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摘自《中國沼氣》第5期   崔勇 翟旭軍  花成巍 朱永 高瑩瑩 王琪

我國是畜牧業(yè)大國,畜禽養(yǎng)殖的規(guī)模不斷擴大,畜禽糞便、污水等養(yǎng)殖廢棄物的產(chǎn)生量也迅速增加,農(nóng)業(yè)面源污染在COD里面90%以上的都是畜禽糞污脫水。然而,畜禽糞便中含有大量的有機物和豐富的氮、磷、鉀等物質(zhì),是農(nóng)業(yè)種植可持續(xù)發(fā)展的寶貴資源2。固液分離是畜禽糞污脫水的預(yù)處理工藝之通過采取物理或化學的方法,將糞污脫水中的液體剝離,固液分離后固體部分能方便運離養(yǎng)殖場,制成有機肥或動物飼料,對畜禽糞污脫水進行開發(fā)利用的同時也減少了養(yǎng)殖污染。

1畜禽糞污脫水深度脫水工藝及總方案

1.1深度脫水系統(tǒng)設(shè)計的目的和功用

畜禽糞污脫水脫水工藝和措施主要包括離心脫水、

螺旋脫水、帶式壓濾脫水、干化脫水、生物脫水等(3)。各種脫水工藝和措施都有相應(yīng)的特點(見表1),可根據(jù)畜禽糞污脫水的種類和應(yīng)用場合進行選擇。其中,離心脫水、螺旋脫水、帶式壓濾脫水等機械設(shè)備脫水方式由于自動化程度好、操作簡單、效率高,目前被作為畜禽糞污脫水脫水的主要方式。但單個種類的脫水設(shè)備的使用仍然存在著脫水后含水率高,如JG-1型螺旋固液分離機,脫水后含水率為65%73%3,XY型固液分離機對含水率80%以上的豬糞脫水后,含水率低于60%4。同時單個的脫水設(shè)備可進行脫水的畜禽糞污脫水種類單一,造成綜合農(nóng)場或養(yǎng)殖場在進行糞污脫水脫水處理時需要購買不同品種的脫水設(shè)備,或脫水后要進一步干化處理,增加了設(shè)

筆者設(shè)計一種畜禽糞污脫水深度脫水工藝及系統(tǒng),  處理技術(shù)包括初次脫水和深度脫水,綜合疊螺脫水  機、帶式污泥深度脫水機兩種脫水設(shè)備的特點,使得  連續(xù)脫水后水去除率高至40%以上,并適用于多種  畜禽糞污脫水的脫水處理。

2深度脫水工藝流程

帶式畜禽糞污脫水脫水機的優(yōu)點是糞污脫水處理量比較

需要脫水處理的糞污脫水先經(jīng)絮凝沉淀,通過高壓  泵送至疊螺脫水設(shè)備,通過糞污脫水重力濃縮及背壓板  擠壓進行初次脫水,后經(jīng)糞污脫水改性輸送機傳送至帶  式污泥深度脫水機,帶式深度脫水機采用上下兩條  夾緊的濾帶濾帶夾帶著畜禽糞污脫水經(jīng)過一系列規(guī)律  排列的壓輥,通過壓榨擠壓水分,從而獲得含固率較  高的泥餅,實現(xiàn)深度脫水。脫水后可根據(jù)需求進一  步干化或資源化處理。

畜禽糞污脫水深度脫水系統(tǒng)設(shè)計

畜禽糞污脫水深度脫水系統(tǒng)主要集成了疊螺初次脫水機和帶式深度脫水機兩種主要脫水設(shè)備,系統(tǒng)的電氣控制部分集成一體,糞污脫水脫水過程連續(xù)進行,脫水設(shè)備轉(zhuǎn)換過程不需人工操作。

大,含水率低,缺點是容易堵塞,特別是含纖維素較高的牛糞,更易造成堵塞,對設(shè)備磨損大。疊螺脫水機優(yōu)點是不易堵塞,可處理的畜禽糞污脫水種類較多因此在工藝處理上,可以先使用疊螺脫水機進行初次脫水,再經(jīng)帶式脫水機深度脫水,具體工藝流程如圖1。

畜禽糞污脫水絮凝沉淀后進入疊螺脫水機進行初步脫水,實現(xiàn)水去除率達到20%,初步脫水后進入改性輸送機,后經(jīng)化學調(diào)質(zhì),使其中的間隙水和部分結(jié)合水釋放出來,減少比阻和惡臭,再輸送到帶式深度脫水機進行深度脫水,最終實現(xiàn)水去除率達至40%或以上

