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一组奶牛粪便预处理设备的选用

2021-06-15 12:35:31 浏览次数:
        沼气工程原料预处理技术是为了满足厌氧发酵工艺的特殊需要而对生物质所做的技术处理,是对天然生物质的一个优化处理。
        原料预处理是保障厌氧发酵系统稳定运行、提高产气率和工程效益的重要环节,目前国内有采用先对畜禽粪尿进行固液分离,固体部分干燥或堆沤后作为有机肥,而液体部分进入厌氧消化器进行发酵产沼气。但此法存在沼气产率低( 大量的固体部分并未能进入厌氧消化器) 、存在二次污染( 分离出来的固体中存在大量的病原微生物) 等问题。
        由于奶牛粪便中含有未消化完全的粗饲料、精饲料等大颗粒、长纤维类杂质,直接进入厌氧消化器容易产生进料设备及管道、分布器、出料管道堵塞等问题,并在厌氧消化器内产生较多的浮渣和沉渣,大量浮渣漂浮在液体表面,不能和甲烷菌进行充分接触,从而导致产气率低且阻止了沼气的通过,并且沉渣造成厌氧消化器有效容积减少,混合十分困难。
        为此根据实际情况笔者对奶牛粪便厌氧发酵前的预处理设备进行了选择与应用。
       1 技术路线
( 1) 将每天产生的奶牛粪便收集在储粪池内,所述储粪池内安装有混合设备,其对粪便进行搅拌、混合,以实现粪便中的固液均匀。
( 2) 混合均匀后,采用 SP 双绞刀粉碎式潜污泵将粪便打入螺旋挤压式固液分离机进行固液分离。
( 3) 固液分离所得的液体经固液分离机出水口直接排入调浆池中,固液分离所得的固体经固液分离机的卸料口落入湿物料粉碎机的进料口。
( 4) 湿物料粉碎机将固体进行粉碎,粉碎后的固体经粉碎机的出料口掉落至调浆池中,然后向调浆池内加入自来水、地表水或者沼液,并开动调浆池搅拌机,调节物料的固体浓度在 3% ~ 10% 范围内。
( 5) 将调节好的物料经进料泵打入厌氧消化器进行厌氧发酵生产沼气。规模奶牛养殖场所收集的奶牛粪便是粪便、尿液、冲洗水的混合物,其水分含量在 90% ~ 97% ,总固体含量为 3% ~ 10% ,呈泥浆状。通常奶牛粪便中粒径大于 2 mm 的固体颗粒及长度大于 5 mm 的纤维类固体的含量占总固体 40% ~ 60% 。纤维类固体主要是未消化完全的干草、秸杆、青绿饲料、青贮饲料等粗饲料,固体颗粒主要是未消化完全的玉米、高梁、大麦、燕麦、稻谷等精饲料。
       2 设备选用
2. 1 储粪池和调浆池储粪池和调浆池为地下式砖混或钢筋砼结构,湿物料粉碎机安装在调浆池池顶,固液分离机安装在粉碎机上部,以便固液分离所得的固体从分离机卸料口靠重力落入粉碎机进料口,粉碎后的固体从粉碎机出料口靠重力落入调浆池,固液分离所得的液体从分离机出水口靠重力自流进入调浆池。
2. 2 潜水搅拌机储粪池内的混合设备采用的是潜水搅拌机,潜水搅拌机又称潜水推进器,适用于污水处理厂的工艺流程中推进搅拌含有悬浮物的污水、稀泥浆、工业过程液体等,并创建水流,加强搅拌功能,防止污泥沉淀; 其适用于奶牛粪便的潜水搅拌机的功率在 8~ 15 w·m- 3物料,材质可选用碳钢也可选用不锈钢。
2. 3 SP 双绞刀粉碎式潜污泵SP 双绞刀粉碎式潜污泵采用独有双重切割水力部件,在其切割式叶轮前加装切割旋转刀头,进水口部装固定刀,所述切割式叶轮、旋转刀头与固定刀均采用不锈钢硬质合金锻制而成; 被输送介质中的杂质在进入叶轮流道前即被绞碎,该 SP 双绞刀粉碎式潜污泵能将污水中的各种麻袋、塑料编织袋、帆布手套、皮手套、棉线编织手套,以及日用塑料袋、布、卫生纸、卫生巾、棉纱一类的物体粉碎成絮状随污水一同排出,使用时不必设置昂贵的拦污和除污装置。
2. 4 螺旋挤压式固液分离机螺旋挤压式固液分离机主要由主机、控制柜、管道等组成,主机由机体、网筛、挤压绞龙、电机、减速机、配重、卸料装置等部件组成; 其工作过程如下: 双绞刀粉碎式潜污泵将混合均匀的奶牛粪便泵入机体,电机经减速机带动绞龙转动,绞龙将粪水逐渐推向机体前方,同时不断提高前缘的压力,迫使物料中的水分挤出网筛,从出水口流出; 随着粪便不断泵入机体和绞龙的连续挤压,机体中截留的固体越来越多,机体前缘的压力不断增大,当大到一定程度时,固体物料就将卸料口顶开,经卸料装置排出卸料口。为了掌握出料的速度与含水量,可以调节主机下方的配重块,以达到满意适当的出料状态; 其中适用于奶牛粪便的螺旋挤压式固液分离机的机体箱体为铸铁铸造,绞龙主轴及螺旋叶片为 304 不锈钢,网筛为楔形 304 不锈钢条形网筛,网筛间隙在 0. 75mm ~ 2 mm。
2. 5 湿物料粉碎机湿物料粉碎机是专业粉碎高湿度、多纤维物质的专业粉碎设备,多用于有机肥生产加工环节,用于粉碎牛粪、羊粪、鸡粪等半湿物料。物料由粉碎机上部进入粉碎机的粉碎室内,经粉碎室内高速旋转刀片的切割,将大颗粒、长纤维的物料粉碎机成细小的颗粒,然后经粉碎机出料口直接落入调浆池内。湿物料粉碎机没有设计筛网筛底,这样不会因湿料粉碎而堵塞,造成电机烧坏,影响生产。该预处理中采用自来水、地表水或者沼液作为稀释剂,稀释后的物料的固体浓度优选范围是 3%~ 8% ,工艺流程见图 1。
