馬 平，汪 春，嚴(yán)曉麗，李海亮，孫海天

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163319；2.中國熱帶科學(xué)研究院 南亞熱帶作物研究所，循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心，廣東 湛江 524000)

我國的畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，從傳統(tǒng)的粗放模式集約化、規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)變[1-4]，隨著集約化程度的提高和生產(chǎn)規(guī)模化的不斷擴(kuò)大[5]，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞污越來越多，糞污排放量逐漸增大，大部分畜禽糞污沒有得到有效地處理和應(yīng)用，既浪費(fèi)資源又對(duì)環(huán)境造成了污染。根據(jù)國家環(huán)?？偩纸M織的“全國規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查及防治對(duì)策”顯示，我國畜禽糞污的排放量已達(dá)40多億噸[6]。全國80%以上的規(guī)?；B(yǎng)殖場沒有經(jīng)過環(huán)境影響評(píng)價(jià)，缺乏必要的污染治理措施[7-8]。在畜禽養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞便、尿液和污水等在大量堆積發(fā)酵分解糞污時(shí)會(huì)生成高濃度的有害物質(zhì)，這種物質(zhì)惡臭味極強(qiáng)且含有大量的易揮發(fā)的有害物質(zhì)，會(huì)造成空氣污染，影響畜禽生長及周邊居民的生活質(zhì)量[9]。未經(jīng)處理的畜禽糞便還會(huì)對(duì)土壤、水體造成嚴(yán)重污染，影響地下水的水質(zhì)，極易導(dǎo)致病原菌的擴(kuò)散，將會(huì)危害人體健康和植物的生長。

因此，如何快速、及時(shí)和高效地處理畜禽舍的糞污問題將成為亟待解決的問題[10]。

針對(duì)這一問題，筆者設(shè)計(jì)了一種畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置。畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)清理畜禽糞便，有效降低了糞污清理所需勞動(dòng)力。整機(jī)耐腐性強(qiáng)，操控簡單，智能高效，便于調(diào)節(jié)，適用性、通用性強(qiáng)，適合多種畜禽的養(yǎng)殖。畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置改善畜禽舍的環(huán)境衛(wèi)生、提高動(dòng)物疫病預(yù)防能力的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了糞污的高效利用，體現(xiàn)了低碳、綠色、環(huán)保、安全等理念，具有較強(qiáng)的應(yīng)用和市場推廣價(jià)值，對(duì)于改善畜禽生長環(huán)境，提高養(yǎng)殖自動(dòng)化水平，降低畜禽養(yǎng)殖所需勞動(dòng)力，減少養(yǎng)殖生產(chǎn)成本，提高養(yǎng)殖戶的收入具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 糞污自動(dòng)處理裝置的設(shè)計(jì)

1.1 糞污自動(dòng)處理裝置的總體設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置主要以大鵝作為養(yǎng)殖對(duì)象，但同時(shí)也適用于其他畜禽養(yǎng)殖。畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置(見圖1)為了實(shí)現(xiàn)畜禽舍糞污的高效處理，以傳送帶為主要工作部件建立畜禽舍糞污自動(dòng)清理機(jī)構(gòu)，傳送帶在整個(gè)裝置中充當(dāng)承糞帶，在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下將表面承載的糞污運(yùn)送至下方的糞污秸稈發(fā)酵室，完成糞污及秸稈的發(fā)酵工作。承糞帶的前端放置墊料鋪設(shè)機(jī)，當(dāng)承糞帶落料后往回鋪設(shè)時(shí)，墊料鋪設(shè)機(jī)與其同步工作，保證墊料鋪設(shè)均勻性，墊料鋪設(shè)機(jī)鋪設(shè)的墊料主要為秸稈等，為糞污秸稈發(fā)酵提供原料。墊料可以將糞便和尿液吸收并混合，可以減少其有害氣體揮發(fā)的可能性，混合后的墊料由于重力作用在落料口處自動(dòng)落入糞污秸稈發(fā)酵室，保證了承糞帶的清潔，為畜禽生長提供干凈、衛(wèi)生的環(huán)境，體現(xiàn)了糞污清理的高效性。糞污秸稈發(fā)酵室中設(shè)有自動(dòng)噴水系統(tǒng)、自動(dòng)增氧系統(tǒng)和自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，保證發(fā)酵的效果。發(fā)酵后產(chǎn)生的氣體可以通到農(nóng)田作為作物生長的肥料，產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)可用于蚯蚓養(yǎng)殖，實(shí)現(xiàn)廢物的高效利用與處理。

