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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(kuò)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(jī)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(xué)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(yùn)離養(yǎng)殖場,制成有機(jī)肥或動(dòng)物飼料,對畜禽糞污脫水進(jìn)行開發(fā)利用的同時(shí)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(jì)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(diǎn)(見表1),可根據(jù)畜禽糞污脫水的種類和應(yīng)用場合進(jìn)行選擇。其中,離心脫水、螺旋脫水、帶式壓濾脫水等機(jī)械設(shè)備脫水方式由于自動(dòng)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(gè)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(jī),脫水后含水率為65%73%3,XY型固液分離機(jī)對含水率80%以上的豬糞脫水后,含水率低于60%4。同時(shí)單個(gè)的脫水設(shè)備可進(jìn)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(jìn)行糞污脫水脫水處理時(shí)需要購買不同品種的脫水設(shè)備,或脫水后要進(jìn)一步干化處理,增加了設(shè)

筆者設(shè)計(jì)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(jī)、帶式污泥深度脫水機(jī)兩種脫水設(shè)備的特點(diǎn),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(jī)的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行初次脫水,后經(jīng)糞污脫水改性輸送機(jī)傳送至帶  式污泥深度脫水機(jī),帶式深度脫水機(jī)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(shí)現(xiàn)深度脫水。脫水后可根據(jù)需求進(jìn)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(jì)

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(jī)和帶式深度脫水機(jī)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(jìn)行,脫水設(shè)備轉(zhuǎn)換過程不需人工操作。

大,含水率低,缺點(diǎn)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(jī)優(yōu)點(diǎn)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(jī)進(jìn)行初次脫水,再經(jīng)帶式脫水機(jī)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(jìn)入疊螺脫水機(jī)進(jìn)行初步脫水,實(shí)現(xiàn)水去除率達(dá)到20%,初步脫水后進(jìn)入改性輸送機(jī),后經(jīng)化學(xué)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(jī)進(jìn)行深度脫水,最終實(shí)現(xiàn)水去除率達(dá)至40%或以上

2.1疊螺初次脫水機(jī)

疊螺初次脫水機(jī)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(dòng)環(huán)定環(huán)、不等距旋片、背壓板、電機(jī)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(dòng)流入疊螺脫水主體,在電機(jī)的帶動(dòng)下,變徑螺旋軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)畜禽糞污脫水前進(jìn),由于容積逐漸減小,在背壓板擠壓的作用下,糞污脫水實(shí)現(xiàn)脫水,水液經(jīng)由動(dòng)定環(huán)之間的

間隙流出°。由于螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,動(dòng)環(huán)也隨之轉(zhuǎn)動(dòng),形成運(yùn)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(jī)

帶式深度脫水機(jī)主要由布料器、壓輥、濾帶、糾偏和張緊裝置、沖洗裝置、電機(jī)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(dòng)下向前移動(dòng),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(dòng)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(gè)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(jì)

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(yùn)行過程中,常會(huì)出現(xiàn)各處的張緊力不均勻,產(chǎn)生跑偏的現(xiàn)象。跑偏

會(huì)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(shí),及時(shí)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(dāng)濾帶發(fā)生跑偏時(shí),觸碰到左右兩側(cè)其中一個(gè)限位開關(guān),限位開關(guān)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)給該側(cè)調(diào)偏缸,調(diào)偏缸氣缸沿箭頭方向伸出,帶動(dòng)調(diào)偏輥一端滑塊移動(dòng),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(dòng)濾帶向另一側(cè)滑動(dòng),實(shí)現(xiàn)糾偏。

2.2.2清洗裝置的設(shè)計(jì)

糞污脫水在濾帶中進(jìn)行壓榨脫水后,殘留的細(xì)小殘?jiān)鼤?huì)嵌在濾帶中,影響脫水機(jī)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(jìn)行清洗以  保證脫水機(jī)連續(xù)、高效工作。清洗裝置由水管、噴  嘴、手動(dòng)閥、水泵、電機(jī)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(jī)中的清洗裝置,清  洗后的廢水從脫水機(jī)下方的水槽出水口流出。

2.2.3卸泥裝置的設(shè)計(jì)

經(jīng)過脫水后的糞污脫水會(huì)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(dòng),泥餅被刮片剝離。

2.2.4主要零部件的計(jì)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(jī)的關(guān)鍵部件,應(yīng)具備較  好的強(qiáng)度、拉伸抗力、化學(xué)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(xì),下層絲徑粗、強(qiáng)度較高,在  增強(qiáng)過濾性能同時(shí)對糞污脫水泥餅具有一定的攔截作用。

2.2.4.2電機(jī)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(yùn)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(jī)采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。根據(jù)設(shè)備的工作  環(huán)境,電機(jī)的防護(hù)等級(jí)選擇為55。電機(jī)選用  為Y12M4,額定功率4kW,轉(zhuǎn)速145rmny2.3電氣控制裝置的設(shè)計(jì)

電氣控制裝置需實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的操作和調(diào)整進(jìn)行控制,包含疊螺初次脫水機(jī)、糞污脫水改性輸送機(jī)、帶式深度脫水機(jī)、輸送帶等設(shè)備的集成控制和監(jiān)測。如圖7,整個(gè)控制系統(tǒng)集中在一個(gè)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(hù)等級(jí),電氣控制部分、糾偏和張緊裝置的氣動(dòng)控制部分采用24V低壓電源。整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)  動(dòng)運(yùn)行、停止、故障報(bào)警、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(shí)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(jìn)行了開發(fā)和試制,并進(jìn)行了脫水效果試驗(yàn)。

3.1原料參數(shù)  試驗(yàn)采用江蘇某種豬公司豬場的豬糞,選取了  3個(gè)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(jì)指標(biāo)為疊螺脫水機(jī)出口為  65%~70%,帶式脫水機(jī)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(jì)指標(biāo)為1.2th

3.3分析方法

畜禽糞污脫水測定試驗(yàn)在系統(tǒng)進(jìn)口、疊螺脫水機(jī)出口、系統(tǒng)出口三處采樣測定了含水率,在系統(tǒng)進(jìn)口、系統(tǒng)出口兩處采樣測定了COD濃度值。試驗(yàn)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(yàn),得出該脫水系統(tǒng)及工藝處理方式可實(shí)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(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.5設(shè)備運(yùn)行結(jié)果

(1)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、能實(shí)現(xiàn)24h無人值守連續(xù)運(yùn)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(shí)增加了廢水量和處理量,下一步可考慮氣動(dòng)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(shí)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(jì)集成了疊螺和帶式兩種脫水機(jī)的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)了畜禽糞污脫水脫水后含水率低的目標(biāo)值,脫水后糞污脫水的固體和液體部分分別可制成有機(jī)肥和制備沼氣m,保護(hù)環(huán)境的同時(shí),實(shí)現(xiàn)資源化利用。適用于綜合農(nóng)場或養(yǎng)殖場進(jìn)行畜禽糞污脫水脫水處理。