        3 实例应用
3. 1 奶牛场基本情况以邳州市丰汇奶牛场为例展示以上预处理设备的应用。该奶牛养殖场,每天产奶牛粪污 800 t,水分含量在 96% ,总固体含量为 4% ,奶牛粪便中粒径大于 1 mm 的固体颗粒及长度大于 5 mm 的纤维类固体的含量占总固体 60% 。采用刮板机将粪便刮到污水管道中,然后经污水管道自流进入储粪池中。奶牛粪污的比重为 1,储粪池的有效容积为:V1= 800000 kg ÷ 1000 kg·m- 3= 800 m3储粪池的装填系数为 80% ,堆粪池的全容积为:V2= 800 m3÷ 80% = 1000 m3储粪池总高度 H1= 5 m,储粪池的面积:S1= 1000 m3÷ 5 m = 200 m2储粪池的长度 L1= 20 m,宽度 W1= 10 m,储粪池的总体尺寸为 L × W × H = 20 m × 10 m × 5 m,数量为 1 座。
3. 2 搅拌储粪池中设置潜水搅拌机,功率取 10 w·m- 3物料,储粪池潜水搅拌机总装机功率为:10 W·m- 3× 800 m3= 8000 W = 8 k W设置两台型号为 QJB4 /6-320 /3-960C 的潜水搅拌机,叶轮直径 320 mm,叶轮转速 960 rpm。开动潜水搅拌机,约 30 分钟物料混合均匀,待物料混合均匀后用设置在储粪池内 SP 双绞刀粉碎式潜污泵打入螺旋挤压固液分离机进行固液分离。
3. 3 固液分离固液分离时间为 10 小时,潜污泵的输送能力为:800 m3÷ 10 h = 80 m3·h- 1选用两台潜污泵,每台潜污泵的输送能力为:80 m3·h- 1÷ 2 = 40 m3·h- 1按照这些要求,选择两台型号为 80SP40-15SP双绞刀粉碎式潜污泵,该泵进料酒瓯为 DN80,流量为 40 m3·h- 1,扬程为 15 m,电机功率为 4 k W,转速为 2900 rpm,电压为 380 V。固液分离时间为 10 小时,固液分离机的分离能力为:800 m3÷ 10 h = 80 m3·h- 1选用两台固液分离机,每台分离机的分离能力为:80 m3·h- 1÷ 2 = 40 m3·h- 1按照这些要求,选择 CT280-3 型号的螺旋挤压固液分离机,外形尺寸为 2400 × 800 × 1300 mm,电压为 380 V,电机功率为 5. 5 k W,进料口 DN65,溢流口 DN65,出水口 DN100,数量为 2 台。
3. 4 过滤、粉碎、调浆固液分离所得的液体经固液分离机出水口直接排入调浆池中,固液分离所得的固体经固液分离机的卸料口落入湿物料粉碎机的进料口; 经湿物料粉碎机将固体进行粉碎,粉碎后的固体经粉碎机的出料口掉落至调浆池中。固液分离机每小时过滤出来的固体重量( 折干) 为:800000 kg × 4% × 60% ÷ 10 h = 1920 kg·h- 1固体含水量为 40% ,固液分离机每小时过滤出来的固体重量( 湿重) 为:1920 kg·h- 1÷ 60% = 3200 kg·h- 1选择粉碎能力大于 3200 kg·h- 1的 BSFS-40 型号的湿物料粉碎机即可,粉碎机的粉碎能力为 4000kg·h- 1,电极功率 22 k W。过滤、粉碎完毕,调浆池内物料的固体浓度在4% ,不需要再进行稀释,开动调浆池搅拌机混合均匀后经进料泵打入厌氧罐即可。调浆池的有效容积为:V1= 800000 kg ÷ 1000 kg·m- 3= 800 m3调浆池的装填系数为 80% ,调浆池的全容积为:V2= 800 m3÷ 80% = 1000 m3取调浆池总高度 H1= 5 m,调浆池的面积:S1= 1000 m3÷ 5 m = 200 m2取调浆池的长度 L1= 20 m,宽度 W1= 10 m,调浆池的总体尺寸为 L × W × H = 20 m × 10 m × 5 m,数量为 1 座。300 m3沼气工程采用了这些预处理设备后,有效解决了原料中的草类纤维物质( 约 350 kg·d- 1) ,避免了进料泵的堵塞,有效提高了产气率 ( 约提高20% ) ,日 均 产 气 量 达 到 300 m3( 约 提 高 60m3·d- 1) ,按照每方沼气发电 1. 5 度,则年多发电约 3. 2 万度。4 结论以上预处理设备的使用,有效解决了奶牛粪便在直接厌氧发酵过程中存在的浮渣、沉渣、进料设备及管道堵塞、厌氧消化时间长、产气率低等问题; 同时工艺流程易操作、设备少、原料利用率高,且易于实践应用。

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