1組奶牛糞便預處理設備的選用

高慶禮， 周玲娣， 趙永亮

(邳州市農業委員會, 江蘇 邳州 221300)

1組奶牛糞便預處理設備的選用

高慶禮， 周玲娣， 趙永亮

(邳州市農業委員會, 江蘇 邳州 221300)

試驗選用了潛水攪拌機，SP雙絞刀粉碎式潛污泵，螺旋擠壓式固液分離機，濕物料粉碎機4種設備對奶牛糞便進行預處理，克服了現有技術的不足，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，容易堵塞進料設備、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，提高了日均產氣率。

奶牛糞便； 預處理； 減少浮渣； 提高產氣率

沼氣工程原料預處理技術是為了滿足厭氧發酵工藝的特殊需要而對生物質所做的技術處理,是對天然生物質的一個優化處理。原料預處理是保障厭氧發酵系統穩定運行、提高產氣率和工程效益的重要環節，目前國內有采用先對畜禽糞尿進行固液分離，固體部分干燥或堆漚后作為有機肥，而液體部分進入厭氧消化器進行發酵產沼氣。但此法存在沼氣產率低(大量的固體部分并未能進入厭氧消化器)、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，直接進入厭氧消化器容易產生進料設備及管道、分布器、出料管道堵塞等問題，并在厭氧消化器內產生較多的浮渣和沉渣，大量浮渣漂浮在液體表面，不能和甲烷菌進行充分接觸，從而導致產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。

為此根據實際情況筆者對奶牛糞便厭氧發酵前的預處理設備進行了選擇與應用。

1 技術路線

(1)將每天產生的奶牛糞便收集在儲糞池內，所述儲糞池內安裝有混合設備，其對糞便進行攪拌、混合，以實現糞便中的固液均勻。

(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進行固液分離。

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

(4)濕物料粉碎機將固體進行粉碎，粉碎后的固體經粉碎機的出料口掉落至調漿池中，然后向調漿池內加入自來水、地表水或者沼液，并開動調漿池攪拌機，調節物料的固體濃度在3%～10%范圍內。

(5)將調節好的物料經進料泵打入厭氧消化器進行厭氧發酵生產沼氣。

規模奶牛養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 設備選用

2.1 儲糞池和調漿池

儲糞池和調漿池為地下式磚混或鋼筋砼結構，濕物料粉碎機安裝在調漿池池頂，固液分離機安裝在粉碎機上部，以便固液分離所得的固體從分離機卸料口靠重力落入粉碎機進料口，粉碎后的固體從粉碎機出料口靠重力落入調漿池，固液分離所得的液體從分離機出水口靠重力自流進入調漿池。

2.2 潛水攪拌機

儲糞池內的混合設備采用的是潛水攪拌機，潛水攪拌機又稱潛水推進器，適用于污水處理廠的工藝流程中推進攪拌含有懸浮物的污水、稀泥漿、工業過程液體等，并創建水流，加強攪拌功能，防止污泥沉淀；其適用于奶牛糞便的潛水攪拌機的功率在8～15 w·m-3物料，材質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有雙重切割水力部件，在其切割式葉輪前加裝切割旋轉刀頭，進水口部裝固定刀，所述切割式葉輪、旋轉刀頭與固定刀均采用不銹鋼硬質合金鍛制而成；被輸送介質中的雜質在進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、衛生紙、衛生巾、棉紗一類的物體粉碎成絮狀隨污水一同排出，使用時不必設置昂貴的攔污和除污裝置。

2.4 螺旋擠壓式固液分離機

螺旋擠壓式固液分離機主要由主機、控制柜、 管道等組成，主機由機體、網篩、擠壓絞龍、電機、減速機、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體，電機經減速機帶動絞龍轉動，絞龍將糞水逐漸推向機體前方，同時不斷提高前緣的壓力，迫使物料中的水分擠出網篩，從出水口流出；隨著糞便不斷泵入機體和絞龍的連續擠壓，機體中截留的固體越來越多，機體前緣的壓力不斷增大，當大到一定程度時，固體物料就將卸料口頂開，經卸料裝置排出卸料口。為了掌握出料的速度與含水量，可以調節主機下方的配重塊，以達到滿意適當的出料狀態；其中適用于奶牛糞便的螺旋擠壓式固液分離機的機體箱體為鑄鐵鑄造，絞龍主軸及螺旋葉片為304不銹鋼，網篩為楔形304不銹鋼條形網篩，網篩間隙在0.75 mm～2 mm。

