一种新型蔬菜废弃物处理及资源再利用关键装备的研制

高素琴，刘永兰，邱建兴，徐少华，卢少颖

（1.南通科技职业学院，南通 226007；2.海门市兴农畜牧机械制造有限公司，海门 226100；3.南通市农机化技术推广中心，南通 226007）

0 引言

中国是世界上蔬菜产量最大的国家。随着百姓生活水平的提高，居民对蔬菜品质要求不断提高的同时，我国蔬菜废弃物的产生量也急剧增加。蔬菜废弃物中养分含量丰富，传统田间堆积和焚烧处理已经给空气、水体和人居环境产生大量的环境问题。

国内外有专门针对蔬菜废弃物的处置方法的研究，主要包括好氧堆肥法、厌氧发酵法、好氧-厌氧联合处理法、接种微生物自然堆沤处理法等。但这些方法在设备和运行成本方面都不具优势。现设计一套适应我国国情的蔬菜废弃物处理装备，以减轻蔬菜废弃物对环境造成的污染，并实现资源化利用。

1 装备的工作流程

农村蔬菜废弃物处理及资源再利用技术与装备分为破碎、脱水和发酵三个系统。将收集后的蔬菜废弃物装入斗式收集器，通过输送系统输送到蔬菜废弃物粉粹机，长的藤蔓先进行切断预处理，将预处理后的蔬菜废弃物再破碎为块状物，将破碎后的块状蔬菜废弃物输送到清理池中清理泥沙，并去除农药残留及其他有害物，用提升泵将清理池中处理好的块状废弃物提升出来输送到固液分离机进行脱水固液分离处理，将分离后的固体和液体分别进行固体高温发酵和液体厌氧发酵，各自得到饲料/有机肥原料和液态肥。工艺流程如图1所示[1]。

图1 蔬菜废弃物处理及资源再利用技术工作流程图

2 关键装备的结构设计

农村蔬菜废弃物处理及资源再利用技术装备中的关键设备研制是蔬菜废弃物粉粹机和固液分离机，其他是一些技术已成熟的辅助设备，比如输送系统、清洗池、高温发酵设备、发酵池等，就不再重点论述，下面主要介绍蔬菜废弃物粉粹机和固液分离机的设计。

2.1 蔬菜废弃物粉粹机结构设计

蔬菜废弃物粉粹机是在吸取先进技术的基础上研究开发的全封密式破碎机械，采用先粗切碎后粉碎的特别设计，针对各种藤蔓攀援植物等难破碎藤蔓植物的废弃物进行加工处理，如：西瓜藤蔓、丝瓜藤蔓、蔷薇、铁线莲、叶子花等。该结构包含上料机构、壳体机架、第一切碎滚轴、第二切碎滚轴、切碎滚轴驱动电机、粉碎滚轴和粉碎滚轴驱动电机，壳体机架竖直设置并且壳体机架上端设置有进料口，壳体机架下端设置有出料口，上料机构一端设置在壳体机架进料口上。蔬菜废弃物粉粹机结构如图2所示。

图2 蔬菜废弃物粉粹机

2.2 固液分离机结构设计

该机构包含机架、固液分离部件、驱动电机、出料端压板、压板滑动机构和压板压力机构、配电箱和联接管道等，固液分离部件的挤压壳体固定在机架上，螺旋挤压输送轴沿挤压壳体长度方向设置，挤压壳体上侧设置有排气口，挤压壳体下端设置有出水口，挤压壳体一端端部设置有固体料出料口，出料端压板设置在出料口位置，出料端压板设置在压板滑动机构上，压板压力机构设置在出料端压板上，出水口设置有过滤网。通过螺旋挤压分离，并提供一定的压力，从而将蔬菜废弃物中的水分挤压分离，固液分离机结构如图3所示。

图3 固液分离机

3 关键装备的主要部件的设计

3.1 切碎轴组件

切碎滚轴由转子、绞龙片、齿形刀片、轴承座、链轮组成，是蔬菜废弃物粉粹机中切碎部分的主要部件。第一切碎滚轴和第二切碎滚轴均水平设置并且相互平行，第一切碎滚轴和第二切碎滚轴上设置有两段绞龙叶片，两段绞龙叶片为双向螺旋，对称设置在第一切碎滚轴和第二切碎滚轴上，并且两段绞龙叶片位于第一切碎滚轴和第二切碎滚轴中间的一端相互连接，绞龙叶片上均匀设置有若干齿形刀片，解决了藤条状废弃物缠绕滚轴问题，从而达到了将蔬菜废弃物进行良好的切碎效果[2]。第一切碎滚轴和第二切碎滚轴设置在同一水平面上并且转动设置在壳体机架上侧，第一切碎滚轴和第二切碎滚轴均由切碎滚轴驱动电机驱动, 两个滚轴有速度差，从而对蔬菜废弃物产生撕扯的作用。静刀片偏低于转子中心平面2～3cm，起到挡料和再次切碎的作用。齿形刀片耐磨性好，韧性高，易切割。图4为切碎轴组件结构图。

