殘膜與土壤分離裝置研究

靳 偉

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052）

地膜覆蓋技術(shù)具有保濕、保溫、預(yù)防病蟲害等作用，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多種農(nóng)作物的種植，提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，增加了農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)收益，尤其在干旱、半干旱地區(qū)應(yīng)用得最為廣泛[1-2]。但至今仍沒有一種有效的方法解決殘膜回收與循環(huán)利用時污染土壤、水資源和空氣的難題。目前，土壤中含有大量的殘膜，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的播種、出苗、管理、收獲等環(huán)節(jié)[3-4]。

現(xiàn)階段研制出的生物地膜在土壤中可自然降解，但生產(chǎn)成本較高，還未大面積推廣與應(yīng)用[5]。國外使用的地膜較厚且使用周期較短，利用回收機(jī)構(gòu)卷收殘膜，回收的殘膜較干凈、機(jī)械強(qiáng)度較高，為其后續(xù)循環(huán)利用提供了有利條件。如今，已經(jīng)研制出的100 多種殘膜回收機(jī)對土壤表層殘膜回收率較高，機(jī)具工作性能較好，基本解決了土壤表層殘膜回收難題，但對耕層殘膜回收機(jī)的研究還不夠深入，對殘膜與土壤分離、殘膜資源循環(huán)再利用等問題的研究較少，回收的殘膜含雜質(zhì)較多，還沒有一種成熟的方法能對其進(jìn)行有效處理和再利用[6]。

1 殘膜與土壤分離裝置研究現(xiàn)狀

1.1 自動卸膜式殘膜與土壤分離裝置

殘膜積累在土壤中，致使農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，目前的殘膜回收機(jī)不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，存在回收率低、適應(yīng)性差、工作不可靠、工作不連續(xù)等問題[7]。為了使殘膜回收機(jī)能夠連續(xù)工作，解決殘膜纏繞工作部件的問題，提高殘膜回收機(jī)的工作效率，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計了自動卸膜式殘膜與土壤分離裝置，可被廣泛用于耕后殘膜回收作業(yè)。該裝置的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，由機(jī)架、殘膜回收箱、刷膜輥、鏈傳動、中心軸、滾筒、滑槽板、緊固螺栓、連桿、卸膜板、撿拾齒、液壓油缸、懸掛機(jī)構(gòu)組成[8-9]。

由圖1 可知，連桿與滑槽板上的滑槽孔通過螺栓鉸接，滑槽板圓周均布、焊接于中心軸的表面，液壓油缸通過撥叉與中心軸鉸接，可將中心軸的水平往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為連桿的垂直往復(fù)運(yùn)動。該裝置可掛接于整地機(jī)械、收獲機(jī)械等，構(gòu)成多功能、復(fù)合作業(yè)裝備，撿拾齒與滾筒固定連接，隨滾筒做圓周轉(zhuǎn)動的同時入土撿拾殘膜碎片；待撿拾齒扎滿殘膜時，啟動液壓油缸進(jìn)行自動卸膜，通過中心軸推拉作用將滑槽板的水平運(yùn)動變換為連桿的上下運(yùn)動，通過連桿的傳動作用，卸膜板在撿拾齒上做上下往復(fù)運(yùn)動，殘膜被推送并接觸刷膜輥時，可被刷至回收箱中，重復(fù)撿拾殘膜、推膜、刷膜、收集殘膜的過程。該裝置解決了土壤表面及耕層內(nèi)破碎殘膜回收率低的問題，但存在工作不可靠、阻力較大等問題。

