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        畜禽糞污無害化快速處理裝備研發(fā)

        2019-12-27 05:53:16張小剛
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2019年24期

        張小剛

        (山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心,山西太原 030031)

        農(nóng)業(yè)面源污染是當(dāng)前農(nóng)村環(huán)境保護(hù)的一大難題,對(duì)水環(huán)境、土壤資源、大氣環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,并對(duì)人類健康產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的破壞作用。由于污染防治意識(shí)不強(qiáng)、相關(guān)制度建設(shè)不完善和技術(shù)障礙多等原因,我國農(nóng)業(yè)面源污染形勢嚴(yán)峻。立足于解決農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染,以畜禽糞便的快速無害化處理為開端,為解決農(nóng)村面源污染打開一條新出路。

        1 我國畜禽糞污污染及資源化利用現(xiàn)狀

        我國畜牧業(yè)產(chǎn)值達(dá)2.98萬億元,占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的27.8%,畜牧業(yè)的快速發(fā)展,滿足了全社會(huì)不斷增長的畜產(chǎn)品需求,同時(shí)也產(chǎn)生了大量的養(yǎng)殖廢棄物,畜禽糞污問題日益突出。大量畜禽糞污的無序排放造成了極為嚴(yán)重的環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì),2017年畜禽糞污高達(dá)38×108t[1]。養(yǎng)殖企業(yè)多數(shù)都建設(shè)在交通便利、供排水方便的城鄉(xiāng)結(jié)合處、河灘或近郊區(qū)域,大都將畜禽糞污不經(jīng)任何處理直接排入附近的農(nóng)田、河道、下水管網(wǎng)甚至江河之中,不僅污染了環(huán)境,傳播了病菌,更嚴(yán)重的是影響了地表水的質(zhì)量,生態(tài)環(huán)境被嚴(yán)重破壞,威脅人類的安全與健康。

        我國規(guī)模化養(yǎng)殖企業(yè)土地連片集中,土地得到充分的利用,畜禽新鮮糞污可以及時(shí)出售,沒有畜禽糞污處理的區(qū)域,養(yǎng)殖區(qū)域防疫基本依靠藥物控制;糞污中包含大量病毒細(xì)菌、蟲卵、草籽等,給農(nóng)村經(jīng)濟(jì)作物、大棚土壤造成嚴(yán)重污染;即使是大規(guī)模養(yǎng)殖企業(yè)設(shè)置有糞污堆放區(qū)域,但若不及時(shí)處理糞污,不僅需要占用大量土地,而且也會(huì)對(duì)養(yǎng)殖及周邊區(qū)域造成二次空氣、水污染,并嚴(yán)重威脅養(yǎng)殖區(qū)域的防疫。

        畜禽糞便的資源量隨著畜牧業(yè)的發(fā)展而迅速增長,2017年已達(dá)到38×108t,其氮磷鉀養(yǎng)分含量為4 741.45×104t,氮磷鉀比例為1∶0.53∶1.08,其磷鉀比例也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)在的化肥施用比例,對(duì)緩解我國磷鉀肥不足也有重要意義。

        我國目前畜禽糞污的無害化處理利用率不高,特別是大中型養(yǎng)殖場。據(jù)一些大城市郊區(qū)的調(diào)查,利用率一般不到20%,如北京市的畜禽糞便加工處理能力僅有22×104t,處理率僅為3%。對(duì)于該部分資源,目前正在致力于發(fā)展畜禽糞污資源化利用、有機(jī)肥工廠化生產(chǎn),但是由于畜禽糞污運(yùn)輸、無害化處理、有機(jī)肥生產(chǎn)成本較高,且有機(jī)肥產(chǎn)品只能用于那些高附加值的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn),應(yīng)用范圍受到限制,所以目前大部分畜禽糞污最好的辦法是簡單漚制發(fā)酵后直接在田間利用。

        研制可靠的快速高效無害化處理發(fā)酵設(shè)備與技術(shù)、糞污運(yùn)輸工具與有機(jī)肥施用技術(shù),是當(dāng)前畜禽糞污無害化處理急需解決的關(guān)鍵問題。

        2 畜禽糞便無害化處理工藝分析與選擇

        畜禽糞便的無害化處理、資源化利用通常是通過好氧、厭氧發(fā)酵來進(jìn)行。將畜禽糞便堆放在田間地頭,經(jīng)過4~6個(gè)月的自然發(fā)酵腐熟后成為堆肥,作為底肥灑到田間,培肥地力,這種方式耗時(shí)長、臭味大,污染空氣、地表水和土壤,而且容易燒苗,滋生蟲卵;現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)畜禽糞污有機(jī)肥加工,特別是一些大的畜禽養(yǎng)殖場,通常將糞便集中堆放、攪拌、翻刨、好氧發(fā)酵、沼氣厭氧發(fā)酵,發(fā)酵過程中臭氣熏天、污水橫流,污染了周邊環(huán)境,使得周邊農(nóng)民集體抵制有機(jī)肥生產(chǎn)[2]。

