农用废弃薄膜处置系统的研究与设计

王伟成　黄　迪　龚　振　董　玲（德州学院　机电工程学院，山东　德州　253023）



农用废弃薄膜处置系统的研究与设计

王伟成黄迪龚振董玲
（德州学院机电工程学院，山东德州253023）

本作品是一种农用废弃薄膜回收机的研究与设计，农用地膜在带来增产增收、反季节果蔬的同时，每年产生废弃薄膜35.5万t。2014年两会1号提案，引起了对农用废弃薄膜的广泛关注。弃膜长时间残留在土壤中会造成作物减产、土地污染。农用废弃薄膜处置系统设计，通过研发废膜深度回收机，创新再生产工艺流程，可以提高土壤中的残留弃膜回收效率，实现固体废弃物资源化再利用，创造经济价值30亿元。

农用废弃薄膜；处置系统设计；应用前景；节能减排

1　背景

1.1国家对农用塑料薄膜回收的鼓励政策

2014年两会期间，“一号提案”提出加强对废旧农膜的收购力度，对农民购买可降解农膜实施补贴。《固体废物污染环境防治法》中第十九条明确规定，“国家鼓励科研、生产单位研究、生产易回收利用、易处置或者在环境中可降解的薄膜覆盖物和商品包装物。使用农用薄膜的单位和个人，应当采取回收利用等措施，防止或者减少农用薄膜对环境的污染”。但由于缺乏约束机制，使农用废弃薄膜大量残留在土壤中，形成环境污染［1］。

1.2农用塑料薄膜的使用和废弃情况

据调查，我国当前土地平均覆膜比例约为74%，地膜平均使用量约38.60kg/hm2。覆盖面积已达88.87多万hm2，棚膜覆盖面积362.67万hm2，农膜覆盖面积已位居世界首位。地膜使用后只有73.1%的地块地膜被回收，地膜残留量为14.28kg/hm2。1hm2地中最高地膜残留达597kg。

2　农用薄膜的双面性及回收方式

2.1农用薄膜对作物生长发育及产量的影响

农用地膜覆盖栽培技术广泛用于蔬菜栽培、大田作物、果树、林业、花卉及经济作物的生产中，农用地膜可提高土壤温度，保持土壤水分，维持土壤结构，防止害虫侵袭农作物和某些微生物引起的病害，在短期内增产增收。但农田残膜的机械阻隔作用及其带来的土壤物理性质的恶化，会导致作物出苗困难和幼苗成活率降低；残膜滞留于农田产生的物理阻隔作用导致土壤孔隙度和容重发生变化，还会导致土壤含水量降低和影响土壤养分的释放，导致肥力下降。

2.2农用废弃薄膜在土壤中的分布及其残留的形态

农田残膜主要以碎片形式分布于土壤浅层，并随着覆膜年限的延长逐年下移，下层土壤中的残膜逐渐增多。据调查发现，农田残膜的存在形态及其在土壤中的分布随着覆膜时间和间隔时间的延长，大块残膜的比例逐渐减少。

2.3目前废弃薄膜的回收方式

薄膜低廉的价格和广泛的用途，造成了农民对其毫无节制的使用。由此也导致了我国农用废弃薄膜浪费严重，出现白色污染横行霸道的局面。但国内现有的回收技术有限，主要靠手工捡拾、耙犁筛选等方法进行回收，且只能回收棚膜和残留在0～10cm耕层的地膜，而占约93%的残膜在土壤更深层根本不能被回收。回收后最终还是被掩埋或者焚烧。这不仅没有从根本上解决废弃农膜带来的污染浪费问题，而且极大地污染了大气和土壤。

3　系统设计

设计了“一体两翼”的农用废弃薄膜处置系统，一体是指从农用废弃薄膜的源头到再生产品的全回收、加工过程；两翼是指政府政策扶持和科技创新，提高农民回收的积极性，提高回收的效率和质量。系统中的关键问题是有效回收土壤中的残留弃膜，创新再生产加工工艺，生产可降解的农用薄膜，提高农民回收废弃薄膜的积极性。为解决这4个问题，提出了以下设计方案。