圖1 自動卸膜式殘膜與土壤分離裝置

1.2 凸輪軌道式殘膜與土壤分離裝置

新疆棉花、番茄、辣椒等特色作物均采用膜下滴灌高產(chǎn)種植技術(shù)，針對耕整地后土壤中面積較小的殘膜碎片回收困難的問題，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)與阿拉爾天典農(nóng)機(jī)制造有限責(zé)任公司聯(lián)合研制了釘齒式殘膜與土壤分離裝置，如圖2所示，以解決殘膜混合物分離困難、面積較小的殘膜碎片回收率低的難題[10]。目前，中國研制的殘膜與土壤分離裝置可分為人工分選方式、篩分方式、逆向分離方式等，以上殘膜與土壤分離方式主要針對耕層殘膜回收作業(yè)；查閱相關(guān)文獻(xiàn)，地表殘膜回收主要采用釘齒式、鏈齒式、桿齒式等殘膜撿拾機(jī)構(gòu)，撿拾殘膜的同時完成殘膜土壤的分離作業(yè)，回收的殘膜含土壤的量較少，但殘膜中含大量的秸稈、根茬等雜質(zhì)[11-12]。

2 殘膜回收再利用存在的問題

1）農(nóng)戶使用的地膜厚度較薄，機(jī)械強(qiáng)度較差，并且使用周期長，導(dǎo)致地膜在回收時已經(jīng)老化、破碎，機(jī)械化回收殘膜難度較大，導(dǎo)致土壤中的殘膜含量急劇增加，影響農(nóng)作物的生長。由于回收殘膜帶來的生產(chǎn)效益在短期內(nèi)不明顯，因此有的農(nóng)戶不回收殘膜，直接將土壤表層的殘膜翻耕到土壤耕層中，致使土壤耕層中殘膜碎片的含量逐年上升[13]。經(jīng)過多次耕整地作業(yè)，殘膜被進(jìn)一步破碎，現(xiàn)有的殘膜撿拾機(jī)回收土壤中的小塊殘膜很困難。

2）目前，回收的殘膜夾雜大量的秸稈和土壤等雜質(zhì)，并被丟棄在溝壑與田間地頭，無法及時回收再利用。現(xiàn)有的塑料制品回收、再利用技術(shù)和方法比較成熟，對于殘膜回收、再利用方法可以借鑒塑料制品處理技術(shù)，但塑料制品表面一般比較清潔，殘膜表面含有大量的土壤和秸稈等雜質(zhì)，不能完全借鑒資源化處理塑料制品技術(shù)和方法，需對現(xiàn)有的技術(shù)和方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化[14-15]。

3）殘膜與雜質(zhì)分離技術(shù)研究較少，科研主要集中在殘膜回收裝置的研制方面，對于殘膜與雜質(zhì)分離、殘膜循環(huán)利用、無害化處理等方面研究得不夠深入[16]。現(xiàn)有的殘膜與土壤分離裝置存在能耗較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、容易堵塞、分離不徹底、工作不可靠等問題，還沒有一種成熟的方法能進(jìn)行殘膜與雜質(zhì)分離。目前，殘膜再造顆粒技術(shù)需對殘膜進(jìn)行清洗，預(yù)處理需要消耗大量的水資源和能源，成本較高，不適用殘膜資源化處理。回收的殘膜缺少固定的回收放置點(diǎn)，直接被堆放在田間地頭或者溝壑中，易造成資源浪費(fèi)和二次污染。

圖2 凸輪軌道式殘膜與土壤分離裝置

3 建議

1）制定相關(guān)法律，規(guī)范地膜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、使用規(guī)范、回收流程等，從源頭上解決殘膜污染環(huán)境，提升農(nóng)戶和地膜生產(chǎn)企業(yè)保護(hù)環(huán)境的意識，實(shí)現(xiàn)地膜使用、回收再利用全過程閉環(huán)管理。殘膜回收、再利用是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其中生產(chǎn)、銷售、使用、回收、運(yùn)輸、處理、再利用等每個環(huán)節(jié)均需制定相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)部門需給予農(nóng)戶一定的地膜使用和回收補(bǔ)貼，促進(jìn)加厚地膜廣泛的應(yīng)用。

2）目前，對殘膜循環(huán)利用技術(shù)的研究較少、不夠深入，缺少新方法、新技術(shù)處理殘膜。在殘膜提純技術(shù)、高溫裂解處理方法、再造顆粒等方面，需要深入研究，加強(qiáng)對殘膜循環(huán)利用技術(shù)的研究，探索殘膜無害化處理方法，減少殘膜無害化處理及利用成本，亟須創(chuàng)新殘膜循環(huán)利用技術(shù)。