1.液壓推板；2.糞污秸稈發(fā)酵室；3.移動(dòng)式密封板；4.墊料鋪設(shè)機(jī)；5.鵝舍；6.糞污傳送帶；7.支撐輥；8.飼喂車；9.微孔水管；10.離心風(fēng)機(jī)；11.微孔通氣管；12.螺旋輸出機(jī)圖1 畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置

2 主要工作部件的設(shè)計(jì)

2.1 傳送系統(tǒng)

畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由卷揚(yáng)機(jī)、承糞帶和支撐輥組成。其中，承糞帶采用半幅式傳送帶，傳送帶兩邊連接卷揚(yáng)機(jī)形成一個(gè)動(dòng)物糞便傳送系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中物料傳送組的覆蓋面比較廣，一個(gè)物料傳送系統(tǒng)可以滿足一整個(gè)養(yǎng)殖場的糞污清理要求。支撐輥是由若干個(gè)輥輪組成，而組成的支撐輥其形體呈凹狀，由其支撐著的傳動(dòng)帶上部在載物時(shí)也會(huì)形成凹狀，所承載的動(dòng)物糞便一是量多，二是不會(huì)散出傳動(dòng)帶。應(yīng)用本設(shè)計(jì)不但解放了勞動(dòng)力，減輕了人工承受體力勞動(dòng)的苦累，而且還大幅度提高了工作效率。此外，本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，不但可以應(yīng)用到養(yǎng)殖場地的糞便清理，而且還可以廣泛的應(yīng)用到各種領(lǐng)域中的物料清理、收集及運(yùn)輸，值得大力推廣。

(1)卷揚(yáng)機(jī)采用電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)是以三箱異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，經(jīng)彈性聯(lián)軸節(jié)，三級(jí)封閉式齒輪減速箱，牙嵌式聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)卷筒，采用電磁制動(dòng)，通過驅(qū)動(dòng)裝置使卷筒回轉(zhuǎn)的卷揚(yáng)機(jī)。電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)可以通過變頻器來控制速度，電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)型號(hào):JK/JM。電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的特點(diǎn)是：通用性高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、起重大、提速快、使用轉(zhuǎn)移方便，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化電控自動(dòng)作業(yè)線的相關(guān)設(shè)備。

(2)承糞帶采用傳送帶結(jié)構(gòu)，傳送帶分很多種，輕型的有PVC傳送帶，適合輸送無污染，環(huán)保要求較高的產(chǎn)品。重型輸送帶又分分層帶、整芯帶、鋼絲帶等。整芯帶用于井下作業(yè)有阻燃要求的工況，鋼絲帶適用于長距離大負(fù)荷運(yùn)輸。分層帶有兩部分組成：骨架和橡膠。一般骨架材質(zhì)有滌棉，尼龍，聚酯等；橡膠分普通，耐熱，耐寒，阻燃，高溫等根據(jù)具體的使用環(huán)境來確定。傳送帶選擇沒有好壞之分，只有合不合適之分。同樣的傳送帶用料差別才有可比性，通常主要原料有天然橡膠，合成橡膠，再生橡膠等。一定比例的再生膠添加可以增加橡膠的加工性能，所以在選擇的時(shí)候首先要搞清楚用在什么地方，然后選擇正規(guī)的信譽(yù)較好的企業(yè)采購。本裝置的傳送帶采用PVC材料，PVC傳送帶帶體彈性好，不易變形。選用高強(qiáng)力優(yōu)質(zhì)全棉、尼龍、聚酯帆布作帶芯，用純天然橡膠無污染配合劑制成白色或淺色，無污染。PVC傳送帶產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)合理，符合衛(wèi)生指標(biāo)，色澤適度，輕巧耐用。

(3)支撐輥(傳動(dòng)輥)除了具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)外，最突出的就是它與生產(chǎn)工藝過程能較好地銜接和配套，功能多樣性，具體表現(xiàn)在：布置靈活，容易分段和連接，可以根據(jù)需要由直線、圓弧、水平、傾斜、分支、合流等區(qū)段以及輔助裝置；組成形式分為閉式、平面、立體等各種形式的輸送路線，便于和工藝設(shè)備銜接配套，銜接方式簡易緊湊，有時(shí)作為工藝設(shè)備的物料輸入和輸出段，輥?zhàn)娱g的空隙部位便于布置各種裝置和設(shè)備無動(dòng)力式輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)。目前常用的棍子材料主要包括鋼輥?zhàn)?，不銹鋼輥?zhàn)雍弯X合金輥?zhàn)?。鋼輥?zhàn)舆m用于一般用途的輕、中、重載各種情況，如有防震、防滑等要求時(shí)，可采用包膠，涂塑的鋼輥?zhàn)印２讳P鋼輥?zhàn)油獗砻烙^、耐酸、堿等腐蝕性強(qiáng)，可承受輕、中、重各類載荷。但制造成本高，主要應(yīng)用在醫(yī)藥、食品等行業(yè)。鋁合金輥?zhàn)咏Y(jié)構(gòu)輕便、外表美觀、耐腐蝕性能好、承載能力低于鋼輥?zhàn)?，制造成本高于鋼輥?zhàn)?。適于輕載、要求外表美觀或移動(dòng)輕便的工作場合。綜合考慮以上因素，多功能畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置采用包膠的鋼輥?zhàn)幼鳛槌屑S帶的支撐輥(見圖2)。