        專業(yè)有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè),通過機(jī)器設(shè)備將畜禽糞便與輔料混合翻堆攪拌發(fā)酵,大幅提高了發(fā)酵效率,但占地面積大、處理加工能力嚴(yán)重不足等問題制約畜禽糞污的無害化處理和有機(jī)肥加工的發(fā)展。

        通過大量的調(diào)查研究,將畜禽糞污無害化處理與資源化利用徹底分開,畜禽糞污的無害化快速高效處理設(shè)置在養(yǎng)殖企業(yè),在好氧發(fā)酵菌種作用下,一次性完成高溫好氧發(fā)酵、除臭、濾水、殺卵、滅菌等功能,實(shí)現(xiàn)快速無害化處理,減少糞污堆放時(shí)間和占地面積,徹底切斷病菌傳播途徑;資源化利用設(shè)置在專用有機(jī)肥加工企業(yè),利用無害化處理過的畜禽糞污,生產(chǎn)出符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)肥。

        3 畜禽糞便無害化快速處理裝備研發(fā)

        設(shè)備來自于2018年度山西省現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備引進(jìn)(開發(fā))試驗(yàn)“畜禽糞污有機(jī)肥加工技術(shù)及快速發(fā)酵設(shè)備引進(jìn)開發(fā)試驗(yàn)”項(xiàng)目。

        3.1 工藝原理

        畜禽糞便好氧發(fā)酵處理設(shè)備采用好氧微生物有氧發(fā)酵原理,使微生物利用畜禽糞便中的有機(jī)質(zhì)、殘留蛋白等,在一定溫度、濕度和氧氣充足的環(huán)境下快速繁殖。繁殖過程中,它們消耗糞便中的有機(jī)質(zhì)、蛋白質(zhì)和氧氣,代謝產(chǎn)生氨氣、CO2和水蒸氣。同時(shí)釋放大量的熱量,使罐內(nèi)溫度升高[3]。在45~70℃(通過外部設(shè)備加熱)進(jìn)一步促進(jìn)微生物生長代謝,同時(shí)60℃以上的溫度可殺滅糞便中的有害細(xì)菌和病原體、寄生蟲卵等有害物質(zhì),同時(shí)平衡有益菌存活的溫度、濕度和pH值,滿足有益菌生存條件,隨著新鮮畜禽糞便不斷加入,罐內(nèi)微生物循環(huán)持續(xù)繁殖,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)糞便的無害化處理。處理過的熟料可以直接作為肥料使用,也可以作為原料生產(chǎn)復(fù)合有機(jī)肥,徹底解決糞便對(duì)環(huán)境的污染問題,確保養(yǎng)殖行業(yè)規(guī)?;?、綠色可持續(xù)發(fā)展。

        禽畜糞便發(fā)酵罐工藝原理是將畜禽糞便等物料與生物發(fā)酵菌混合,利用微生物的活性,對(duì)廢棄物中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行生物分解、腐熟,使有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥原料,用于土壤改良、園林綠化,最終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物的資源化利用。

        3.2 分析計(jì)算

        根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)示范點(diǎn)太谷縣鴻昊養(yǎng)殖專業(yè)合作社的日處理糞污情況,設(shè)計(jì)畜禽糞污發(fā)酵設(shè)備(滾筒)為12 m3,結(jié)合放置場地和鋼板材料情況設(shè)計(jì)滾筒總長為10 m,滾筒長度為6 m。則:

        由以上公式可求得直徑約為1.6 m。

        3.3 總體設(shè)計(jì)

        根據(jù)畜禽糞污有機(jī)肥加工工藝及畜禽糞污好氧發(fā)酵處理設(shè)備工作原理,結(jié)合山西省現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備引進(jìn)試驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)書,設(shè)計(jì)制造出畜禽糞污發(fā)酵滾筒,其機(jī)械結(jié)構(gòu)布局合理,管道走向流暢、外形美觀,并且解決了市場上的畜禽糞便好氧發(fā)酵設(shè)備普遍存在的一些問題,如脫水不暢的問題、發(fā)酵溫度不夠的問題等。

