畜禽粪污固液分离技术与设备研究

随着绿色可持续发展理念的提出，畜禽粪污资源利用技术已成为相关学科的重点研究方向之一，目前畜禽粪污处理方式主要分为肥料化和能源化两种，但无论是选择肥料化还是能源化，粪污的固液分离都是必不可少的环节之一。

     用固液分离技术处理畜禽粪污，提高其利用效率，变废为宝，消除环境污染，是畜禽粪污资源化发展的重要技术环节，也是实现农业可持续发展的重要途径。

一、固液分离技术的作用

固液分离作为畜禽粪污处理的重要技术，其目的是分离出粪污中的固体悬浮颗粒，通过此流程得到的固体部分和液体部分都可以实现资源再利用，固体部分可以制作成有机化肥，液体部分可以输送到沼气池进行厌氧发酵产生沼气，固液分离工艺流程如图1所示。

二、分离技术与设备

常见的固液分离方法有很多种，比如机械分离、膜技术分离、蒸发分离以及生物分离等。其中，膜技术分离与生物分离过于复杂，蒸发分离又十分依赖场地和设备，因此应用范围非常狭窄。而机械分离相对简单，运营成本较低，是目前应用最广泛的技术。机械分离技术可分为压滤（带式、压辊式、螺旋挤压式）、筛网（斜板筛、振动筛、旋转筛）和离心三种类型。

1.压滤式分离机

(1).带式分离机：带式分离机是由一条缠绕在辊轮间水平放置的滤带通过挤压作用实现粪污固液分离的机械设备，如图2所示。物料中的液体部分在辊轮的挤压作用下通过滤带流出，固体部分随着滤带移动最终被收集起来。带式分离机是一种理想的脱水设备，具有结构简单、处理量大、可以连续作业等优点，被广泛应用于我国粪污固液分离和城市污水处理等领域。（2）.压辊式分离机：压辊式分离机主要由两个凹型带孔筛网和一系列的压辊与毛刷等设备组成，如图3所示。工作时，粪污通过进料口被输送到第一个凹型带孔筛网，在筛网与压辊的挤压下进行脱水，再逐步被输送到第二个凹型带孔筛网进行进一步的脱水，液体部分滤过筛网排出管道，固体部分通过出料口被收集起来。与带式分离机相比较，压辊式分离机的结构更加紧凑，固液分离效率更高，但由于机器本身结构过于复杂，设备造价成本较高，在我国畜禽粪污固液分离领域推广较难。（3）.螺旋挤压式分离机：螺旋挤压式分离机由驱动电机、无堵塞泵、螺旋绞龙、筛网、刮刀组成，如图4所示。机器工作时，无堵塞泵将蓄粪池中的粪污吸入机器内，粪污在螺旋叶片的推动下向机器前方移动，与此同时，粪污受到螺旋叶片与滤网之间的挤压作用初步实现固液分离，粪水滤过筛网流进排水管道，而固体部分则堆积在卸料口处产生较大的压力实现进一步脱水，最终物料被挤出卸料端。  

螺旋挤压式分离机的分离效率与筛网直径和挤压压力密切相关，当筛网直径减小，挤压压力增大时，得到的粪渣含固率就越高，但此时机器的分离效率会降低，因此需要调整合适的工艺参数来满足设计要求。螺旋挤压式分离机具有操作简单、耗能低和维修管理费用低等优点，在我国规模化养殖场中应用非常广泛。

2.筛网式分离机

（1）.斜板筛分离机：斜板筛分离机的核心部件为一个特制的带孔楔形筛网。斜板筛分离机的工作原理如图5所示。粪污通过进水管流到机器顶端，受重力的影响从上往下缓慢地流过筛网，液体部分和直径小于筛网孔径的物料滤过筛网流出，直径较大的物料则堆积在筛网上最终被收集起来。斜板筛分离机结构简单、运行成本低，机器本身甚至不需要消耗电力，但脱水效率太低，并且筛孔非常容易堵塞，需要人工频繁地清理筛网，大大提高了人工成本，因此在我国畜牧养殖领域推广缓慢。（2）.振动筛分离机：振动筛分离机结构如图6所示，其工作原理与斜板筛分离机相似，都是通过筛网的过滤作用实现粪污的固液分离。工作时，首先由铲斗式减速机将粪污输送到水平放置的筛网上，粪污中的液体部分滤过筛网而流出，随后由驱动弹簧带动筛网做急促短暂的往返运动，固体部分在筛网的快速振动作用下逐渐向筛网的边缘移动，最终离开筛面被收集起来。相对于斜板筛分离机而言，振动筛分离机的筛网振动作用能够大幅度降低筛网堵塞的可能性，有效提高了固液分离效率，但同时也意味着耗电量的增加。相关研究表明，振动筛分离机处理固体含量较高的粪污时，其脱水能力和工作效率会明显下降。（3）.旋转筛分离机：旋转筛分离机主要由一个水平放置的圆柱形筛网和刮板组成，如图7所示。工作过程为：粪污被泵吸入集粪箱中，旋转筛匀速转动并接受粪污，粪污中的液体部分从筛网的顶部滤过筛网落到设备的底部，此过程具有清洗筛网的效果，能够将堵塞在筛网上的固体颗粒去除，而滞留在筛网表面的固体部分被刮板刮下进入收集区域。使用旋转筛分离机时需要控制好粪污进给速度和圆柱形筛网的转速，防止粪污过多溢出集粪箱。

3.离心式分离机

离心式分离机的离心原理如图8所示，不同重量的固体悬浮物在高速旋转条件下所产生的离心力不同，进而导致其沉降速度不同，以此来达到固液分离的效果。    在离心机中，应用最为广泛的是卧式螺旋离心机，如图9所示。卧式螺旋离心机的核心部件为转鼓和螺旋，工作时，粪污由进料管进入旋转的转鼓中，在离心力的作用下，固体部分沉积在转鼓壁上，再由螺旋将固体部分逐渐推向排渣口，液体部分围绕转鼓内壁形成液环，通过转鼓溢流口溢出转鼓，最后由排液口排出。与上述讨论的固液分离机相比，卧式螺旋离心机的发展速度最快，并且早已被广泛应用于污泥、污水、粪污处理以及医药与食品等行业，但由于其设备过于昂贵，并且能耗太高，在我国畜牧养殖领域普及率较低。