臥螺式離心機在奶牛場糞污處理中的應用探討

文/丘通強 袁小花 潘偉雁

（1 廣州風行乳業股份有限公司；2 廣州華美牛奶有限公司）

近年來，為有效緩解牛奶供需市場的矛盾，我國各地陸續建立起了大量的千頭、萬頭規模化奶牛場，使奶牛養殖規模化、專業化的程度不斷提高。但是奶牛的代謝旺盛，采食量大，因而在奶牛養殖業飛速發展的同時也隨之產生大量的糞污，主要有奶牛的糞、尿、擠奶廳的設備清洗和沖洗污水等，如果不能對其進行及時有效地處理，將會成為嚴重的污染源，使奶牛場周邊的空氣惡化、水體富營養化、土壤結構被破壞，導致農作物減產以及傳播人畜共患病進而影響人體健康[1]。

根據2010年2月由原國家環保部、統計局和原農業部發布的《第一次全國污染源普查公報》統計數據，畜禽養殖業糞便產生量2.43 億噸，尿液產生量 1.63 億噸，主要水污染物排放量為化學需氧量1 268.26 萬噸，總氮102.48 萬噸，總磷16.04萬噸，總銅2 397.23 噸，總鋅4 756.94 噸[2]。1 頭體重 0.5 ～ 0.6 噸的奶牛，每晝夜排糞30～50 kg、排尿15～ 20 kg[3]。1 個規模為5 000 頭存欄的成母牛牧場，每年需處理的養殖糞污不低于8.0 萬～ 12.5 萬噸。

圖1為奶牛場糞污收集及處理基本工藝流程圖。固液分離是規模化奶牛場工業化處理糞污流程中一道必不可少的環節。常用的固液分離方法有沉降、機械分離、蒸發池分離、絮凝分離、脫水分離，其中分離效果最好的是機械分離；用得最多的機械分離設備包括篩分設備（斜板篩、振動篩）、離心分離設備和壓濾設備（帶式、螺旋擠壓）[4]。固液分離的重要意義在于兩方面：首先是通過預處理減少糞污中的污染物含量，降低后續處理工藝的壓力和成本；其次是防止大的固體或雜物進入后續的處理環節，造成設備的堵塞或破壞等。本文主要探討臥螺式離心分離設備在奶牛場糞污處理中的應用，通過試驗驗證臥螺式離心機在奶牛場糞污處理中不同的絮凝劑種類、用量選擇對分離結果的影響，為規模化奶牛場工業化處理糞污提供參考。

圖1 奶牛場糞污收集及處理基本工藝流程

1 材料與方法

1．1 試驗材料

本試驗所用牛糞取自風行乳業公司華美牧場集糞池（新鮮牛糞）和一級氧化塘（氧化牛糞），分離前牛糞總固體（TS）含量在4% ～6%；PAM、PAC為市售絮凝劑。

1．2 儀器設備和工作原理

1．2．1儀器設備

LW450 W臥螺式離心機及配電箱等1 套，主要技術規格如表1。

1．2．2 臥螺式離心機基本結構和工作原理

臥螺式離心機是一種臥式螺旋卸料、連續操作的高效離心分離設備，一般可分為臥式螺旋過濾離心機和臥式螺旋沉降離心機。臥螺離心機具有處理能力大、能連續作業、自動化程度高、對物料適應能力強及脫水效果好等特點，在固液分離領域得到了廣泛的使用和推廣[5]，其基本結構由轉鼓、螺旋、動力系統和變速系統等組成[6]。轉鼓和螺旋同向高速旋轉但存在可以調整的速差，物料連續進入螺旋內筒時，由于螺旋的高速旋轉，物料被加速后進入轉鼓，在轉鼓中進一步加速旋轉，在離心力場作用下，物料因比重不同將進行分離，其中比重較大的固相物在轉鼓內壁上形成沉積層，比重較輕的液相物形成內層液環。在螺旋和轉速差速的作用下，螺旋將沉積的固相物推至轉鼓錐端，經排渣口排出機外，而內層液環也就是澄清液由轉鼓溢流堰板處溢出轉鼓，完成分離過程。設備能在全速運轉下，連續進料、分離、洗滌和卸料[7，8]，是一種連續式的脫水設備。

1．3 試驗方法

以牛糞種類 A、轉鼓轉速（rpm） B、 PAM濃度（%）C、PAC濃度（%）D作為對牛糞中總固體去除率（%）Y的影響，采用無交互作用4因素 3水平 L9（34）進行試驗。

首先采用單因素試驗，分別確定各個因素的變化水平，牛糞種類A為新鮮牛糞100% - 氧化牛糞100%，轉鼓轉速B為2 500 ～3 500 rpm， PAM濃度 C為 0%～ 0.15%，PAC濃度 D為 0% ～10%。根據確定的變化范圍，進行二次回歸正交試驗，根據二次回歸正交試驗確定因素水平表（表2）和正交試驗表（表3）。

表4 正交試驗結果

2 結果與分析

2．1 正交試驗結果

表4為正交試驗結果。從表 4的試驗結果可知各因素對總固體去除的優水平為 A3B3C3D3。從表 4的極差值Rj可知各因素對糞污中總固體去除率的影響為 B＞C＞D＞A（R值由大至小）。

2．2 趨勢分析

通過牛糞種類、轉鼓轉速、PAM濃度、PAC濃度對總固體去除率的影響曲線可以看出：（1）轉鼓轉速越快、 PAM濃度和 PAC濃度越高，糞污中總固體的去除效果越好；（2）牛糞氧化后對總固體的去除效果有幫助，但影響沒有其他因素大。

3 結果討論

（1）臥螺式離心機對牛糞總固體的去除率明顯優于螺旋壓榨分離機對牛糞總固體的去除率52%[9]。

（2）在本試驗各因素中，影響總固體去除率大小的因素依次為：轉鼓轉速＞ PAM濃度＞ PAC濃度，牛糞是否氧化對總固體的去除率有影響，但沒有其他因素大。

（3）臥螺式離心機的轉鼓轉速越快，添加的絮凝劑 PAM、PAC的濃度越高，對牛糞的總固體去除效果越好；如果考慮分離后的固體用于生產有機肥，可不添加 PAC，但對牛糞的總固體去除率會有影響。