        畜禽糞污發(fā)酵設(shè)備(滾筒)總體布置圖見圖1。

        圖1 畜禽糞污發(fā)酵設(shè)備(滾筒)總體布置圖

        3.4 技術(shù)方案

        畜禽糞污高效、快速無害化處理發(fā)酵滾筒由底架、前部支架、進(jìn)料裝置、滾筒、滾筒內(nèi)濾水及傳料裝置、加熱裝置、曝氣裝置、滾筒動(dòng)力裝置、電氣控制裝置、尾部支架、出料裝置等部分構(gòu)成。滾筒內(nèi)濾水及傳料裝置在滾筒內(nèi)部,通過機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),不再單設(shè)動(dòng)力裝置帶動(dòng);加熱、曝氣裝置通過設(shè)在前部支架的動(dòng)力裝置帶動(dòng)在滾筒內(nèi)實(shí)現(xiàn);滾筒動(dòng)力裝置由外設(shè)的減速機(jī)帶動(dòng)齒圈實(shí)現(xiàn),滾筒的支撐由光圈承擔(dān);電氣控制裝置設(shè)在前部支架內(nèi);滾筒和前后支架的連接通過法蘭和不銹鋼薄片實(shí)現(xiàn);進(jìn)料裝置設(shè)在前部支架上方。

        工作時(shí),滾筒在減速機(jī)帶動(dòng)下開始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí),進(jìn)料裝置啟動(dòng),畜禽糞便開始源源不斷地進(jìn)入滾筒,在傳料導(dǎo)向板的引導(dǎo)下,畜禽糞便緩慢向尾部支架移動(dòng)。原料中所含的水分通過濾水裝置流向桶外,在濾水腔內(nèi)安裝出水螺旋,出水螺旋分兩段,以不同的旋轉(zhuǎn)方向安裝在同一根軸上,通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在滾筒旋轉(zhuǎn)的同時(shí),出水螺旋工作排水,解決了濾水裝置經(jīng)常堵塞、濾水不暢、嚴(yán)重影響發(fā)酵質(zhì)量的問題。

        滾筒內(nèi)畜禽糞便在發(fā)酵菌加熱、曝氣、濾水及電控裝置的共同作用下開始快速發(fā)酵,采用大功率加熱裝置,短時(shí)間內(nèi)滾筒物料溫度就迅速上升到70℃左右;縮短曝氣間隔,加大滾筒內(nèi)物料供氧量[4]??s短畜禽糞便發(fā)酵腐熟時(shí)間,解決養(yǎng)殖場糞便不能及時(shí)處理造成的環(huán)境污染問題。

        濾水裝置見圖2,濾水部件設(shè)計(jì)圖見圖3。

        圖2 濾水裝置

        圖3 濾水部件設(shè)計(jì)圖

        4 試驗(yàn)

        項(xiàng)目試驗(yàn)場地選在項(xiàng)目示范點(diǎn)太谷鴻昊養(yǎng)殖專業(yè)合作社。試驗(yàn)的原料是雞糞(肉雞),配以HM生物菌種及廢煙絲進(jìn)行高溫發(fā)酵,經(jīng)過24 h發(fā)酵后,實(shí)現(xiàn)除臭、脫水、殺卵、滅菌等功能。將發(fā)酵后的雞糞輸送到發(fā)酵場地和腐殖酸(褐煤)攪拌到一起,通過槽式翻拋機(jī)進(jìn)行二次發(fā)酵,發(fā)酵完成后進(jìn)行粉碎,粉碎后通過皮帶輸送機(jī)進(jìn)入臥式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌,攪拌完成后通過皮帶輸送機(jī)進(jìn)入有機(jī)肥造粒機(jī)造粒,造粒完成后經(jīng)過烘干、除塵、冷卻等若干程序進(jìn)入打包機(jī)包裝。

        試驗(yàn)原料廢煙絲見圖4,發(fā)酵中的設(shè)備見圖5,二次發(fā)酵完成的雞糞見圖6。

        圖4 試驗(yàn)原料廢煙絲

        圖5 發(fā)酵中的設(shè)備

        圖6 二次發(fā)酵完成的雞糞

        試驗(yàn)完成后,將雞糞有機(jī)肥產(chǎn)品進(jìn)行了送檢。

        雞糞有機(jī)肥檢測報(bào)告見表1。

        5 結(jié)語

        (1)研發(fā)了一種新的畜禽糞污處理工藝,將畜禽糞污無害化處理與資源化利用徹底分開,畜禽糞污的無害化、快速、高效處理設(shè)置在養(yǎng)殖企業(yè),資源化利用設(shè)置在專用有機(jī)肥加工企業(yè)。

        (2)通過試驗(yàn)及技術(shù)改進(jìn),完成了畜禽糞污無害化處理及資源化利用關(guān)鍵設(shè)備——畜禽糞污無害化快速發(fā)酵滾筒的改進(jìn)及設(shè)計(jì),完成了畜禽無害化發(fā)酵滾筒圖紙、圖樣和樣機(jī)試制、試驗(yàn)。該設(shè)備可一次性完成畜禽糞污的除臭、濾水、殺卵、滅菌等功能。

        (3)畜禽糞污無害化快速發(fā)酵滾筒徹底解決了市場上同類設(shè)備脫水不暢的問題。

        表1雞糞有機(jī)肥檢測報(bào)告

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