不可少的環(huán)節(jié)。常用的固液分離方法有沉降、機(jī)械分離、蒸發(fā)池分離、絮凝分離、脫水分離，其中分離效果最好的是機(jī)械分離；用得最多的機(jī)械分離設(shè)備包括篩分設(shè)備（斜板篩、振動(dòng)篩）、離心分離設(shè)備和壓濾設(shè)備（帶式、螺旋擠壓）[4]。固液分離的重要意義在于兩方面：首先是通過(guò)預(yù)處理減少糞污中的污染物含量，降低后續(xù)處理工藝的壓力和成本；其次是防止大的固體或雜物進(jìn)入后續(xù)的處理環(huán)節(jié)，造成設(shè)備的堵塞或破壞等。本文主要探討臥螺式離心分離設(shè)備在奶牛場(chǎng)糞污處理中的應(yīng)用，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證臥螺式離心機(jī)在奶牛場(chǎng)糞污處理中不同的絮凝劑種類(lèi)、用量選擇對(duì)分離結(jié)果的影響，為規(guī)?；膛?chǎng)工業(yè)化處理糞污提供參考。

圖1 奶牛場(chǎng)糞污收集及處理基本工藝流程

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用牛糞取自風(fēng)行乳業(yè)公司華美牧場(chǎng)集糞池（新鮮牛糞）和一級(jí)氧化塘（氧化牛糞），分離前牛糞總固體（TS）含量在4% ～6%；PAM、PAC為市售絮凝劑。

1．2 儀器設(shè)備和工作原理

1．2．1儀器設(shè)備

LW450 W臥螺式離心機(jī)及配電箱等1 套，主要技術(shù)規(guī)格如表1。

1．2．2 臥螺式離心機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工作原理

臥螺式離心機(jī)是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的高效離心分離設(shè)備，一般可分為臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)和臥式螺旋沉降離心機(jī)。臥螺離心機(jī)具有處理能力大、能連續(xù)作業(yè)、自動(dòng)化程度高、對(duì)物料適應(yīng)能力強(qiáng)及脫水效果好等特點(diǎn)，在固液分離領(lǐng)域得到了廣泛的使用和推廣[5]，其基本結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)鼓、螺旋、動(dòng)力系統(tǒng)和變速系統(tǒng)等組成[6]。轉(zhuǎn)鼓和螺旋同向高速旋轉(zhuǎn)但存在可以調(diào)整的速差，物料連續(xù)進(jìn)入螺旋內(nèi)筒時(shí)，由于螺旋的高速旋轉(zhuǎn)，物料被加速后進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，在轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)一步加速旋轉(zhuǎn)，在離心力場(chǎng)作用下，物料因比重不同將進(jìn)行分離，其中比重較大的固相物在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上形成沉積層，比重較輕的液相物形成內(nèi)層液環(huán)。在螺旋和轉(zhuǎn)速差速的作用下，螺旋將沉積的固相物推至轉(zhuǎn)鼓錐端，經(jīng)排渣口排出機(jī)外，而內(nèi)層液環(huán)也就是澄清液由轉(zhuǎn)鼓溢流堰板處溢出轉(zhuǎn)鼓，完成分離過(guò)程。設(shè)備能在全速運(yùn)轉(zhuǎn)下，連續(xù)進(jìn)料、分離、洗滌和卸料[7，8]，是一種連續(xù)式的脫水設(shè)備。

1．3 試驗(yàn)方法

以牛糞種類(lèi) A、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速（rpm） B、 PAM濃度（%）C、PAC濃度（%）D作為對(duì)牛糞中總固體去除率（%）Y的影響，采用無(wú)交互作用4因素 3水平 L9（34）進(jìn)行試驗(yàn)。

首先采用單因素試驗(yàn)，分別確定各個(gè)因素的變化水平，牛糞種類(lèi)A為新鮮牛糞100% - 氧化牛糞100%，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速B為2 500 ～3 500 rpm， PAM濃度 C為 0%～ 0.15%，PAC濃度 D為 0% ～10%。根據(jù)確定的變化范圍，進(jìn)行二次回歸正交試驗(yàn)，根據(jù)二次回歸正交試驗(yàn)確定因素水平表（表2）和正交試驗(yàn)表（表3）。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果

2 結(jié)果與分析

2．1 正交試驗(yàn)結(jié)果

表4為正交試驗(yàn)結(jié)果。從表 4的試驗(yàn)結(jié)果可知各因素對(duì)總固體去除的優(yōu)水平為 A3B3C3D3。從表 4的極差值Rj可知各因素對(duì)糞污中總固體去除率的影響為 B＞C＞D＞A（R值由大至?。?。

2．2 趨勢(shì)分析

通過(guò)牛糞種類(lèi)、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、PAM濃度、PAC濃度對(duì)總固體去除率的影響曲線可以看出：（1）轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越快、 PAM濃度和 PAC濃度越高，糞污中總固體的去除效果越好；（2）牛糞氧化后對(duì)總固體的去除效果有幫助，但影響沒(méi)有其他因素大。

3 結(jié)果討論

（1）臥螺式離心機(jī)對(duì)牛糞總固體的去除率明顯優(yōu)于螺旋壓榨分離機(jī)對(duì)牛糞總固體的去除率52%[9]。

（2）在本試驗(yàn)各因素中，影響總固體去除率大小的因素依次為：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速＞ PAM濃度＞ PAC濃度，牛糞是否氧化對(duì)總固體的去除率有影響，但沒(méi)有其他因素大。

（3）臥螺式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越快，添加的絮凝劑 PAM、PAC的濃度越高，對(duì)牛糞的總固體去除效果越好；如果考慮分離后的固體用于生產(chǎn)有機(jī)肥，可不添加 PAC，但對(duì)牛糞的總固體去除率會(huì)有影響。