1组奶牛粪便预处理设备的选用

高庆礼， 周玲娣， 赵永亮

(邳州市农业委员会, 江苏 邳州 221300)

1组奶牛粪便预处理设备的选用

高庆礼， 周玲娣， 赵永亮

(邳州市农业委员会, 江苏 邳州 221300)

试验选用了潜水搅拌机，SP双绞刀粉碎式潜污泵，螺旋挤压式固液分离机，湿物料粉碎机4种设备对奶牛粪便进行预处理，克服了现有技术的不足，解决了奶牛粪便中未消化完全的粗饲料、精饲料等大颗粒、长纤维杂质，容易堵塞进料设备、管道、分布器、出料管的问题，减少了液面的大量浮渣，有效增加日处理量，提高了日均产气率。

奶牛粪便； 预处理； 减少浮渣； 提高产气率

沼气工程原料预处理技术是为了满足厌氧发酵工艺的特殊需要而对生物质所做的技术处理,是对天然生物质的一个优化处理。原料预处理是保障厌氧发酵系统稳定运行、提高产气率和工程效益的重要环节，目前国内有采用先对畜禽粪尿进行固液分离，固体部分干燥或堆沤后作为有机肥，而液体部分进入厌氧消化器进行发酵产沼气。但此法存在沼气产率低(大量的固体部分并未能进入厌氧消化器)、存在二次污染(分离出来的固体中存在大量的病原微生物)等问题。由于奶牛粪便中含有未消化完全的粗饲料、精饲料等大颗粒、长纤维类杂质，直接进入厌氧消化器容易产生进料设备及管道、分布器、出料管道堵塞等问题，并在厌氧消化器内产生较多的浮渣和沉渣，大量浮渣漂浮在液体表面，不能和甲烷菌进行充分接触，从而导致产气率低且阻止了沼气的通过，并且沉渣造成厌氧消化器有效容积减少，混合十分困难。

为此根据实际情况笔者对奶牛粪便厌氧发酵前的预处理设备进行了选择与应用。

1 技术路线

(1)将每天产生的奶牛粪便收集在储粪池内，所述储粪池内安装有混合设备，其对粪便进行搅拌、混合，以实现粪便中的固液均匀。

(2)混合均匀后，采用SP双绞刀粉碎式潜污泵将粪便打入螺旋挤压式固液分离机进行固液分离。

(3)固液分离所得的液体经固液分离机出水口直接排入调浆池中，固液分离所得的固体经固液分离机的卸料口落入湿物料粉碎机的进料口。

(4)湿物料粉碎机将固体进行粉碎，粉碎后的固体经粉碎机的出料口掉落至调浆池中，然后向调浆池内加入自来水、地表水或者沼液，并开动调浆池搅拌机，调节物料的固体浓度在3%～10%范围内。

(5)将调节好的物料经进料泵打入厌氧消化器进行厌氧发酵生产沼气。

规模奶牛养殖场所收集的奶牛粪便是粪便、尿液、冲洗水的混合物，其水分含量在90%～97%，总固体含量为3%～10%，呈泥浆状。通常奶牛粪便中粒径大于2 mm的固体颗粒及长度大于5 mm的纤维类固体的含量占总固体40%～60%。纤维类固体主要是未消化完全的干草、秸杆、青绿饲料、青贮饲料等粗饲料，固体颗粒主要是未消化完全的玉米、高梁、大麦、燕麦、稻谷等精饲料。

2 设备选用

2.1 储粪池和调浆池

储粪池和调浆池为地下式砖混或钢筋砼结构，湿物料粉碎机安装在调浆池池顶，固液分离机安装在粉碎机上部，以便固液分离所得的固体从分离机卸料口靠重力落入粉碎机进料口，粉碎后的固体从粉碎机出料口靠重力落入调浆池，固液分离所得的液体从分离机出水口靠重力自流进入调浆池。

