一種新型蔬菜廢棄物處理及資源再利用關(guān)鍵裝備的研制

高素琴，劉永蘭，邱建興，徐少華，盧少穎

（1.南通科技職業(yè)學(xué)院，南通 226007；2.海門市興農(nóng)畜牧機(jī)械制造有限公司，海門 226100；3.南通市農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣中心，南通 226007）

0 引言

中國(guó)是世界上蔬菜產(chǎn)量最大的國(guó)家。隨著百姓生活水平的提高，居民對(duì)蔬菜品質(zhì)要求不斷提高的同時(shí)，我國(guó)蔬菜廢棄物的產(chǎn)生量也急劇增加。蔬菜廢棄物中養(yǎng)分含量豐富，傳統(tǒng)田間堆積和焚燒處理已經(jīng)給空氣、水體和人居環(huán)境產(chǎn)生大量的環(huán)境問題。

國(guó)內(nèi)外有專門針對(duì)蔬菜廢棄物的處置方法的研究，主要包括好氧堆肥法、厭氧發(fā)酵法、好氧-厭氧聯(lián)合處理法、接種微生物自然堆漚處理法等。但這些方法在設(shè)備和運(yùn)行成本方面都不具優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)設(shè)計(jì)一套適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的蔬菜廢棄物處理裝備，以減輕蔬菜廢棄物對(duì)環(huán)境造成的污染，并實(shí)現(xiàn)資源化利用。

1 裝備的工作流程

農(nóng)村蔬菜廢棄物處理及資源再利用技術(shù)與裝備分為破碎、脫水和發(fā)酵三個(gè)系統(tǒng)。將收集后的蔬菜廢棄物裝入斗式收集器，通過輸送系統(tǒng)輸送到蔬菜廢棄物粉粹機(jī)，長(zhǎng)的藤蔓先進(jìn)行切斷預(yù)處理，將預(yù)處理后的蔬菜廢棄物再破碎為塊狀物，將破碎后的塊狀蔬菜廢棄物輸送到清理池中清理泥沙，并去除農(nóng)藥殘留及其他有害物，用提升泵將清理池中處理好的塊狀廢棄物提升出來輸送到固液分離機(jī)進(jìn)行脫水固液分離處理，將分離后的固體和液體分別進(jìn)行固體高溫發(fā)酵和液體厭氧發(fā)酵，各自得到飼料/有機(jī)肥原料和液態(tài)肥。工藝流程如圖1所示[1]。

圖1 蔬菜廢棄物處理及資源再利用技術(shù)工作流程圖

2 關(guān)鍵裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

農(nóng)村蔬菜廢棄物處理及資源再利用技術(shù)裝備中的關(guān)鍵設(shè)備研制是蔬菜廢棄物粉粹機(jī)和固液分離機(jī)，其他是一些技術(shù)已成熟的輔助設(shè)備，比如輸送系統(tǒng)、清洗池、高溫發(fā)酵設(shè)備、發(fā)酵池等，就不再重點(diǎn)論述，下面主要介紹蔬菜廢棄物粉粹機(jī)和固液分離機(jī)的設(shè)計(jì)。

2.1 蔬菜廢棄物粉粹機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蔬菜廢棄物粉粹機(jī)是在吸取先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上研究開發(fā)的全封密式破碎機(jī)械，采用先粗切碎后粉碎的特別設(shè)計(jì)，針對(duì)各種藤蔓攀援植物等難破碎藤蔓植物的廢棄物進(jìn)行加工處理，如：西瓜藤蔓、絲瓜藤蔓、薔薇、鐵線蓮、葉子花等。該結(jié)構(gòu)包含上料機(jī)構(gòu)、殼體機(jī)架、第一切碎滾軸、第二切碎滾軸、切碎滾軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、粉碎滾軸和粉碎滾軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)，殼體機(jī)架豎直設(shè)置并且殼體機(jī)架上端設(shè)置有進(jìn)料口，殼體機(jī)架下端設(shè)置有出料口，上料機(jī)構(gòu)一端設(shè)置在殼體機(jī)架進(jìn)料口上。蔬菜廢棄物粉粹機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 蔬菜廢棄物粉粹機(jī)

2.2 固液分離機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該機(jī)構(gòu)包含機(jī)架、固液分離部件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、出料端壓板、壓板滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和壓板壓力機(jī)構(gòu)、配電箱和聯(lián)接管道等，固液分離部件的擠壓殼體固定在機(jī)架上，螺旋擠壓輸送軸沿?cái)D壓殼體長(zhǎng)度方向設(shè)置，擠壓殼體上側(cè)設(shè)置有排氣口，擠壓殼體下端設(shè)置有出水口，擠壓殼體一端端部設(shè)置有固體料出料口，出料端壓板設(shè)置在出料口位置，出料端壓板設(shè)置在壓板滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上，壓板壓力機(jī)構(gòu)設(shè)置在出料端壓板上，出水口設(shè)置有過濾網(wǎng)。通過螺旋擠壓分離，并提供一定的壓力，從而將蔬菜廢棄物中的水分?jǐn)D壓分離，固液分離機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 固液分離機(jī)

