李鴻志，劉素華，張勝利，高偉茹

（1.河北省永清縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北永清065600；2.河北省畜牧總站，河北石家莊050000；3.遷西縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北遷西064300）

1 技術(shù)背景

據(jù)調(diào)查，目前大部分奶牛場(chǎng)擠奶系統(tǒng)清洗采用酸堿液的清洗模式，一般每天清洗3 次，2 次堿液，1 次酸液。堿液的主要成分是氫氧化鈉和次氯酸鈉混合物，酸液是硫酸和磷酸的混合物。長(zhǎng)期使用會(huì)腐蝕擠奶系統(tǒng)，而且產(chǎn)生的廢水處理困難。

據(jù)檢測(cè)，酸堿液清洗擠奶系統(tǒng)的混合污水溶液pH 值是10～10.3，COD 為28.59，氨氮0.084，磷38.6。這些清洗液如果稀釋到pH 值為9 的標(biāo)準(zhǔn)，需要稀釋100 倍。一個(gè)1000 頭存欄牧場(chǎng)，每天產(chǎn)生的酸堿清洗污水1.5～2.5 噸，每年產(chǎn)生此類廢水500～1000 噸，稀釋成排放標(biāo)準(zhǔn)需消耗凈水5～10 萬(wàn)噸，造成極大的資源消耗。

目前，牧場(chǎng)的污水處理模式大多是采用預(yù)處理—MBR 生化處理-超濾-深度處理模式，酸堿清洗污水因?yàn)閜H 值高，造成污水處理的微生物發(fā)酵階段出現(xiàn)“死床”，即殺死發(fā)酵微生物，造成污水處理失去效果。所以，傳統(tǒng)的污水處理方法難以處理清洗擠奶系統(tǒng)的污水。

本文通過(guò)對(duì)擠奶系統(tǒng)清洗和污水處理技術(shù)的研究，對(duì)酸堿液的清洗模式進(jìn)行優(yōu)選，降低牧場(chǎng)酸堿液使用成本，并對(duì)污水處理和回收利用技術(shù)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)污水“零排放”。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

2.1 國(guó)外現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

電解水包括堿性電解水和酸性電解水，已經(jīng)作為一種環(huán)境友好型消毒劑廣泛應(yīng)用于醫(yī)療食品行業(yè)。酸性電解水在食品行業(yè)中主要用于食品加工設(shè)備、水果、蔬菜、肉類、水產(chǎn)品的消毒。

近年來(lái)，電解水被實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用于擠奶系統(tǒng)的CIP 過(guò)程，取得了滿意的效果。Waiker 等研究了pH 值為11.3 的堿性電解水和pH 值為2.6 的酸性電解水對(duì)擠奶管道的清洗效果，表明采用60℃的兩種電解水清洗管道7.5 分鐘，可完全清除管道內(nèi)的細(xì)菌和ATP。Wang X M,Puri V M,Demirci A 等證明了電解水的清洗效果可達(dá)到或者超過(guò)傳統(tǒng)的CIP 效果。

2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

劉羽，王朝元，施正香，李保明等針對(duì)儲(chǔ)奶罐電解水清洗除菌效果和清洗模式優(yōu)選進(jìn)行了研究，該實(shí)驗(yàn)研究了堿性電解水（清洗時(shí)間為8 分鐘，溫度為70.3℃、pH 值12）和微酸性電解水（清洗時(shí)間為9.9 分鐘，溫度為37.8℃、ACC 為60 毫克/升）對(duì)100 升立式儲(chǔ)奶罐的實(shí)際清洗效果實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了一酸一堿、兩堿一酸和三堿一酸的不同模式對(duì)清洗效果的影響，與傳統(tǒng)的商業(yè)清洗液相比，堿性電解水和酸性電解水均可應(yīng)用于儲(chǔ)奶罐的清洗消毒，綜合考慮，推薦在儲(chǔ)奶罐中采用一堿一酸的電解水清洗模式。

3 技術(shù)路徑和系統(tǒng)控制

3.1 技術(shù)路徑圖

路徑圖中，1 是酸、堿溶液發(fā)生裝置，2 是清洗槽，3 是原水池，4 是預(yù)處理裝置，5 是反滲透裝置，6 是濃縮水儲(chǔ)料池，7 是蓄水池，8 是壓力泵，9 是離子交換膜，11 是超濾裝置，12 是入水閥，13 是電解槽，14 是陰、陽(yáng)兩個(gè)電極，15 是直流供電源，圖中的連接線“——”表示管道。

