一種新型蔬菜廢棄物處理及資源再利用關鍵裝備的研制

高素琴，劉永蘭，邱建興，徐少華，盧少穎

（1.南通科技職業學院，南通 226007；2.海門市興農畜牧機械制造有限公司，海門 226100；3.南通市農機化技術推廣中心，南通 226007）

0 引言

中國是世界上蔬菜產量最大的國家。隨著百姓生活水平的提高，居民對蔬菜品質要求不斷提高的同時，我國蔬菜廢棄物的產生量也急劇增加。蔬菜廢棄物中養分含量豐富，傳統田間堆積和焚燒處理已經給空氣、水體和人居環境產生大量的環境問題。

國內外有專門針對蔬菜廢棄物的處置方法的研究，主要包括好氧堆肥法、厭氧發酵法、好氧-厭氧聯合處理法、接種微生物自然堆漚處理法等。但這些方法在設備和運行成本方面都不具優勢。現設計一套適應我國國情的蔬菜廢棄物處理裝備，以減輕蔬菜廢棄物對環境造成的污染，并實現資源化利用。

1 裝備的工作流程

農村蔬菜廢棄物處理及資源再利用技術與裝備分為破碎、脫水和發酵三個系統。將收集后的蔬菜廢棄物裝入斗式收集器，通過輸送系統輸送到蔬菜廢棄物粉粹機，長的藤蔓先進行切斷預處理，將預處理后的蔬菜廢棄物再破碎為塊狀物，將破碎后的塊狀蔬菜廢棄物輸送到清理池中清理泥沙，并去除農藥殘留及其他有害物，用提升泵將清理池中處理好的塊狀廢棄物提升出來輸送到固液分離機進行脫水固液分離處理，將分離后的固體和液體分別進行固體高溫發酵和液體厭氧發酵，各自得到飼料/有機肥原料和液態肥。工藝流程如圖1所示[1]。

圖1 蔬菜廢棄物處理及資源再利用技術工作流程圖

2 關鍵裝備的結構設計

農村蔬菜廢棄物處理及資源再利用技術裝備中的關鍵設備研制是蔬菜廢棄物粉粹機和固液分離機，其他是一些技術已成熟的輔助設備，比如輸送系統、清洗池、高溫發酵設備、發酵池等，就不再重點論述，下面主要介紹蔬菜廢棄物粉粹機和固液分離機的設計。

2.1 蔬菜廢棄物粉粹機結構設計

蔬菜廢棄物粉粹機是在吸取先進技術的基礎上研究開發的全封密式破碎機械，采用先粗切碎后粉碎的特別設計，針對各種藤蔓攀援植物等難破碎藤蔓植物的廢棄物進行加工處理，如：西瓜藤蔓、絲瓜藤蔓、薔薇、鐵線蓮、葉子花等。該結構包含上料機構、殼體機架、第一切碎滾軸、第二切碎滾軸、切碎滾軸驅動電機、粉碎滾軸和粉碎滾軸驅動電機，殼體機架豎直設置并且殼體機架上端設置有進料口，殼體機架下端設置有出料口，上料機構一端設置在殼體機架進料口上。蔬菜廢棄物粉粹機結構如圖2所示。

圖2 蔬菜廢棄物粉粹機

2.2 固液分離機結構設計

該機構包含機架、固液分離部件、驅動電機、出料端壓板、壓板滑動機構和壓板壓力機構、配電箱和聯接管道等，固液分離部件的擠壓殼體固定在機架上，螺旋擠壓輸送軸沿擠壓殼體長度方向設置，擠壓殼體上側設置有排氣口，擠壓殼體下端設置有出水口，擠壓殼體一端端部設置有固體料出料口，出料端壓板設置在出料口位置，出料端壓板設置在壓板滑動機構上，壓板壓力機構設置在出料端壓板上，出水口設置有過濾網。通過螺旋擠壓分離，并提供一定的壓力，從而將蔬菜廢棄物中的水分擠壓分離，固液分離機結構如圖3所示。

圖3 固液分離機

3 關鍵裝備的主要部件的設計

3.1 切碎軸組件

切碎滾軸由轉子、絞龍片、齒形刀片、軸承座、鏈輪組成，是蔬菜廢棄物粉粹機中切碎部分的主要部件。第一切碎滾軸和第二切碎滾軸均水平設置并且相互平行，第一切碎滾軸和第二切碎滾軸上設置有兩段絞龍葉片，兩段絞龍葉片為雙向螺旋，對稱設置在第一切碎滾軸和第二切碎滾軸上，并且兩段絞龍葉片位于第一切碎滾軸和第二切碎滾軸中間的一端相互連接，絞龍葉片上均勻設置有若干齒形刀片，解決了藤條狀廢棄物纏繞滾軸問題，從而達到了將蔬菜廢棄物進行良好的切碎效果[2]。第一切碎滾軸和第二切碎滾軸設置在同一水平面上并且轉動設置在殼體機架上側，第一切碎滾軸和第二切碎滾軸均由切碎滾軸驅動電機驅動, 兩個滾軸有速度差，從而對蔬菜廢棄物產生撕扯的作用。靜刀片偏低于轉子中心平面2～3cm，起到擋料和再次切碎的作用。齒形刀片耐磨性好，韌性高，易切割。圖4為切碎軸組件結構圖。