1.落料口；2.墊料鋪設(shè)機(jī)；3.移動(dòng)式密封板；4.電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)；5.半幅式傳送帶；6.支撐輥圖2 傳送系統(tǒng)示意圖

2.2 糞污秸稈發(fā)酵室

糞污秸稈發(fā)酵室由液壓推板、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、輸出裝置3部分組成，糞污秸稈發(fā)酵室的長寬高分別40 m×6 m×3 m，體積為420 m3。糞污秸稈發(fā)酵室設(shè)計(jì)成密閉式發(fā)酵室、通氣式發(fā)酵系統(tǒng)，采用液壓推板式推送物料，根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)畜禽舍產(chǎn)生的鵝糞及墊料混合后，由傳送系統(tǒng)自動(dòng)掉入發(fā)酵室，再定時(shí)定距離移動(dòng)液壓推板，使糞污秸稈等物料向前移動(dòng)一定距離，期間根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，自動(dòng)噴水，適時(shí)通氧，用增氧管通氧既是為了進(jìn)行有氧發(fā)酵又可以起到翻堆的作用，加快發(fā)酵進(jìn)程。由糞污發(fā)酵室投料區(qū)遞進(jìn)至出料區(qū)后，發(fā)酵基本完全，發(fā)酵產(chǎn)生的氣體用離心風(fēng)機(jī)收集并通到農(nóng)田里用做肥料，發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液和沼渣等有機(jī)質(zhì)收集在集料池中，待一定數(shù)量之后可通過出料區(qū)中安裝的輸出機(jī)構(gòu)運(yùn)到地面。發(fā)酵示意圖如圖3所示。

圖3 糞污秸稈發(fā)酵室工作過程

(1)推板：采用高品質(zhì)的通用性耐力板，由液壓控制，每天根據(jù)收集的鵝糞及墊料數(shù)量確定推板向前移動(dòng)的距離，移動(dòng)一定距離后推板自動(dòng)返回。

(2)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：本糞污秸稈發(fā)酵室通過硬件傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等采集發(fā)酵過程信息并進(jìn)行控制，發(fā)酵測(cè)控系統(tǒng)是發(fā)酵過程參數(shù)智能檢測(cè)與優(yōu)化調(diào)控的基礎(chǔ)，直接影響著發(fā)酵過程的控制性能，本裝置以DMC智能儀表為核心，配以傳感器、控制器組成。DMC智能儀表還具有傳感器斷路檢測(cè)、故障報(bào)警等功能，使其可靠性更高。檢測(cè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)發(fā)酵室溫度、濕度和通氧量的檢測(cè)與控制，重量超限報(bào)警、推板定時(shí)控制功能。

(3)輸送裝置：糞污和墊料混合物在落入發(fā)酵室中后，由推板逐日向前推進(jìn)，并在前進(jìn)的過程中進(jìn)行發(fā)酵。當(dāng)由糞污發(fā)酵室投料區(qū)遞進(jìn)至出料區(qū)后，發(fā)酵基本完全，發(fā)酵產(chǎn)生的沼液和沼渣收集在集料池中，待一定數(shù)量之后可通過出料區(qū)中實(shí)現(xiàn)安裝的螺旋輸送機(jī)將其提升至地面，并輸送至運(yùn)輸車中。產(chǎn)生的氣體通到水管里，用做農(nóng)田的水肥，產(chǎn)生的沼液和沼渣等有機(jī)質(zhì)是優(yōu)質(zhì)高效的有機(jī)肥料，可應(yīng)用于蚯蚓養(yǎng)殖，高效、低碳、環(huán)保。然而，其具有較強(qiáng)的腐蝕性能，因此需要螺旋輸送機(jī)的絞龍葉片做特殊處理，采用抗磨耗腐蝕性能好的材料。金屬材料的磨耗腐蝕是機(jī)械力引起的磨損和糞便的腐蝕共同作用的結(jié)果，因此采用既耐蝕又抗磨耗的材料將是有效的預(yù)防措施。根據(jù)綜合分析后，選用馬氏體型不銹鋼2Cr13，經(jīng)淬火后，硬度較高，耐腐蝕性良好。