3.2 技術(shù)說(shuō)明

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、使用方便、使用成本低廉、污水處理零排放的擠奶系統(tǒng)清洗液生產(chǎn)和污水處理集成設(shè)備。它包括電源插頭、保險(xiǎn)絲、直流穩(wěn)壓電源、蠕動(dòng)泵、電解槽、擠奶系統(tǒng)清洗、原水池、原水預(yù)處理、超濾處理、有機(jī)物析出、反滲透處理、氯化鈉析出、儲(chǔ)水池。電源插頭一端通過(guò)保險(xiǎn)絲，連接到直流穩(wěn)壓電源，220 伏交流電變?yōu)?～6 安、6～12伏直流電，正負(fù)極分別連至電解槽接點(diǎn)，電解槽內(nèi)氯化鈉溶液電解為酸性水和堿性水，用于清洗擠奶系統(tǒng)，所產(chǎn)生的清洗廢水進(jìn)入原水池，然后經(jīng)預(yù)處理，再經(jīng)過(guò)超濾處理和反滲透處理，過(guò)濾掉大分子物質(zhì)和氯化鈉，潔凈水進(jìn)入儲(chǔ)水池，用于沖洗擠奶廳地面。

3.3 系統(tǒng)控制

系統(tǒng)由注水控制、攪拌控制、電解槽給水控制、電源、恒流源和pH 計(jì)組成，對(duì)所有過(guò)程的各種參數(shù)分別進(jìn)行獨(dú)立控制，控制參數(shù)包括：水流量和水速度控制最大速度2.4 升/分鐘以內(nèi)。攪拌速度和時(shí)間可控，按照程序設(shè)定實(shí)現(xiàn)10～100秒攪拌時(shí)間。電解槽恒流控制，最大實(shí)現(xiàn)7 安恒流輸出?？刂凭?.1 安。pH 計(jì)檢測(cè)流出液體的酸堿度，檢測(cè)精度0.5。

主控制器選用嵌入式處理器STW32, 接口IO 可實(shí)現(xiàn)PWM、DAC、ADC、定時(shí)器等功能。監(jiān)控系統(tǒng)使用Linux7 寸觸摸屏，分辨率1024×600。使用PWM 信號(hào)進(jìn)行泵的轉(zhuǎn)數(shù)控制。

3.4 技術(shù)指標(biāo)

環(huán)境溫度：常溫環(huán)境

相對(duì)濕度：不大于90%

電 源：220 伏±10%，50 赫茲

高精程控蠕動(dòng)泵：20～2400 毫升/ 分鐘，精度；20 毫升/分鐘

電流量程：1～6 安，電流精度:1%

攪拌時(shí)間：1～600 秒，精度：2 秒

pH 測(cè)量：2℃～13℃精度：0.5.

4 結(jié)論與分析

從改變擠奶系統(tǒng)的清洗模式入手，利用氯化鈉電解生成鹽酸和氫氧化鈉分別清洗擠奶系統(tǒng)，二者清洗消耗后混合再次生成氯化鈉和水，清洗產(chǎn)生的有機(jī)物通過(guò)超濾技術(shù)過(guò)濾攔截，氯化鈉通過(guò)反滲透技術(shù)過(guò)濾析出，再次電解循環(huán)使用，完全達(dá)到了“零排放”的環(huán)境保護(hù)要求。

與現(xiàn)有技術(shù)比，該項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)性體現(xiàn)在：

4.1 該技術(shù)通過(guò)氯化鈉電解生產(chǎn)擠奶系統(tǒng)清洗液（酸堿液），運(yùn)用超濾和反滲透技術(shù)對(duì)廢水處理和過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”。若采用該技術(shù)，每個(gè)存欄1000 頭的牧場(chǎng)酸堿性廢水年排放量減少500～1000 噸。

4.2 每個(gè)存欄1000 頭的牧場(chǎng)年采購(gòu)酸堿液2噸，使用該技術(shù)，每個(gè)牧場(chǎng)節(jié)省清洗液成本2 萬(wàn)元。

因此，該技術(shù)的發(fā)明和推廣應(yīng)用，對(duì)于資源的高效利用、環(huán)境保護(hù)和奶牛業(yè)的健康快速發(fā)展都有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。