畜禽废弃物急速发酵装备设计研究

■文/江西省农业机械研究所 胡彬生 何仁财

畜禽废弃物急速发酵装备设计研究

■文/江西省农业机械研究所 胡彬生 何仁财

畜禽废弃物是一直放错了地方的资源，内含有营养丰富的物质(N、P、K及有机质等)，处理得好可实现变废为宝，环境友好，为民所用。文章从中小型企业生产规模及经济实力出发，设计一套立体式急速密闭发酵设备，能够根据发酵物质特性边翻拌边实现准确及时全方位曝气供氧，缩短发酵时间，减少占地面积，解决环境恶化与能源短缺之间的矛盾，同时可增加养殖户的经济收入，有效促进农业畜牧业的健康可持续发展。

废弃物产生量；急速立式密闭发酵设备；发酵设备机理；翻拌曝气

1 引言

1.1 粪便污染原因

中小型企业由于受资金限制，废弃物处理较简单，有些散养户将畜禽废弃物堆积或直排，这些状况的累积已经破坏了环境和土壤的自净能力，对所在的土壤、水体、空气及人们生活产生了严重影响，环境一旦恶化越来越严重，将危及人畜健康。

1.2 养殖户的意识

养殖企业只关注养殖畜禽生长过程所产生的经济效益，却长期忽视废弃物排泄破坏环境严重性等问题。废弃物处理设施投资不足，排污装备不完善；养殖场地选址不当，废弃物量不经处理直排超环境负荷，破坏环境。

然而，随着人们经济生活水平提高，法律法规的健全及环保意识增强，畜禽废弃物处理技术装备越来越受关注青睐，本文根据中小型养殖企业实况与畜禽废弃物发酵机理特性，研制一套立式密闭急速发酵装备来满足企业需求，以减量稳定化、资源无害化及产业效益化为处理原则，消减废弃物污染，促进养殖、生态、环境良性循环。

2 废弃物产生量

畜禽每天的饮食总料量一部分被消化吸收转化增加体重与机体机能组织，一部分未被消化吸收排到体外，排到体外的就是畜禽废弃物。如果随意排放超环境负荷会污染周围环境，甚至危及人畜健康，并且粪尿中富含N、P、K及有机质，是优质资源，但放错了地方就成为污染源。研究表明，畜禽粪便排放量的计算公式如下：

式中：Q：畜禽粪便排放总量(t)；

ki：畜禽粪便排放系数(kg/头·d)；

Ni：畜禽饲养数量(只)；

Ti：饲养时间 (d)。

3 立式密闭急速发酵设备机理

3.1 设计客观依据

针对养殖户经济实力，研发的废弃物处理装备以用户用得起、会操作，能解决畜禽废弃物污染难题，适当增加养殖户经济收入为出发点，充分考虑物料好氧发酵特点设计而成。

图1 立式密闭急速发酵机理及工艺要求

图2 立式回转翻拌机构与曝气装置结构示意图与发酵装置三维外形图

3.2 装备发酵机理设计

本项目设计是依据发酵物料重力向下移位和热风空气向上浮原理，设计立式回转翻拌机构在发酵过程中依发酵温度、水分、氧气、氨气含量，通过多方位信号传递反馈控制驱动发酵翻拌机构和曝气供氧时间，实现智能准确全方位供氧发酵，达到立式密闭、急速、智能在线控制环保的要求，其工作原理及工艺技术要求如图1所示。

4 翻拌机构与曝气装置设计

发酵翻拌机构的设计机理是为了发酵均匀、翻抛疏松与氧气充分接触，散发热量，避免堆积温度过高，其机构是立式回转搅拌机构与曝气供氧装置紧密结合在一起，曝气系统与搅拌系统主、干支路(驱动轴与桨叶)结构内中相通联接，即翻拌曝气系统在翻拌物料的同时将空气导入发酵料中（如图2所示），在立式水平回转搅拌同时进行曝气，物料在重力作用下向下移位，而热空气向上升浮，使得密闭室内物料发酵曝气均匀，由于立式密闭发酵装备发酵处理量大，要克服发酵罐结构上φ4～5m和4～5m高度内发酵物料带来的巨大扭矩，并且根据发酵特性需要合适的翻拌速率和氧气量，在动力设计选型上采用步进式液压驱动，实现驱动力大且速度慢。

5 废气处理设计

生物过滤臭气处理系统是一种经济有效的气味控制方法。生物过滤技术可以使畜禽舍内的臭味和硫化氢含量降低95%，氨气含量降低65%，可以有效处理废弃物散出的气体，臭气经处理系统的管道引入生物除臭滤池内，其结构设计为多层塔式结构，除臭介质是借助发酵腐熟的有机质、秸秆及菌种等填料，填料内生存着微生物种群，臭气通过填料时被转化为二氧化碳和水。

生物过滤除臭机理如图3所示，设计臭气生物过滤系统时必须考虑到微生物活性生存环境、使用效果、处理量和时效性，因此在设计时需结合被处理气体的体积流量、其所含的特殊污染物的种类及浓度，滤床材料特性、尺寸规格、含水率、维护和建造费用，合理设计计算滤床面积、风量、选择滤床材料、控制含水率等非常重要，装备中的空隙率和垫料层高度，最终将臭气全部过滤吸收，使堆肥过程中无二次臭味污染。

图3 臭气处理系统工作原理图

6 小结

畜禽废弃物处理的目的是变废为宝与环境友好，处理原则是减量化、资源化、无害化及效益化，而立体式密闭急速发酵装备是在目的与原则推动作用下进行研究设计，是针对中小型养殖户买得起、用得起的理念，发酵时间快且占地面积小，解决畜禽废弃物污染问题，同时产生经济效益，设计该成套发酵设备的优势如下：①发酵时间短，发酵周期7～9d；②结构设计为立式密闭容积，占地面积较小；③发酵料搅拌机构与曝气机构联通，由温度、水分、氨气、氧气量的多点信号监测传递反馈实行智能控制曝气全方位供氧；④发酵过程实行在线智能化控制，无人值守；⑤发酵产生少量废气经生物过滤除臭装置后无二次污染。■

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江西省农牧渔业科研计划项目。