图4 切碎轴组件

3.2 粉碎轴组件

转子是由主轴、法兰、隔套、锤片、销轴、轴承座、飞轮和链轮组成，是蔬菜废弃物粉粹机中粉碎部分的主要部件。锤片数量决定物料粉碎细化程度。锤片之间用隔套隔开，一档与另一档之间的锤片相互交错排列。当电机带动主轴高速运转时，法兰盘相应地同时也带动锤片运转，物料喂入粉碎机锤击室，在物料与锤片或物料彼此之间的相互冲击、剪切、摩擦等综合作用下，获得粉碎，成品经出料口进入清洗池。过滤网如同筛子一样把细小的物料由网孔排出，大物料再次粉碎。粉碎滚轴水平设置并且位于第一切碎滚轴和第二切碎滚轴下方，粉碎滚轴转动设置在壳体机架下侧并且由粉碎滚轴驱动电机驱动[2]。底座连接整个箱体和支撑切碎机、粉碎机转子和各部件，起到减小振动及延长使用寿命的作用，粉碎后的物料由底座下部排出。图5为粉碎轴组件结构图。

图5 粉碎轴组件

3.3 固液分离部件

固液分离部件由电动机、摆线针轮减速器、箱体、螺旋挤压输送轴、滤网、可调式出料阀门等组成[3]。提升泵将清理池中处理好的块状蔬菜废弃物提升出来输送到固液分离部件内，电动机经减速机减速增扭后带动螺旋挤压输送轴[3]，将块状蔬菜废弃物向前输送，进入由滤网、可调式出料阀门形成的挤压室挤压，液体从滤网经排水口流出经管道排至沉淀池，干物质在输送轴的作用下继续向前，达到一定压力后顶开阀门，从出料阀门流出，出料阀门由两个配重块调节挤压力大小，从而获得不同含水率干物质。图6为固液分离部件示意图。

图6 固液分离部件

3.4 压板滑动机构和压板压力机构组件

压板滑动机构位于蔬菜废弃物固液分离机上,包含滑竿、挡板和滑动支架。滑动支架为L型支架，滑动支架一端固定在挤压壳体端部上侧，另一端沿水平方向开有一通孔；滑竿一端滑动设置在通孔内，另一端固定在出料端压板外侧；挡板固定在滑动支架的通孔外侧。

压板压力机构包含上侧摆臂、下侧摆臂、连杆、连杆支架、配重杆和配重块。上侧摆臂上端铰接在滑动支架上，下端抵靠在出料端压板上端外侧;下侧摆臂上端抵靠在出料端压板下端外侧，下端铰接在配重杆一端；配重块套设在配重杆另一端，并且能够沿着配重杆滑动，配重块与配重杆之间设置有锁紧螺栓；连杆一端铰接在上侧摆臂下端，另一端铰接在连杆支架上端；连杆支架垂直于配重杆设置，并且连杆支架下端固定在配重杆上。图7压板滑动机构和压板压力机构组件结构图。

图7 压板滑动机构和压板压力机构组件

4 试验考核情况

农村蔬菜废弃物处理及资源再利用技术装备的生产委托海门市兴农畜牧机械制造有限公司制造，并于2017年2月进行初步试验考核，试验结果表明，蔬菜废弃物经粉碎破碎后成为1～3cm大小的块状物，在池中清洗后的块状物经脱水固液分离，含水率在50%～60%，将固液分离后的固体废弃物输送到高温发酵设备中进行好氧发酵，发酵时间为2天，得到饲料/有机肥原料，可用于生产饲料或有机肥，将分离后的液体废弃物输送到厌氧发酵池进行发酵，发酵完成后得到液态肥，可作为农业生产的肥料使用，实现资源再利用，达到预期设计效果。图8为主要装备的工作图。

图8 主要装备的工作图

5 结论

1）设计了一种新型蔬菜废弃物处理及资源再利用关键装备，形成集输送-切断-破碎-清理-脱水固液分离-发酵处理于一体的蔬菜废弃物处理系统[1]。

2）试验表明，装备工作性能稳定，能完成日处理量为10～15吨；蔬菜废弃物破碎工序中废弃物破碎程度：1～3cm块状物，固液分离后干物质含水率50%～60%，达到发酵处理要求。

3）该技术在国内属于领先水平，国家应大力扶持,积极推广应用。

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