2.1疊螺初次脫水機

疊螺初次脫水機包含絮凝箱、疊螺脫水主體、集液槽等部件。疊螺脫水主體由變徑螺旋軸、動環(huán)定環(huán)、不等距旋片、背壓板、電機組成。畜禽糞污脫水與絮凝劑在絮凝箱中經(jīng)攪拌形成釩花狀,自動流入疊螺脫水主體,在電機的帶動下,變徑螺旋軸旋轉(zhuǎn)運動,帶動畜禽糞污脫水前進,由于容積逐漸減小,在背壓板擠壓的作用下,糞污脫水實現(xiàn)脫水,水液經(jīng)由動定環(huán)之間的

間隙流出°。由于螺旋軸轉(zhuǎn)動過程中,動環(huán)也隨之轉(zhuǎn)動,形成運轉(zhuǎn)過程中的連續(xù)清洗,減少了堵塞(見圖2)。

2.2帶式深度脫水機

帶式深度脫水機主要由布料器、壓輥、濾帶、糾偏和張緊裝置、沖洗裝置、電機等組成。脫水的工藝流程為三步:重力脫水、楔形脫水、S形擠壓脫水(見圖

重力脫水區(qū)是一段平直的濾帶,脫水區(qū)距離較長,微向上翹起3°~5°,經(jīng)布料器均勻分布的畜禽糞污脫水在濾帶的帶動下向前移動,其中大部分自由水在重力脫水區(qū)利用自身的重力穿過濾帶流走,畜禽糞污脫水處于不可流動的狀態(tài)。

楔形脫水區(qū)上下濾帶在壓輥的作用下夾角逐漸減小,直至重合,脫水區(qū)距離較短,糞污脫水在上下濾帶的擠壓下失去一部分水分。該段脫水兼有重力脫水和壓榨脫水雙重功能,處于重力脫水轉(zhuǎn)向S形擠壓脫水的過渡階段。

S形擠壓脫水區(qū)中濾帶經(jīng)過輥徑不同的壓輥,在濾帶本身的張力作用下,形成對糞污脫水污泥產(chǎn)生的剪切力和壓榨力,污泥被深度脫水。S形脫水區(qū)布置多個壓輥,壓輥的直徑逐步遞減,對糞污脫水污泥所產(chǎn)生的壓榨力逐步增大,最終得到深度脫水后含水率較低的泥餅。

2.2.1糾偏裝置的設(shè)計

由于糞污脫水污泥在濾帶上分布不均以及設(shè)備制造過程中的合理誤差等因素,在濾帶運行過程中,常會出現(xiàn)各處的張緊力不均勻,產(chǎn)生跑偏的現(xiàn)象。跑偏

會使得濾帶的邊緣產(chǎn)生磨損,降低濾帶和設(shè)備的使用壽命,因此,需要設(shè)置糾偏裝置,在濾帶產(chǎn)生跑偏時,及時將濾帶調(diào)整到居中位置。

糾偏裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示,當濾帶發(fā)生跑偏時,觸碰到左右兩側(cè)其中一個限位開關(guān),限位開關(guān)發(fā)出觸發(fā)信號給該側(cè)調(diào)偏缸,調(diào)偏缸氣缸沿箭頭方向伸出,帶動調(diào)偏輥一端滑塊移動,使調(diào)偏輥產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),調(diào)偏輥與濾帶的夾角產(chǎn)生變化,使得其與濾帶左右兩側(cè)產(chǎn)生不同的摩擦力,推動濾帶向另一側(cè)滑動,實現(xiàn)糾偏。

2.2.2清洗裝置的設(shè)計

糞污脫水在濾帶中進行壓榨脫水后,殘留的細小殘渣會嵌在濾帶中,影響脫水機的連續(xù)工作和后續(xù)的

脫水效果,因此需設(shè)置清洗裝置對濾帶進行清洗以  保證脫水機連續(xù)、高效工作。清洗裝置由水管、噴  嘴、手動閥、水泵、電機等組成,清洗濾帶的水壓一般  大于0.35Mpa,單側(cè)噴嘴所形成的濾帶沖洗帶寬度  為80-90mm(。圖5為脫水機中的清洗裝置,清  洗后的廢水從脫水機下方的水槽出水口流出。

2.2.3卸泥裝置的設(shè)計

經(jīng)過脫水后的糞污脫水會形成泥餅,但仍具有一定的粘性,要將泥餅從濾帶上卸下排出,需要設(shè)置卸泥裝置。設(shè)備采用的上下兩塊橫置刮片,與濾帶寬度