3.1机械部分

机械设计如图1所示。

图1　机械设计示意图

该设计由机架、传动机构、分离机构、集膜机构组成：①机架，用于安装其他部件，实现与农用机的对接；②传动机构，车轮2、链条4、主动链轮3、从动链轮5；③分离机构，土铲（伸缩式）11、离心式叶轮7、鼓风机8；④集膜机构，管道9、筛孔集膜箱10。

设计时考虑的主要问题：①土铲竖直入土深度40cm；②叶轮转子和壳体定子间隙不能过大；③车轮和叶轮的传动比不能过小，以保证有一定的离心力。

3.2理论设计计算

3.2.1土铲安装角度。安装角度过大，则机器前行时阻力过大；角度过小，则入土深度不够。铲面受力情况如图2所示，要使土料沿铲面上行，必须满足如下条件：

PϕGtan（α+φm）（1）

式（1）中，P为土壤阻力，G为土壤重力，α为土铲倾角，ψm为摩擦角。经过分析和实验，倾斜角30°左右较为合适。

3.2.2叶轮转速。叶轮转速过小，土壤进入集膜机管道时土和地膜不能完全分离；叶轮转速过大，在离心力作用下土块可能被甩入集膜机。以一台农用机以20kW的功率匀速耕地，速度为7.2km/h时为例，经过分析和实验，链轮的传动比为i35=1/4较为合适。

3.3工作原理及性能分析

回收机工作前，操纵伸缩式土铲深入土地中。当拖拉机牵引回收机前进时，土沿铲子面被推入叶轮壳体内相邻两叶片间，随转子顺时针旋转被带入管道。在管道口下方安装风机，在土料下落过程中，在风力作用下，细小土块落到地面，较小的残留地膜沿管道进入集膜箱。集膜箱有细小筛孔，可以过滤掉进入的尘土。

4　预计应用发展前景

4.1应用面广

由于薄膜低廉的价格和广泛的用途，现在农田中已经广泛使用农用薄膜。农膜年使用量约150万t，年更新需求量已达到约70万t。而因为农膜残存带来的恶劣影响，让处理废弃农膜问题刻不容缓。因此，该设计可广泛应用于我国农田。

4.2普及度高

该设计可以最大限度地回收农用废弃薄膜，并有效地解决农膜残留的状况，可在各地农田中实施，具有很高的普及度。

4.3收效大

若用原始的回收方式，仅能收取棚膜和7%的地膜。若采用该设计，可以增加地膜的回收量，同时减少对土地的污染，增加土地的使用年限。

4.4经济效益显著

目前棚膜的回收率为80%左右，地膜的回收率为40%左右。农用薄膜的回收率约为60%，而薄膜的生产成本约为1万元/t。若对农膜进行科学回收，每年约可节省农用薄膜35.5万t，节约资金30亿元。

［1］胡慧.农业产业化进程中环境污染防治的政府责任研究［D］.湘潭：湘潭大学，2014.

Research and Design of the Farm Waste Film Disposal System

Wang WeichengHuang DiGong ZhenDong Ling
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Dezhou University，Dezhou Shandong 253023）

This work is a research and design of the farm waste film recycling machine，agricultural mulch while bringing increase production，anti-season vegetables，annual produce 355 000 tons of waste film.CPPCC proposal 1，2014，caused the wide attention of agricultural waste film.Long time residue in the soil will cause crop production，land pollution.Agricultural waste film disposal system design，through the development of waste recycling machine film depth and innovative reproduction process can improve the soil residual waste film recycling efficiency，realize solid waste resource utilization，and create economic value of 30 billion yuan.

agricultural waste film；disposal system design；application prospect；energy conservation and emissions reduction

TB332

A

1003-5168（2016）04-0146-02

2016-03-06

王伟成（1994-），男，本科在读，研究方向：能源与动力工程。