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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的特點(見表1),可根據(jù)畜禽糞污脫水的種類和應用場合進行選擇。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備,或脫水后要進一步干化處理,增加了設

筆者設計一種畜禽糞污脫水深度脫水工藝及系統(tǒng),  處理技術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糾偏裝置的設計

由于糞污脫水污泥在濾帶上分布不均以及設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,降低濾帶和設備的使用壽命,因此,需要設置糾偏裝置,在濾帶產(chǎn)生跑偏時,及時將濾帶調(diào)整到居中位置。

糾偏裝置結構如圖4所示,當濾帶發(fā)生跑偏時,觸碰到左右兩側其中一個限位開關,限位開關發(fā)出觸發(fā)信號給該側調(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產(chǎn)生不同的摩擦力,推動濾帶向另一側滑動,實現(xiàn)糾偏。

2.2.2清洗裝置的設計

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,需要設置卸泥裝置。設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鍵部件,應具備較  好的強度、拉伸抗力、化學穩(wěn)定性和相適應的過濾性  能,設備選用的濾帶為聚酯纖維材質(zhì),采用雙層鍛  織,上層結構緊密、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)構建  深度脫水系統(tǒng)主要技術參數(shù)和設定參數(shù)見表  系統(tǒng)含水率的設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計要求。

3.5設備運行結果

(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用開發(fā)。

4總結

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重要的,該深度脫水工藝及系統(tǒng)的設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。