2.2 潜水搅拌机

储粪池内的混合设备采用的是潜水搅拌机，潜水搅拌机又称潜水推进器，适用于污水处理厂的工艺流程中推进搅拌含有悬浮物的污水、稀泥浆、工业过程液体等，并创建水流，加强搅拌功能，防止污泥沉淀；其适用于奶牛粪便的潜水搅拌机的功率在8～15 w·m-3物料，材质可选用碳钢也可选用不锈钢。

2.3 SP双绞刀粉碎式潜污泵

SP双绞刀粉碎式潜污泵采用独有双重切割水力部件，在其切割式叶轮前加装切割旋转刀头，进水口部装固定刀，所述切割式叶轮、旋转刀头与固定刀均采用不锈钢硬质合金锻制而成；被输送介质中的杂质在进入叶轮流道前即被绞碎，该SP双绞刀粉碎式潜污泵能将污水中的各种麻袋、塑料编织袋、帆布手套、皮手套、棉线编织手套，以及日用塑料袋、布、卫生纸、卫生巾、棉纱一类的物体粉碎成絮状随污水一同排出，使用时不必设置昂贵的拦污和除污装置。

2.4 螺旋挤压式固液分离机

螺旋挤压式固液分离机主要由主机、控制柜、 管道等组成，主机由机体、网筛、挤压绞龙、电机、减速机、配重、 卸料装置等部件组成；其工作过程如下：双绞刀粉碎式潜污泵将混合均匀的奶牛粪便泵入机体，电机经减速机带动绞龙转动，绞龙将粪水逐渐推向机体前方，同时不断提高前缘的压力，迫使物料中的水分挤出网筛，从出水口流出；随着粪便不断泵入机体和绞龙的连续挤压，机体中截留的固体越来越多，机体前缘的压力不断增大，当大到一定程度时，固体物料就将卸料口顶开，经卸料装置排出卸料口。为了掌握出料的速度与含水量，可以调节主机下方的配重块，以达到满意适当的出料状态；其中适用于奶牛粪便的螺旋挤压式固液分离机的机体箱体为铸铁铸造，绞龙主轴及螺旋叶片为304不锈钢，网筛为楔形304不锈钢条形网筛，网筛间隙在0.75 mm～2 mm。

2.5 湿物料粉碎机

湿物料粉碎机是专业粉碎高湿度、多纤维物质的专业粉碎设备，多用于有机肥生产加工环节，用于粉碎牛粪、羊粪、鸡粪等半湿物料。物料由粉碎机上部进入粉碎机的粉碎室内，经粉碎室内高速旋转刀片的切割，将大颗粒、长纤维的物料粉碎机成细小的颗粒，然后经粉碎机出料口直接落入调浆池内。湿物料粉碎机没有设计筛网筛底，这样不会因湿料粉碎而堵塞，造成电机烧坏，影响生产。

该预处理中采用自来水、地表水或者沼液作为稀释剂，稀释后的物料的固体浓度优选范围是3%～8%，工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

3 实例应用

3.1 奶牛场基本情况

以邳州市丰汇奶牛场为例展示以上预处理设备的应用。该奶牛养殖场，每天产奶牛粪污800 t，水分含量在96%，总固体含量为4%，奶牛粪便中粒径大于1 mm的固体颗粒及长度大于5 mm的纤维类固体的含量占总固体60%。采用刮板机将粪便刮到污水管道中，然后经污水管道自流进入储粪池中。

奶牛粪污的比重为1，储粪池的有效容积为:

V1=800000kg÷1000kg·m-3=800m3

储粪池的装填系数为80%，堆粪池的全容积为:

V2=800m3÷80%=1000m3

储粪池总高度H1=5 m，储粪池的面积:

S1=1000m3÷5m=200m2

储粪池的长度L1=20 m，宽度W1=10 m，储粪池的总体尺寸为L×W×H=20 m×10 m×5 m，数量为1座。

3.2 搅拌

储粪池中设置潜水搅拌机，功率取10 w·m-3物料，储粪池潜水搅拌机总装机功率为:

10 W·m-3×800 m3=8000 W=8 kW

设置两台型号为QJB4/6-320/3-960C的潜水搅拌机，叶轮直径320 mm，叶轮转速960 rpm。开动潜水搅拌机，约30分钟物料混合均匀，待物料混合均匀后用设置在储粪池内SP双绞刀粉碎式潜污泵打入螺旋挤压固液分离机进行固液分离。