圖4 切碎軸組件

3.2 粉碎軸組件

轉子是由主軸、法蘭、隔套、錘片、銷軸、軸承座、飛輪和鏈輪組成，是蔬菜廢棄物粉粹機中粉碎部分的主要部件。錘片數量決定物料粉碎細化程度。錘片之間用隔套隔開，一檔與另一檔之間的錘片相互交錯排列。當電機帶動主軸高速運轉時，法蘭盤相應地同時也帶動錘片運轉，物料喂入粉碎機錘擊室，在物料與錘片或物料彼此之間的相互沖擊、剪切、摩擦等綜合作用下，獲得粉碎，成品經出料口進入清洗池。過濾網如同篩子一樣把細小的物料由網孔排出，大物料再次粉碎。粉碎滾軸水平設置并且位于第一切碎滾軸和第二切碎滾軸下方，粉碎滾軸轉動設置在殼體機架下側并且由粉碎滾軸驅動電機驅動[2]。底座連接整個箱體和支撐切碎機、粉碎機轉子和各部件，起到減小振動及延長使用壽命的作用，粉碎后的物料由底座下部排出。圖5為粉碎軸組件結構圖。

圖5 粉碎軸組件

3.3 固液分離部件

固液分離部件由電動機、擺線針輪減速器、箱體、螺旋擠壓輸送軸、濾網、可調式出料閥門等組成[3]。提升泵將清理池中處理好的塊狀蔬菜廢棄物提升出來輸送到固液分離部件內，電動機經減速機減速增扭后帶動螺旋擠壓輸送軸[3]，將塊狀蔬菜廢棄物向前輸送，進入由濾網、可調式出料閥門形成的擠壓室擠壓，液體從濾網經排水口流出經管道排至沉淀池，干物質在輸送軸的作用下繼續向前，達到一定壓力后頂開閥門，從出料閥門流出，出料閥門由兩個配重塊調節擠壓力大小，從而獲得不同含水率干物質。圖6為固液分離部件示意圖。

圖6 固液分離部件

3.4 壓板滑動機構和壓板壓力機構組件

壓板滑動機構位于蔬菜廢棄物固液分離機上,包含滑竿、擋板和滑動支架。滑動支架為L型支架，滑動支架一端固定在擠壓殼體端部上側，另一端沿水平方向開有一通孔；滑竿一端滑動設置在通孔內，另一端固定在出料端壓板外側；擋板固定在滑動支架的通孔外側。

壓板壓力機構包含上側擺臂、下側擺臂、連桿、連桿支架、配重桿和配重塊。上側擺臂上端鉸接在滑動支架上，下端抵靠在出料端壓板上端外側;下側擺臂上端抵靠在出料端壓板下端外側，下端鉸接在配重桿一端；配重塊套設在配重桿另一端，并且能夠沿著配重桿滑動，配重塊與配重桿之間設置有鎖緊螺栓；連桿一端鉸接在上側擺臂下端，另一端鉸接在連桿支架上端；連桿支架垂直于配重桿設置，并且連桿支架下端固定在配重桿上。圖7壓板滑動機構和壓板壓力機構組件結構圖。

圖7 壓板滑動機構和壓板壓力機構組件

4 試驗考核情況

農村蔬菜廢棄物處理及資源再利用技術裝備的生產委托海門市興農畜牧機械制造有限公司制造，并于2017年2月進行初步試驗考核，試驗結果表明，蔬菜廢棄物經粉碎破碎后成為1～3cm大小的塊狀物，在池中清洗后的塊狀物經脫水固液分離，含水率在50%～60%，將固液分離后的固體廢棄物輸送到高溫發酵設備中進行好氧發酵，發酵時間為2天，得到飼料/有機肥原料，可用于生產飼料或有機肥，將分離后的液體廢棄物輸送到厭氧發酵池進行發酵，發酵完成后得到液態肥，可作為農業生產的肥料使用，實現資源再利用，達到預期設計效果。圖8為主要裝備的工作圖。

圖8 主要裝備的工作圖

5 結論

1）設計了一種新型蔬菜廢棄物處理及資源再利用關鍵裝備，形成集輸送-切斷-破碎-清理-脫水固液分離-發酵處理于一體的蔬菜廢棄物處理系統[1]。

2）試驗表明，裝備工作性能穩定，能完成日處理量為10～15噸；蔬菜廢棄物破碎工序中廢棄物破碎程度：1～3cm塊狀物，固液分離后干物質含水率50%～60%，達到發酵處理要求。

3）該技術在國內屬于領先水平，國家應大力扶持,積極推廣應用。

[1]邱建興.“變廢為寶”——蔬菜廢物作有機肥[J].農業開發與裝備,2017,6:48-49.

[2]邱建興.一種蔬菜廢棄物粉粹裝置:中國,201611145984.8[P].2017-05-24.

[3]劉敏,邱建興.9FL移動式畜禽糞便處理機的特點與使用維護[J].江蘇農機化,2011,4:52-54.

[4]徐少華,秦廣明,沈丹波.一種新型葉莖類蔬菜收獲機的研制[J].中國農機化學報,2016,39(1):18-21.

[5]王麗英,吳碩,張彥才,等.蔬菜廢棄物堆肥化處理研究進展[J].中國蔬菜,2014,6:6-12.

[6]李曉蓉,歐巧明,趙瑛,等.城市蔬菜廢棄物處理及其資源化利用模式探討[J].甘肅農業科技,2015,1:52-56.

[7]李培之.壽光蔬菜廢棄物處理措施與成效[J].中國蔬菜,2017,3:13-15.

[8]胡志超,彭寶良,尹文慶,等.多功能根莖類作物聯合收獲機設計與試驗[J].農業機械學報,2008,39(8):58-61.

[9]解福祥,區穎剛,劉慶庭,等.側懸掛推倒式整稈甘蔗收獲機設計與試驗[J].農業機械學報,2011,42（增刊）:26-30.

[10]李金川,鄭毅敏,胡欖慶.基于TRIZ的旋轉分離式寶塔菜聯合收獲機設計[J].農機化研究,2017(4):149-153.