卧螺式沉降离心机在奶牛场粪污处理中的应用探讨

摘要：介绍卧螺式离心机的工作原理，通过试验验证卧螺式离心机在奶牛场粪污处理中应用的可行性，初步确定牛粪类型、转鼓转速、PAM浓度和PAC浓度对粪污中总固体去除率的影响，为规模化奶牛场工业化处理粪污提供参考。

关键词：卧螺式离心机；奶牛场；粪污；处理

近年来，为有效缓解牛奶供需市场的矛盾，我国各地陆续建立起了大量的千头、万头规模化奶牛场，使奶牛养殖规模化、专业化的程度不断提高。但是奶牛的代谢旺盛，采食量大，因而在奶牛养殖业飞速发展的同时也随之产生大量的粪污，主要有奶牛的粪、尿、挤奶厅的设备清洗和冲洗污水等，如果不能对其进行及时有效地处理，将会成为严重的污染源，使奶牛场周边的空气恶化、水体富营养化、土壤结构被破坏，导致农作物减产以及传播人畜共患病进而影响人体健康。

根据2010年2月由原国家环保部、统计局和原农业部发布的《第一次全国污染源普查公报》统计数据，畜禽养殖业粪便产生量2.43 亿吨，尿液产生量 1.63 亿吨，主要水污染物排放量为化学需氧量1 268.26 万吨，总氮102.48 万吨，总磷16.04 万吨，总铜2 397.23 吨，总锌4 756.94 吨。1 头体重 0.5 ~ 0.6 吨的奶牛，每昼夜排粪30~50 kg、排尿15~ 20 kg。1 个规模为5 000 头存栏的成母牛牧场，每年需处理的养殖粪污不低于8.0 万~ 12.5 万吨。图1为奶牛场粪污收集及处理基本工艺流程图。固液分离是规模化奶牛场工业化处理粪污流程中一道不可少的环节。常用的固液分离方法有沉降、机械分离、蒸发池分离、絮凝分离、脱水分离，其中分离好的是机械分离；用得最多的机械分离设备包括筛分设备（斜板筛、振动筛）、离心分离设备和压滤设备（带式、螺旋挤压）。固液分离的重要意义在于两方面：首先是通过预处理减少粪污中的污染物含量，降低后续处理工艺的压力和成本；其次是防止大的固体或杂物进入后续的处理环节，造成设备的堵塞或破坏等。本文主要探讨卧螺式离心分离设备在奶牛场粪污处理中的应用，通过试验验证卧螺式离心机在奶牛场粪污处理中不同的絮凝剂种类、用量选择对分离结果的影响，为规模化奶牛场工业化处理粪污提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料本试验所用牛粪取自风行乳业公司华美牧场集粪池（新鲜牛粪）和一级氧化塘（氧化牛粪），分离前牛粪总固体（TS）含量在4% ~ 6%；PAM、PAC为市售絮凝剂。

1.2 仪器设备和工作原理1.2.1仪器设备 LW450 W卧螺式离心机及配电箱等1 套，主要技术规格如表1。

1.2 卧螺式离心机基本结构和工作原理卧螺式离心机是一种卧式螺旋卸料、连续操作的高效离心分离设备，一般可分为卧式螺旋过滤离心机和卧式螺旋沉降离心机。卧螺离心机具有处理能力大、能连续作业、自动化程度高、对物料适应能力强及脱水效果好等特点，在固液分离领域得到了广泛的使用和推广，其基本结构由转鼓、螺旋、动力系统和变速系统等组成。转鼓和螺旋同向高速旋转但存在可以调整的速差，物料连续进入螺旋内筒时，由于螺旋的高速旋转，物料被加速后进入转鼓，在转鼓中进一步加速旋转，在离心力场作用下，物料因比重不同将进行分离，其中比重较大的固相物在转鼓内壁上形成沉积层，比重较轻的液相物形成内层液环。在螺旋和转速差速的作用下，螺旋将沉积的固相物推至转鼓锥端，经排渣口排出机外，而内层液环也就是澄清液由转鼓溢流堰板处溢出转鼓，完成分离过程。设备能在全速运转下，连续进料、分离、洗涤和卸料，是一种连续式的脱水设备。

1.3 试验方法以 牛 粪 种 类 A 、 转 鼓 转 速 （rpm） B、 PAM浓度（%）C、PAC浓度（%）D作为对牛粪中总固体去除率（%）Y的影响，采用无交互作用4因素 3水平 L9（34）进行试验。首先采用单因素试验，分别确定各个因素的变化水平，牛粪种类A为新鲜牛粪100% - 氧化牛粪100%，转鼓转速B为2 500 ~ 3 500 rpm， PAM浓度 C为 0% ~ 0.15%，PAC浓度 D为 0% ~ 10%。根据确定的变化范围，进行二次回归正交试验，根据二次回归正交试验确定因素水平表（表2）和正交试验表（表3）。

正交试验结果

表4为正交试验结果。从表 4的试验结果可知各因素对总固体去除的优水平为 A3B3C3D3。从表 4的极差值Rj可知各因素对粪污中总固体去除率的影响为 B>C>D>A（R值由大至小）。

2.2 趋势分析通过牛粪种类、转鼓转速、PAM浓度、PAC浓度对总固体去除率的影响曲线可以看出：（1）转鼓转速越快、 PAM浓度和 PAC浓度越高，粪污中总固体的去除效果越好；（2）牛粪氧化后对总固的去除效果有帮助，但影响没有其他因素大。

3 结果讨论

（1）卧螺式离心机对牛粪总固体的去除率明显优于螺旋压榨分离机对牛粪总固体的去除率52%[9]。

（2）在本试验各因素中，影响总固体去除率大小的因素依次为：转鼓转速＞ PAM浓度＞ PAC浓度，牛粪是否氧化对总固体的去除率有影响，但没有其他因素大。

（3）卧螺式离心机的转鼓转速越快，添加的絮凝剂 PAM、PAC的浓度越高，对牛粪的总固体去除效果越好；如果考虑分离后的固体用于生产有机肥，可不添加 PAC，但对牛粪的总固体去除率会有影响。