3.3 固液分离

固液分离时间为10小时，潜污泵的输送能力为:

800 m3÷10 h=80 m3·h-1

选用两台潜污泵，每台潜污泵的输送能力为:

80 m3·h-1÷2=40 m3·h-1

按照这些要求，选择两台型号为80SP40-15SP双绞刀粉碎式潜污泵，该泵进料酒瓯为DN80，流量为40 m3·h-1，扬程为15 m，电机功率为4 kW，转速为2900 rpm，电压为380 V。

固液分离时间为10小时，固液分离机的分离能力为:

800 m3÷10 h=80 m3·h-1

选用两台固液分离机，每台分离机的分离能力为:

80 m3·h-1÷2=40 m3·h-1

按照这些要求，选择 CT280-3型号的螺旋挤压固液分离机，外形尺寸为2400×800×1300 mm,电压为380 V，电机功率为5.5 kW，进料口DN65，溢流口DN65，出水口DN100,数量为2台。

3.4 过滤、粉碎、调浆

固液分离所得的液体经固液分离机出水口直接排入调浆池中，固液分离所得的固体经固液分离机的卸料口落入湿物料粉碎机的进料口；经湿物料粉碎机将固体进行粉碎，粉碎后的固体经粉碎机的出料口掉落至调浆池中。

固液分离机每小时过滤出来的固体重量(折干)为:

800000 kg×4%×60%÷10 h=1920 kg·h-1

固体含水量为40%，固液分离机每小时过滤出

来的固体重量(湿重)为:

1920 kg·h-1÷60%=3200 kg·h-1

选择粉碎能力大于3200 kg·h-1的 BSFS-40型号的湿物料粉碎机即可，粉碎机的粉碎能力为4000 kg·h-1，电极功率22 kW。

过滤、粉碎完毕，调浆池内物料的固体浓度在4%，不需要再进行稀释，开动调浆池搅拌机混合均匀后经进料泵打入厌氧罐即可。调浆池的有效容积为:

V1=800000 kg÷1000 kg·m-3=800 m3

调浆池的装填系数为80%，调浆池的全容积为:

V2=800 m3÷80%=1000 m3

取调浆池总高度H1=5 m，调浆池的面积:

S1=1000 m3÷5 m=200 m2

取调浆池的长度L1=20 m，宽度W1=10 m，调浆池的总体尺寸为L×W×H=20 m×10 m×5 m，数量为1座。

300 m3沼气工程采用了这些预处理设备后，有效解决了原料中的草类纤维物质(约350 kg·d-1)，避免了进料泵的堵塞，有效提高了产气率(约提高20%)，日均产气量达到300 m3(约提高60 m3·d-1)，按照每方沼气发电1.5度，则年多发电约3.2万度。

4 结论

以上预处理设备的使用,有效解决了奶牛粪便在直接厌氧发酵过程中存在的浮渣、沉渣、进料设备及管道堵塞、厌氧消化时间长、产气率低等问题；同时工艺流程易操作、设备少、原料利用率高，且易于实践应用。

[1] 陈永生，朱德文，曲浩丽，李瑞容.大中型沼气工程原料预处理工艺及装备技术[J].中国农机化,2010,6.

[2] 陈永生，朱德文，曲浩丽，李瑞容.大中型沼气工程预处理装备技术[J].中国农机化，2010,6.

[3] 王晓兵.畜禽养殖废弃物用于沼气生产的预处理系统研究[D].哈尔滨：东北农业大学,2009.

[4] 秦 峰，柴晓利，赵爱华.粪便处理与处置技术[M].北京：化学工业出版社,2006.

[5] 王瑞波,兰彦平,周连第,兰卫宗.奶牛养殖废弃物处理研究[J].中国农业资源与区划,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

高庆礼(1968- ), 男，江苏邳州人，高级农艺师，主要从事农村能源和植保技术推广工作，E-mail:GQL3333@163.com

S216.4

B

1000-1166(2017)03-0071-03