■文/江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所 胡彬生 何仁財(cái)
畜禽廢棄物急速發(fā)酵裝備設(shè)計(jì)研究
■文/江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所 胡彬生 何仁財(cái)
畜禽廢棄物是一直放錯(cuò)了地方的資源,內(nèi)含有營養(yǎng)豐富的物質(zhì)(N、P、K及有機(jī)質(zhì)等),處理得好可實(shí)現(xiàn)變廢為寶,環(huán)境友好,為民所用。文章從中小型企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模及經(jīng)濟(jì)實(shí)力出發(fā),設(shè)計(jì)一套立體式急速密閉發(fā)酵設(shè)備,能夠根據(jù)發(fā)酵物質(zhì)特性邊翻拌邊實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確及時(shí)全方位曝氣供氧,縮短發(fā)酵時(shí)間,減少占地面積,解決環(huán)境惡化與能源短缺之間的矛盾,同時(shí)可增加養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)收入,有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。
廢棄物產(chǎn)生量;急速立式密閉發(fā)酵設(shè)備;發(fā)酵設(shè)備機(jī)理;翻拌曝氣
1.1 糞便污染原因
中小型企業(yè)由于受資金限制,廢棄物處理較簡單,有些散養(yǎng)戶將畜禽廢棄物堆積或直排,這些狀況的累積已經(jīng)破壞了環(huán)境和土壤的自凈能力,對(duì)所在的土壤、水體、空氣及人們生活產(chǎn)生了嚴(yán)重影響,環(huán)境一旦惡化越來越嚴(yán)重,將危及人畜健康。
1.2 養(yǎng)殖戶的意識(shí)
養(yǎng)殖企業(yè)只關(guān)注養(yǎng)殖畜禽生長過程所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益,卻長期忽視廢棄物排泄破壞環(huán)境嚴(yán)重性等問題。廢棄物處理設(shè)施投資不足,排污裝備不完善;養(yǎng)殖場地選址不當(dāng),廢棄物量不經(jīng)處理直排超環(huán)境負(fù)荷,破壞環(huán)境。
然而,隨著人們經(jīng)濟(jì)生活水平提高,法律法規(guī)的健全及環(huán)保意識(shí)增強(qiáng),畜禽廢棄物處理技術(shù)裝備越來越受關(guān)注青睞,本文根據(jù)中小型養(yǎng)殖企業(yè)實(shí)況與畜禽廢棄物發(fā)酵機(jī)理特性,研制一套立式密閉急速發(fā)酵裝備來滿足企業(yè)需求,以減量穩(wěn)定化、資源無害化及產(chǎn)業(yè)效益化為處理原則,消減廢棄物污染,促進(jìn)養(yǎng)殖、生態(tài)、環(huán)境良性循環(huán)。
畜禽每天的飲食總料量一部分被消化吸收轉(zhuǎn)化增加體重與機(jī)體機(jī)能組織,一部分未被消化吸收排到體外,排到體外的就是畜禽廢棄物。如果隨意排放超環(huán)境負(fù)荷會(huì)污染周圍環(huán)境,甚至危及人畜健康,并且糞尿中富含N、P、K及有機(jī)質(zhì),是優(yōu)質(zhì)資源,但放錯(cuò)了地方就成為污染源。研究表明,畜禽糞便排放量的計(jì)算公式如下:
式中:Q:畜禽糞便排放總量(t);
ki:畜禽糞便排放系數(shù)(kg/頭·d);
Ni:畜禽飼養(yǎng)數(shù)量(只);
Ti:飼養(yǎng)時(shí)間 (d)。
3.1 設(shè)計(jì)客觀依據(jù)
針對(duì)養(yǎng)殖戶經(jīng)濟(jì)實(shí)力,研發(fā)的廢棄物處理裝備以用戶用得起、會(huì)操作,能解決畜禽廢棄物污染難題,適當(dāng)增加養(yǎng)殖戶經(jīng)濟(jì)收入為出發(fā)點(diǎn),充分考慮物料好氧發(fā)酵特點(diǎn)設(shè)計(jì)而成。
圖1 立式密閉急速發(fā)酵機(jī)理及工藝要求
圖2 立式回轉(zhuǎn)翻拌機(jī)構(gòu)與曝氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖與發(fā)酵裝置三維外形圖
