挤奶设备新型清洗系统和废水处理技术模式初探

2021-06-18李鸿志刘素华张胜利高伟茹

北方牧业 2021年9期

李鸿志，刘素华，张胜利，高伟茹

（1.河北省永清县农业农村局，河北永清065600；2.河北省畜牧总站，河北石家庄050000；3.迁西县农业农村局，河北迁西064300）

1 技术背景

据调查，目前大部分奶牛场挤奶系统清洗采用酸碱液的清洗模式，一般每天清洗3 次，2 次碱液，1 次酸液。碱液的主要成分是氢氧化钠和次氯酸钠混合物，酸液是硫酸和磷酸的混合物。长期使用会腐蚀挤奶系统，而且产生的废水处理困难。

据检测，酸碱液清洗挤奶系统的混合污水溶液pH 值是10～10.3，COD 为28.59，氨氮0.084，磷38.6。这些清洗液如果稀释到pH 值为9 的标准，需要稀释100 倍。一个1000 头存栏牧场，每天产生的酸碱清洗污水1.5～2.5 吨，每年产生此类废水500～1000 吨，稀释成排放标准需消耗净水5～10 万吨，造成极大的资源消耗。

目前，牧场的污水处理模式大多是采用预处理—MBR 生化处理-超滤-深度处理模式，酸碱清洗污水因为pH 值高，造成污水处理的微生物发酵阶段出现“死床”，即杀死发酵微生物，造成污水处理失去效果。所以，传统的污水处理方法难以处理清洗挤奶系统的污水。

本文通过对挤奶系统清洗和污水处理技术的研究，对酸碱液的清洗模式进行优选，降低牧场酸碱液使用成本，并对污水处理和回收利用技术进行研究，实现污水“零排放”。

2 国内外现状及趋势分析

2.1 国外现状及趋势分析

电解水包括碱性电解水和酸性电解水，已经作为一种环境友好型消毒剂广泛应用于医疗食品行业。酸性电解水在食品行业中主要用于食品加工设备、水果、蔬菜、肉类、水产品的消毒。

近年来，电解水被实验性应用于挤奶系统的CIP 过程，取得了满意的效果。Waiker 等研究了pH 值为11.3 的碱性电解水和pH 值为2.6 的酸性电解水对挤奶管道的清洗效果，表明采用60℃的两种电解水清洗管道7.5 分钟，可完全清除管道内的细菌和ATP。Wang X M,Puri V M,Demirci A 等证明了电解水的清洗效果可达到或者超过传统的CIP 效果。

2.2 国内现状及趋势分析

刘羽，王朝元，施正香，李保明等针对储奶罐电解水清洗除菌效果和清洗模式优选进行了研究，该实验研究了碱性电解水（清洗时间为8 分钟，温度为70.3℃、pH 值12）和微酸性电解水（清洗时间为9.9 分钟，温度为37.8℃、ACC 为60 毫克/升）对100 升立式储奶罐的实际清洗效果实验，测试了一酸一碱、两碱一酸和三碱一酸的不同模式对清洗效果的影响，与传统的商业清洗液相比，碱性电解水和酸性电解水均可应用于储奶罐的清洗消毒，综合考虑，推荐在储奶罐中采用一碱一酸的电解水清洗模式。

3 技术路径和系统控制

3.1 技术路径图

路径图中，1 是酸、碱溶液发生装置，2 是清洗槽，3 是原水池，4 是预处理装置，5 是反渗透装置，6 是浓缩水储料池，7 是蓄水池，8 是压力泵，9 是离子交换膜，11 是超滤装置，12 是入水阀，13 是电解槽，14 是阴、阳两个电极，15 是直流供电源，图中的连接线“——”表示管道。

3.2 技术说明

针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理、使用方便、使用成本低廉、污水处理零排放的挤奶系统清洗液生产和污水处理集成设备。它包括电源插头、保险丝、直流稳压电源、蠕动泵、电解槽、挤奶系统清洗、原水池、原水预处理、超滤处理、有机物析出、反渗透处理、氯化钠析出、储水池。电源插头一端通过保险丝，连接到直流稳压电源，220 伏交流电变为3～6 安、6～12伏直流电，正负极分别连至电解槽接点，电解槽内氯化钠溶液电解为酸性水和碱性水，用于清洗挤奶系统，所产生的清洗废水进入原水池，然后经预处理，再经过超滤处理和反渗透处理，过滤掉大分子物质和氯化钠，洁净水进入储水池，用于冲洗挤奶厅地面。

3.3 系统控制

系统由注水控制、搅拌控制、电解槽给水控制、电源、恒流源和pH 计组成，对所有过程的各种参数分别进行独立控制，控制参数包括：水流量和水速度控制最大速度2.4 升/分钟以内。搅拌速度和时间可控，按照程序设定实现10～100秒搅拌时间。电解槽恒流控制，最大实现7 安恒流输出。控制精度0.1 安。pH 计检测流出液体的酸碱度，检测精度0.5。

主控制器选用嵌入式处理器STW32, 接口IO 可实现PWM、DAC、ADC、定时器等功能。监控系统使用Linux7 寸触摸屏，分辨率1024×600。使用PWM 信号进行泵的转数控制。