3 工作原理及性能分析

3.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

針對(duì)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場[11]糞污清理現(xiàn)狀，通過研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的一些機(jī)械化收集裝置在糞污清理時(shí)不僅浪費(fèi)資源而且衛(wèi)生防御工作不到位，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致糞污清理不干凈等問題，以此在高效、清潔、便利等因素下提出傳送帶式糞污清理及收集裝置的設(shè)計(jì)意見。

鵝舍地上一層為720 m2，共20間鵝舍，一共可以養(yǎng)殖4000只鵝，1只鵝的體重為4～15 kg，1只鵝每天平均排糞0.194 kg，4000只鵝每天產(chǎn)糞量為776 kg，按鵝糞和玉米秸稈以2∶1～3∶1的比例，每天需要玉米秸稈墊料的量為388～258 kg，可以計(jì)算墊料鋪設(shè)機(jī)的每次的鋪設(shè)量和轉(zhuǎn)速，以及糞污傳送帶的使用壽命和工作效率。該畜禽糞污自動(dòng)處理裝置可以實(shí)現(xiàn)每天自動(dòng)清理糞污并將收集好的糞污自動(dòng)落入糞污秸稈發(fā)酵室進(jìn)行有氧發(fā)酵，發(fā)酵后的有機(jī)質(zhì)會(huì)經(jīng)由螺旋輸出裝置運(yùn)輸?shù)降孛妗Ｕ麄€(gè)過程實(shí)現(xiàn)無害化、減量化、資源化循環(huán)利用。

3.2 工作原理與性能

畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置包括墊料鋪設(shè)機(jī)、傳送機(jī)構(gòu)、糞污秸稈發(fā)酵室、輸出機(jī)構(gòu)。傳送機(jī)構(gòu)主要由承糞帶、卷揚(yáng)機(jī)和支撐輥等組成，工作過程中承糞帶在卷揚(yáng)機(jī)的帶動(dòng)下開始運(yùn)轉(zhuǎn)，通過落料口將所承載的墊料及糞污輸送至地下正下方的糞污秸稈發(fā)酵室中，墊料可以吸附糞污，將傳送帶上的糞污都落入到發(fā)酵室中，可以保證畜禽具有衛(wèi)生清潔的生存環(huán)境。落入糞污秸稈發(fā)酵室的墊料及糞污根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的控制，經(jīng)過糞污秸稈有氧發(fā)酵一定時(shí)間之后，產(chǎn)生的氣體通到水管里，可以用做農(nóng)田的水肥，產(chǎn)生的沼液和沼渣等有機(jī)質(zhì)是優(yōu)質(zhì)高效的有機(jī)肥料，待一定數(shù)量之后可通過出料區(qū)中安裝的螺旋輸送機(jī)輸送至地面，可以用于蚯蚓等的養(yǎng)殖，進(jìn)行肥料化利用[12]。整機(jī)與糞污接觸的部件均采用耐腐蝕材料，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能。

4 結(jié)論

畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置中的傳送帶可以作為禽舍的地面部分，畜禽休息時(shí)可以為畜禽提供休息空間，當(dāng)畜禽在舍外活動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)帶在卷揚(yáng)機(jī)的帶動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)，將表面的墊料及糞污輸送至禽舍下的糞污秸稈發(fā)酵室中，實(shí)現(xiàn)糞污的自動(dòng)清理，體現(xiàn)出高效、綠色、環(huán)保等理念。

畜禽舍下面設(shè)置糞污秸稈發(fā)酵室，清理的糞污可以在發(fā)酵室中進(jìn)行發(fā)酵處理，實(shí)現(xiàn)了糞污清理和發(fā)酵處理的統(tǒng)一管理，發(fā)酵產(chǎn)生的氣體用做農(nóng)田的肥料，發(fā)酵后的有機(jī)質(zhì)可以養(yǎng)殖蚯蚓[13]，形成畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理產(chǎn)業(yè)鏈，逐漸形成畜禽養(yǎng)殖、廢棄物處理、有機(jī)肥生產(chǎn)、綠色有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)相結(jié)合的循環(huán)、綠色農(nóng)業(yè)[14]。

畜禽舍糞污自動(dòng)處理裝置在收集糞污時(shí)采用干清糞的方式，減少了水資源的浪費(fèi)，并為畜禽提供了干凈、清爽的環(huán)境。有效改善畜禽生長環(huán)境，降低畜禽發(fā)病率，降低禽舍糞污處理勞動(dòng)強(qiáng)度，降低畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)成本。