2.5 濕物料粉碎機

濕物料粉碎機是專業粉碎高濕度、多纖維物質的專業粉碎設備，多用于有機肥生產加工環節，用于粉碎牛糞、羊糞、雞糞等半濕物料。物料由粉碎機上部進入粉碎機的粉碎室內，經粉碎室內高速旋轉刀片的切割，將大顆粒、長纖維的物料粉碎機成細小的顆粒，然后經粉碎機出料口直接落入調漿池內。濕物料粉碎機沒有設計篩網篩底，這樣不會因濕料粉碎而堵塞，造成電機燒壞，影響生產。

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

圖1 工藝流程圖

3 實例應用

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處理設備的應用。該奶牛養殖場，每天產奶牛糞污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%。采用刮板機將糞便刮到污水管道中，然后經污水管道自流進入儲糞池中。

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，數量為1座。

3.2 攪拌

儲糞池中設置潛水攪拌機，功率取10 w·m-3物料，儲糞池潛水攪拌機總裝機功率為:

10 W·m-3×800 m3=8000 W=8 kW

設置兩臺型號為QJB4/6-320/3-960C的潛水攪拌機，葉輪直徑320 mm，葉輪轉速960 rpm。開動潛水攪拌機，約30分鐘物料混合均勻，待物料混合均勻后用設置在儲糞池內SP雙絞刀粉碎式潛污泵打入螺旋擠壓固液分離機進行固液分離。

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，該泵進料酒甌為DN80，流量為40 m3·h-1，揚程為15 m，電機功率為4 kW，轉速為2900 rpm，電壓為380 V。

固液分離時間為10小時，固液分離機的分離能力為:

800 m3÷10 h=80 m3·h-1

選用兩臺固液分離機，每臺分離機的分離能力為:

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，外形尺寸為2400×800×1300 mm,電壓為380 V，電機功率為5.5 kW，進料口DN65，溢流口DN65，出水口DN100,數量為2臺。

3.4 過濾、粉碎、調漿

固液分離所得的液體經固液分離機出水口直接排入調漿池中，固液分離所得的固體經固液分離機的卸料口落入濕物料粉碎機的進料口；經濕物料粉碎機將固體進行粉碎，粉碎后的固體經粉碎機的出料口掉落至調漿池中。

固液分離機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即可，粉碎機的粉碎能力為4000 kg·h-1，電極功率22 kW。

過濾、粉碎完畢，調漿池內物料的固體濃度在4%，不需要再進行稀釋，開動調漿池攪拌機混合均勻后經進料泵打入厭氧罐即可。調漿池的有效容積為:

V1=800000 kg÷1000 kg·m-3=800 m3

調漿池的裝填系數為80%，調漿池的全容積為:

V2=800 m3÷80%=1000 m3

取調漿池總高度H1=5 m，調漿池的面積:

S1=1000 m3÷5 m=200 m2

取調漿池的長度L1=20 m，寬度W1=10 m，調漿池的總體尺寸為L×W×H=20 m×10 m×5 m，數量為1座。

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

4 結論

以上預處理設備的使用,有效解決了奶牛糞便在直接厭氧發酵過程中存在的浮渣、沉渣、進料設備及管道堵塞、厭氧消化時間長、產氣率低等問題；同時工藝流程易操作、設備少、原料利用率高，且易于實踐應用。

[1] 陳永生，朱德文，曲浩麗，李瑞容.大中型沼氣工程原料預處理工藝及裝備技術[J].中國農機化,2010,6.

[2] 陳永生，朱德文，曲浩麗，李瑞容.大中型沼氣工程預處理裝備技術[J].中國農機化，2010,6.

[3] 王曉兵.畜禽養殖廢棄物用于沼氣生產的預處理系統研究[D].哈爾濱：東北農業大學,2009.

[4] 秦 峰，柴曉利，趙愛華.糞便處理與處置技術[M].北京：化學工業出版社,2006.

[5] 王瑞波,蘭彥平,周連第,蘭衛宗.奶牛養殖廢棄物處理研究[J].中國農業資源與區劃,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，高級農藝師，主要從事農村能源和植保技術推廣工作，E-mail:GQL3333@163.com

S216.4

B

1000-1166(2017)03-0071-03