臥螺式沉降離心機(jī)在奶牛場糞污處理中的應(yīng)用探討

摘要：介紹臥螺式離心機(jī)的工作原理，通過試驗(yàn)驗(yàn)證臥螺式離心機(jī)在奶牛場糞污處理中應(yīng)用的可行性，初步確定牛糞類型、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、PAM濃度和PAC濃度對糞污中總固體去除率的影響，為規(guī)模化奶牛場工業(yè)化處理糞污提供參考。

關(guān)鍵詞：臥螺式離心機(jī)；奶牛場；糞污；處理

近年來，為有效緩解牛奶供需市場的矛盾，我國各地陸續(xù)建立起了大量的千頭、萬頭規(guī)模化奶牛場，使奶牛養(yǎng)殖規(guī)模化、專業(yè)化的程度不斷提高。但是奶牛的代謝旺盛，采食量大，因而在奶牛養(yǎng)殖業(yè)飛速發(fā)展的同時也隨之產(chǎn)生大量的糞污，主要有奶牛的糞、尿、擠奶廳的設(shè)備清洗和沖洗污水等，如果不能對其進(jìn)行及時有效地處理，將會成為嚴(yán)重的污染源，使奶牛場周邊的空氣惡化、水體富營養(yǎng)化、土壤結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)以及傳播人畜共患病進(jìn)而影響人體健康。

根據(jù)2010年2月由原國家環(huán)保部、統(tǒng)計局和原農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《第一次全國污染源普查公報》統(tǒng)計數(shù)據(jù)，畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便產(chǎn)生量2.43 億噸，尿液產(chǎn)生量 1.63 億噸，主要水污染物排放量為化學(xué)需氧量1 268.26 萬噸，總氮102.48 萬噸，總磷16.04 萬噸，總銅2 397.23 噸，總鋅4 756.94 噸。1 頭體重 0.5 ~ 0.6 噸的奶牛，每晝夜排糞30~50 kg、排尿15~ 20 kg。1 個規(guī)模為5 000 頭存欄的成母牛牧場，每年需處理的養(yǎng)殖糞污不低于8.0 萬~ 12.5 萬噸。圖1為奶牛場糞污收集及處理基本工藝流程圖。固液分離是規(guī)模化奶牛場工業(yè)化處理糞污流程中一道不可少的環(huán)節(jié)。常用的固液分離方法有沉降、機(jī)械分離、蒸發(fā)池分離、絮凝分離、脫水分離，其中分離好的是機(jī)械分離；用得最多的機(jī)械分離設(shè)備包括篩分設(shè)備（斜板篩、振動篩）、離心分離設(shè)備和壓濾設(shè)備（帶式、螺旋擠壓）。固液分離的重要意義在于兩方面：首先是通過預(yù)處理減少糞污中的污染物含量，降低后續(xù)處理工藝的壓力和成本；其次是防止大的固體或雜物進(jìn)入后續(xù)的處理環(huán)節(jié)，造成設(shè)備的堵塞或破壞等。本文主要探討臥螺式離心分離設(shè)備在奶牛場糞污處理中的應(yīng)用，通過試驗(yàn)驗(yàn)證臥螺式離心機(jī)在奶牛場糞污處理中不同的絮凝劑種類、用量選擇對分離結(jié)果的影響，為規(guī)模化奶牛場工業(yè)化處理糞污提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料本試驗(yàn)所用牛糞取自風(fēng)行乳業(yè)公司華美牧場集糞池（新鮮牛糞）和一級氧化塘（氧化牛糞），分離前牛糞總固體（TS）含量在4% ~ 6%；PAM、PAC為市售絮凝劑。

1.2 儀器設(shè)備和工作原理1.2.1儀器設(shè)備 LW450 W臥螺式離心機(jī)及配電箱等1 套，主要技術(shù)規(guī)格如表1。

1.2 臥螺式離心機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工作原理臥螺式離心機(jī)是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的高效離心分離設(shè)備，一般可分為臥式螺旋過濾離心機(jī)和臥式螺旋沉降離心機(jī)。臥螺離心機(jī)具有處理能力大、能連續(xù)作業(yè)、自動化程度高、對物料適應(yīng)能力強(qiáng)及脫水效果好等特點(diǎn)，在固液分離領(lǐng)域得到了廣泛的使用和推廣，其基本結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)鼓、螺旋、動力系統(tǒng)和變速系統(tǒng)等組成。轉(zhuǎn)鼓和螺旋同向高速旋轉(zhuǎn)但存在可以調(diào)整的速差，物料連續(xù)進(jìn)入螺旋內(nèi)筒時，由于螺旋的高速旋轉(zhuǎn)，物料被加速后進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，在轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)一步加速旋轉(zhuǎn)，在離心力場作用下，物料因比重不同將進(jìn)行分離，其中比重較大的固相物在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上形成沉積層，比重較輕的液相物形成內(nèi)層液環(huán)。在螺旋和轉(zhuǎn)速差速的作用下，螺旋將沉積的固相物推至轉(zhuǎn)鼓錐端，經(jīng)排渣口排出機(jī)外，而內(nèi)層液環(huán)也就是澄清液由轉(zhuǎn)鼓溢流堰板處溢出轉(zhuǎn)鼓，完成分離過程。設(shè)備能在全速運(yùn)轉(zhuǎn)下，連續(xù)進(jìn)料、分離、洗滌和卸料，是一種連續(xù)式的脫水設(shè)備。

1.3 試驗(yàn)方法以 牛 糞 種 類 A 、 轉(zhuǎn) 鼓 轉(zhuǎn) 速 （rpm） B、 PAM濃度（%）C、PAC濃度（%）D作為對牛糞中總固體去除率（%）Y的影響，采用無交互作用4因素 3水平 L9（34）進(jìn)行試驗(yàn)。首先采用單因素試驗(yàn)，分別確定各個因素的變化水平，牛糞種類A為新鮮牛糞100% - 氧化牛糞100%，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速B為2 500 ~ 3 500 rpm， PAM濃度 C為 0% ~ 0.15%，PAC濃度 D為 0% ~ 10%。根據(jù)確定的變化范圍，進(jìn)行二次回歸正交試驗(yàn)，根據(jù)二次回歸正交試驗(yàn)確定因素水平表（表2）和正交試驗(yàn)表（表3）。

正交試驗(yàn)結(jié)果

表4為正交試驗(yàn)結(jié)果。從表 4的試驗(yàn)結(jié)果可知各因素對總固體去除的優(yōu)水平為 A3B3C3D3。從表 4的極差值Rj可知各因素對糞污中總固體去除率的影響為 B>C>D>A（R值由大至小）。

2.2 趨勢分析通過牛糞種類、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、PAM濃度、PAC濃度對總固體去除率的影響曲線可以看出：（1）轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越快、 PAM濃度和 PAC濃度越高，糞污中總固體的去除效果越好；（2）牛糞氧化后對總固的去除效果有幫助，但影響沒有其他因素大。

3 結(jié)果討論

（1）臥螺式離心機(jī)對牛糞總固體的去除率明顯優(yōu)于螺旋壓榨分離機(jī)對牛糞總固體的去除率52%[9]。

（2）在本試驗(yàn)各因素中，影響總固體去除率大小的因素依次為：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速＞ PAM濃度＞ PAC濃度，牛糞是否氧化對總固體的去除率有影響，但沒有其他因素大。

（3）臥螺式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越快，添加的絮凝劑 PAM、PAC的濃度越高，對牛糞的總固體去除效果越好；如果考慮分離后的固體用于生產(chǎn)有機(jī)肥，可不添加 PAC，但對牛糞的總固體去除率會有影響。