3 關(guān)鍵裝備的主要部件的設(shè)計(jì)

3.1 切碎軸組件

切碎滾軸由轉(zhuǎn)子、絞龍片、齒形刀片、軸承座、鏈輪組成，是蔬菜廢棄物粉粹機(jī)中切碎部分的主要部件。第一切碎滾軸和第二切碎滾軸均水平設(shè)置并且相互平行，第一切碎滾軸和第二切碎滾軸上設(shè)置有兩段絞龍葉片，兩段絞龍葉片為雙向螺旋，對(duì)稱設(shè)置在第一切碎滾軸和第二切碎滾軸上，并且兩段絞龍葉片位于第一切碎滾軸和第二切碎滾軸中間的一端相互連接，絞龍葉片上均勻設(shè)置有若干齒形刀片，解決了藤條狀廢棄物纏繞滾軸問題，從而達(dá)到了將蔬菜廢棄物進(jìn)行良好的切碎效果[2]。第一切碎滾軸和第二切碎滾軸設(shè)置在同一水平面上并且轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在殼體機(jī)架上側(cè)，第一切碎滾軸和第二切碎滾軸均由切碎滾軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng), 兩個(gè)滾軸有速度差，從而對(duì)蔬菜廢棄物產(chǎn)生撕扯的作用。靜刀片偏低于轉(zhuǎn)子中心平面2～3cm，起到擋料和再次切碎的作用。齒形刀片耐磨性好，韌性高，易切割。圖4為切碎軸組件結(jié)構(gòu)圖。

圖4 切碎軸組件

3.2 粉碎軸組件

轉(zhuǎn)子是由主軸、法蘭、隔套、錘片、銷軸、軸承座、飛輪和鏈輪組成，是蔬菜廢棄物粉粹機(jī)中粉碎部分的主要部件。錘片數(shù)量決定物料粉碎細(xì)化程度。錘片之間用隔套隔開，一檔與另一檔之間的錘片相互交錯(cuò)排列。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，法蘭盤相應(yīng)地同時(shí)也帶動(dòng)錘片運(yùn)轉(zhuǎn)，物料喂入粉碎機(jī)錘擊室，在物料與錘片或物料彼此之間的相互沖擊、剪切、摩擦等綜合作用下，獲得粉碎，成品經(jīng)出料口進(jìn)入清洗池。過濾網(wǎng)如同篩子一樣把細(xì)小的物料由網(wǎng)孔排出，大物料再次粉碎。粉碎滾軸水平設(shè)置并且位于第一切碎滾軸和第二切碎滾軸下方，粉碎滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在殼體機(jī)架下側(cè)并且由粉碎滾軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)[2]。底座連接整個(gè)箱體和支撐切碎機(jī)、粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子和各部件，起到減小振動(dòng)及延長(zhǎng)使用壽命的作用，粉碎后的物料由底座下部排出。圖5為粉碎軸組件結(jié)構(gòu)圖。

圖5 粉碎軸組件

3.3 固液分離部件

固液分離部件由電動(dòng)機(jī)、擺線針輪減速器、箱體、螺旋擠壓輸送軸、濾網(wǎng)、可調(diào)式出料閥門等組成[3]。提升泵將清理池中處理好的塊狀蔬菜廢棄物提升出來輸送到固液分離部件內(nèi)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)減速增扭后帶動(dòng)螺旋擠壓輸送軸[3]，將塊狀蔬菜廢棄物向前輸送，進(jìn)入由濾網(wǎng)、可調(diào)式出料閥門形成的擠壓室擠壓，液體從濾網(wǎng)經(jīng)排水口流出經(jīng)管道排至沉淀池，干物質(zhì)在輸送軸的作用下繼續(xù)向前，達(dá)到一定壓力后頂開閥門，從出料閥門流出，出料閥門由兩個(gè)配重塊調(diào)節(jié)擠壓力大小，從而獲得不同含水率干物質(zhì)。圖6為固液分離部件示意圖。