3.2 裝備發(fā)酵機(jī)理設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)是依據(jù)發(fā)酵物料重力向下移位和熱風(fēng)空氣向上浮原理,設(shè)計(jì)立式回轉(zhuǎn)翻拌機(jī)構(gòu)在發(fā)酵過程中依發(fā)酵溫度、水分、氧氣、氨氣含量,通過多方位信號(hào)傳遞反饋控制驅(qū)動(dòng)發(fā)酵翻拌機(jī)構(gòu)和曝氣供氧時(shí)間,實(shí)現(xiàn)智能準(zhǔn)確全方位供氧發(fā)酵,達(dá)到立式密閉、急速、智能在線控制環(huán)保的要求,其工作原理及工藝技術(shù)要求如圖1所示。
發(fā)酵翻拌機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)理是為了發(fā)酵均勻、翻拋疏松與氧氣充分接觸,散發(fā)熱量,避免堆積溫度過高,其機(jī)構(gòu)是立式回轉(zhuǎn)攪拌機(jī)構(gòu)與曝氣供氧裝置緊密結(jié)合在一起,曝氣系統(tǒng)與攪拌系統(tǒng)主、干支路(驅(qū)動(dòng)軸與槳葉)結(jié)構(gòu)內(nèi)中相通聯(lián)接,即翻拌曝氣系統(tǒng)在翻拌物料的同時(shí)將空氣導(dǎo)入發(fā)酵料中(如圖2所示),在立式水平回轉(zhuǎn)攪拌同時(shí)進(jìn)行曝氣,物料在重力作用下向下移位,而熱空氣向上升浮,使得密閉室內(nèi)物料發(fā)酵曝氣均勻,由于立式密閉發(fā)酵裝備發(fā)酵處理量大,要克服發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)上φ4~5m和4~5m高度內(nèi)發(fā)酵物料帶來的巨大扭矩,并且根據(jù)發(fā)酵特性需要合適的翻拌速率和氧氣量,在動(dòng)力設(shè)計(jì)選型上采用步進(jìn)式液壓驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力大且速度慢。
生物過濾臭氣處理系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)有效的氣味控制方法。生物過濾技術(shù)可以使畜禽舍內(nèi)的臭味和硫化氫含量降低95%,氨氣含量降低65%,可以有效處理廢棄物散出的氣體,臭氣經(jīng)處理系統(tǒng)的管道引入生物除臭濾池內(nèi),其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為多層塔式結(jié)構(gòu),除臭介質(zhì)是借助發(fā)酵腐熟的有機(jī)質(zhì)、秸稈及菌種等填料,填料內(nèi)生存著微生物種群,臭氣通過填料時(shí)被轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。
生物過濾除臭機(jī)理如圖3所示,設(shè)計(jì)臭氣生物過濾系統(tǒng)時(shí)必須考慮到微生物活性生存環(huán)境、使用效果、處理量和時(shí)效性,因此在設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合被處理氣體的體積流量、其所含的特殊污染物的種類及濃度,濾床材料特性、尺寸規(guī)格、含水率、維護(hù)和建造費(fèi)用,合理設(shè)計(jì)計(jì)算濾床面積、風(fēng)量、選擇濾床材料、控制含水率等非常重要,裝備中的空隙率和墊料層高度,最終將臭氣全部過濾吸收,使堆肥過程中無二次臭味污染。
圖3 臭氣處理系統(tǒng)工作原理圖
畜禽廢棄物處理的目的是變廢為寶與環(huán)境友好,處理原則是減量化、資源化、無害化及效益化,而立體式密閉急速發(fā)酵裝備是在目的與原則推動(dòng)作用下進(jìn)行研究設(shè)計(jì),是針對(duì)中小型養(yǎng)殖戶買得起、用得起的理念,發(fā)酵時(shí)間快且占地面積小,解決畜禽廢棄物污染問題,同時(shí)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,設(shè)計(jì)該成套發(fā)酵設(shè)備的優(yōu)勢如下:①發(fā)酵時(shí)間短,發(fā)酵周期7~9d;②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為立式密閉容積,占地面積較??;③發(fā)酵料攪拌機(jī)構(gòu)與曝氣機(jī)構(gòu)聯(lián)通,由溫度、水分、氨氣、氧氣量的多點(diǎn)信號(hào)監(jiān)測傳遞反饋實(shí)行智能控制曝氣全方位供氧;④發(fā)酵過程實(shí)行在線智能化控制,無人值守;⑤發(fā)酵產(chǎn)生少量廢氣經(jīng)生物過濾除臭裝置后無二次污染?!?/p>
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江西省農(nóng)牧漁業(yè)科研計(jì)劃項(xiàng)目。