致,固定于出料口處,如圖6。隨著濾帶的滾動,泥餅被刮片剝離。

2.2.4主要零部件的計算和選擇

2.2.4.1濾帶的材質(zhì)和寬度

濾帶是帶式深度脫水機的關(guān)鍵部件,應(yīng)具備較  好的強度、拉伸抗力、化學穩(wěn)定性和相適應(yīng)的過濾性  能,設(shè)備選用的濾帶為聚酯纖維材質(zhì),采用雙層鍛  織,上層結(jié)構(gòu)緊密、絲徑細,下層絲徑粗、強度較高,在  增強過濾性能同時對糞污脫水泥餅具有一定的攔截作用。

2.2.4.2電機的選擇  由于糞污脫水的種類和含水率的變化,濾帶的張力  在運行中不固定,導(dǎo)致壓輥受力也不穩(wěn)定,因此帶式  污泥脫水機采用變頻調(diào)速電動機。根據(jù)設(shè)備的工作  環(huán)境,電機的防護等級選擇為55。電機選用  為Y12M4,額定功率4kW,轉(zhuǎn)速145rmny2.3電氣控制裝置的設(shè)計

電氣控制裝置需實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的操作和調(diào)整進行控制,包含疊螺初次脫水機、糞污脫水改性輸送機、帶式深度脫水機、輸送帶等設(shè)備的集成控制和監(jiān)測。如圖7,整個控制系統(tǒng)集中在一個控制柜中,由于工作環(huán)境潮濕,控制柜和導(dǎo)線作防腐處理,控制柜采用IP65防護等級,電氣控制部分、糾偏和張緊裝置的氣動控制部分采用24V低壓電源。整個系統(tǒng)的聯(lián)  動運行、停止、故障報警、電機的驅(qū)動調(diào)節(jié)等由PLC  主工作站控制,設(shè)備工況信息傳送至儀表和顯示屏

3研究實例

課題組及合作單位在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上對畜禽糞污脫水深度脫水系統(tǒng)進行了開發(fā)和試制,并進行了脫水效果試驗。

3.1原料參數(shù)  試驗采用江蘇某種豬公司豬場的豬糞,選取了  3個豬舍中豬糞樣本,pH值為6.3左右,含水率在85%左右,具體樣本參數(shù)見表2。

3.2深度脫水系統(tǒng)構(gòu)建  深度脫水系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)和設(shè)定參數(shù)見表  系統(tǒng)含水率的設(shè)計指標為疊螺脫水機出口為  65%~70%,帶式脫水機出口(系統(tǒng)出口)為45%  50%,脫水處理后COD濃度值降到5000mg·L以  下,系統(tǒng)處理量設(shè)計指標為1.2th

3.3分析方法

畜禽糞污脫水測定試驗在系統(tǒng)進口、疊螺脫水機出口、系統(tǒng)出口三處采樣測定了含水率,在系統(tǒng)進口、系統(tǒng)出口兩處采樣測定了COD濃度值。試驗選用絮凝劑和改性材料分別為PAM和CaO,脫水后含水

通過試驗,得出該脫水系統(tǒng)及工藝處理方式可實現(xiàn)豬糞脫水后的含水率平均值為47.45%,COD的濃度平均值為4363mg:L,去除率平均值77.63%,處理能力為1.33t·h-。脫水處理后含水率,COD濃度和處理能力達到設(shè)計要求。

3.5設(shè)備運行結(jié)果

(1)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、能實現(xiàn)24h無人值守連續(xù)運行;

2)控制柜操作簡便,系統(tǒng)參數(shù)顯示正常

(3)清洗裝置清洗濾帶時增加了廢水量和處理量,下一步可考慮氣動吹洗的應(yīng)用開發(fā)。

4總結(jié)

規(guī)模化養(yǎng)殖場糞污脫水的處理中,固液分離,實現(xiàn)畜禽糞污脫水的脫水是至關(guān)重要的,該深度脫水工藝及系統(tǒng)的設(shè)計集成了疊螺和帶式兩種脫水機的優(yōu)勢,實現(xiàn)了畜禽糞污脫水脫水后含水率低的目標值,脫水后糞污脫水的固體和液體部分分別可制成有機肥和制備沼氣m,保護環(huán)境的同時,實現(xiàn)資源化利用。適用于綜合農(nóng)場或養(yǎng)殖場進行畜禽糞污脫水脫水處理。