圖6 固液分離部件

3.4 壓板滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和壓板壓力機(jī)構(gòu)組件

壓板滑動(dòng)機(jī)構(gòu)位于蔬菜廢棄物固液分離機(jī)上,包含滑竿、擋板和滑動(dòng)支架。滑動(dòng)支架為L(zhǎng)型支架，滑動(dòng)支架一端固定在擠壓殼體端部上側(cè)，另一端沿水平方向開有一通孔；滑竿一端滑動(dòng)設(shè)置在通孔內(nèi)，另一端固定在出料端壓板外側(cè)；擋板固定在滑動(dòng)支架的通孔外側(cè)。

壓板壓力機(jī)構(gòu)包含上側(cè)擺臂、下側(cè)擺臂、連桿、連桿支架、配重桿和配重塊。上側(cè)擺臂上端鉸接在滑動(dòng)支架上，下端抵靠在出料端壓板上端外側(cè);下側(cè)擺臂上端抵靠在出料端壓板下端外側(cè)，下端鉸接在配重桿一端；配重塊套設(shè)在配重桿另一端，并且能夠沿著配重桿滑動(dòng)，配重塊與配重桿之間設(shè)置有鎖緊螺栓；連桿一端鉸接在上側(cè)擺臂下端，另一端鉸接在連桿支架上端；連桿支架垂直于配重桿設(shè)置，并且連桿支架下端固定在配重桿上。圖7壓板滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和壓板壓力機(jī)構(gòu)組件結(jié)構(gòu)圖。

圖7 壓板滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和壓板壓力機(jī)構(gòu)組件

4 試驗(yàn)考核情況

農(nóng)村蔬菜廢棄物處理及資源再利用技術(shù)裝備的生產(chǎn)委托海門市興農(nóng)畜牧機(jī)械制造有限公司制造，并于2017年2月進(jìn)行初步試驗(yàn)考核，試驗(yàn)結(jié)果表明，蔬菜廢棄物經(jīng)粉碎破碎后成為1～3cm大小的塊狀物，在池中清洗后的塊狀物經(jīng)脫水固液分離，含水率在50%～60%，將固液分離后的固體廢棄物輸送到高溫發(fā)酵設(shè)備中進(jìn)行好氧發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間為2天，得到飼料/有機(jī)肥原料，可用于生產(chǎn)飼料或有機(jī)肥，將分離后的液體廢棄物輸送到厭氧發(fā)酵池進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵完成后得到液態(tài)肥，可作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的肥料使用，實(shí)現(xiàn)資源再利用，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。圖8為主要裝備的工作圖。

圖8 主要裝備的工作圖

5 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)了一種新型蔬菜廢棄物處理及資源再利用關(guān)鍵裝備，形成集輸送-切斷-破碎-清理-脫水固液分離-發(fā)酵處理于一體的蔬菜廢棄物處理系統(tǒng)[1]。

2）試驗(yàn)表明，裝備工作性能穩(wěn)定，能完成日處理量為10～15噸；蔬菜廢棄物破碎工序中廢棄物破碎程度：1～3cm塊狀物，固液分離后干物質(zhì)含水率50%～60%，達(dá)到發(fā)酵處理要求。

3）該技術(shù)在國(guó)內(nèi)屬于領(lǐng)先水平，國(guó)家應(yīng)大力扶持,積極推廣應(yīng)用。

[1]邱建興.“變廢為寶”——蔬菜廢物作有機(jī)肥[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備,2017,6:48-49.

[2]邱建興.一種蔬菜廢棄物粉粹裝置:中國(guó),201611145984.8[P].2017-05-24.

[3]劉敏,邱建興.9FL移動(dòng)式畜禽糞便處理機(jī)的特點(diǎn)與使用維護(hù)[J].江蘇農(nóng)機(jī)化,2011,4:52-54.

[4]徐少華,秦廣明,沈丹波.一種新型葉莖類蔬菜收獲機(jī)的研制[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2016,39(1):18-21.

[5]王麗英,吳碩,張彥才,等.蔬菜廢棄物堆肥化處理研究進(jìn)展[J].中國(guó)蔬菜,2014,6:6-12.

[6]李曉蓉,歐巧明,趙瑛,等.城市蔬菜廢棄物處理及其資源化利用模式探討[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技,2015,1:52-56.

[7]李培之.壽光蔬菜廢棄物處理措施與成效[J].中國(guó)蔬菜,2017,3:13-15.

[8]胡志超,彭寶良,尹文慶,等.多功能根莖類作物聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2008,39(8):58-61.

[9]解福祥,區(qū)穎剛,劉慶庭,等.側(cè)懸掛推倒式整稈甘蔗收獲機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2011,42（增刊）:26-30.

[10]李金川,鄭毅敏,胡欖慶.基于TRIZ的旋轉(zhuǎn)分離式寶塔菜聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2017(4):149-153.