畜禽粪便除杂设备研究进展

张蕾蕾，袁存亮，裴海林，张 重，孙 京

（吉林省农业机械研究院，吉林 长春 130022）

目前，国内外在畜禽粪便除杂设备方面的研究鲜有报道，畜禽粪便的主要去处是常规堆肥，对粪便中的杂质去除率要求不高，所以研究的人较少。但常规堆肥对水源、大气、土壤都存在一定的危害，已经满足不了未来发展的需要。而沼气发酵技术在处理畜禽粪便方面具有明显优势，处理粪便过程封闭无污染，产物为沼气能源和优质有机肥料，粪便资源化利用率高[1]。但对进料有要求，需要去除物料中的砂石、药瓶、铁丝、生活用品等杂质，人为挑起来较为繁琐，费工费力。因此，需要开发高效的粪便除杂设备以满足粪便处理需要。

1 畜禽粪便除杂的目的

粪便除杂是沼气工程进料的前处理难题，开发畜禽粪便除杂设备，一方面可以通过除杂降低输送设备故障率，消除人工清除杂质劳动强度大、费用高等问题，另一方面，经过除杂后的粪便物料进入反应器可以减少砂石等底物的沉积，提高发酵物料的传热效率，另外还便于发酵反应结束后的出料。开发畜禽粪便除杂设备不仅可以用于沼气工程配套，解决沼气工程进料前处理难题，降低输送设备故障率，还可以用于有机肥生产物料除杂，提高肥料质量。

2 畜禽粪便除杂设备

随着中国沼气行业的迅猛发展，沼气行业的市场规模正在不断扩大，对畜禽粪便废弃物除杂设备的要求越来越高，目前已研发可查询的畜禽粪便及粪便有机肥除杂设备包括以下几种。

2.1 沼气工程进料用畜禽粪便除砂除杂装置

山东民和生物科技有限公司董泰丽等[2]设计的刮板式畜禽粪便搅拌除砂除杂装置，如图1所示。该装置用于以畜禽粪便为原料的沼气工程在将粪便泵入发酵罐发酵之前除砂使用，畜禽粪便搅拌除砂除杂装置包括搅拌池和搅拌装置，搅拌装置设置在搅拌池内部，搅拌装置包括搅拌机和搅臂等。其特点在于搅拌过程中搅臂、刮板及连接筋能够有效地去除畜禽粪便中掺杂的铁丝、布条等杂物，防止后续的进料泵、切碎机等设备的堵塞，可在池中实现畜禽粪便与水的完全混合，达到稀释畜禽粪便、控制进料浓度的效果，该装置对于湿式沼气工程进料除杂效果明显。

图1 刮板式畜禽粪便搅拌除砂除杂装置结构示意图

灵璧县绿飨园现代农业有限公司朱若玉[3]设计一种过滤板式畜禽粪便搅拌除砂除杂装置，如图2所示。采用多层过滤板和过滤网依次逐层过滤的方式，对沼气工程进料过程除杂。

图2 过滤板式畜禽粪便搅拌除砂除杂装置示意图

装置主体为搅拌桶结构，桶底部设有电机，电机的输出轴上设有转轴，转轴的侧壁上对立设有除砂装置和除杂装置，除砂装置的主过滤板为矩形板状结构，主过滤板的前端面上设有过滤槽，槽上设有若干副过滤板，依次并列设置，通过副过滤板和过滤网依次逐层过滤，能够提高对沙石的过滤效果，另外主过滤板设有刮片槽，与搅拌桶侧壁平行，刮片槽内还活动设有刮片，刮片的一端位于刮片槽内，另一端与搅拌桶的内壁相接触，便于在搅拌时通过转轴的顶部加入水，使得水可从出水孔排出，以及通过出水管的另一端排至主过滤板顶面上的水槽内，再通过锯齿状槽流出至搅拌桶内，可防止畜禽粪便黏稠度过高不利于搅拌。该除杂装置优点在于能够通过逐层过滤提高砂石去除率，并可降低搅拌过程畜禽粪便黏稠度，便于进料。

上海济兴能源环保技术有限公司李伟等[4]设计了一体化畜禽粪便除砂除杂装置，如图3所示。用于畜禽粪便厌氧发酵前去除砂石和杂物。该畜禽粪便除砂除杂装置，包括一体化设置的接收坑、调浆池主体、除砂池和厌氧发酵罐，接收坑的底部设有将物料推向厌氧发酵罐的液压推板，调浆池主体设有锥形底部，并设有排砂口，排砂口连接有提砂螺旋，其出料端高于调浆池主体液面，调浆池主体的内部设有调浆池搅拌机。设置除砂池，可以一次性承接大量畜禽粪便卸料，保证系统连续稳定运行，除砂池将畜禽粪便匀速地推入调浆池主体，保证物料浓度均匀稳定，避免将大量畜禽粪便直接倾倒入调浆池主体，造成很大的波动，而影响整个装置的使用效果。该装置的特点在于设有两级搅拌沉降池，并通过除砂螺旋达到较好的除砂效果，另外设有除杂格栅，能够清除塑料、布条等轻飘杂物，装置整体除杂效率较高。

图3 一体化畜禽粪便除砂除杂装置示意图

2.2 粪便有机肥除杂装置

山东利宇环境工程技术有限公司耿明亮[5]设计开发一种厌氧发酵罐禽类粪便除砂除杂粉碎进料机，如图4所示。用于禽类粪便投入到厌氧发酵罐之前除杂粉碎使用，发酵后余物用作有机肥。该除杂装置适用于处理干燥和潮湿的禽类粪便，能够对干燥的禽类粪便进行粉碎，装置主体包括机架、粉碎机、热风机、筛筒、送料槽、除砂机构、摇摆机构和驱动机构等。

图4 厌氧发酵罐禽类粪便除砂除杂粉碎进料机

工作原理为：将粪便投入粉碎机中初步粉碎（潮湿状态粪便需开启热风机预干燥），使其中的大部分砂石子与粪便分离，粉碎后的粪便落入筛筒中，除砂机构搅动挤压筛筒底部的粪便，包裹在砂石子上的少量粪便被破碎并脱离，使粪便通过筛板的筛孔落入送料槽中，筛板将砂石拦截并向筛板的中部凹处聚集，出砂机构将筛板拦截的砂石子和羽毛等杂质收集，摇摆的送料槽将粉碎除杂后的粪便送进发酵罐中。该装置对干燥和潮湿的禽类粪便均能处理，有利于发酵和制备成干燥的有机肥颗粒，工作效率高，节省水资源。

山西千泉肥业有限公司武志敏[6]设计开发一种粪便有机肥除杂装置，如图5所示。包括：用于将有机肥进行除杂工作的除杂箱、用于将有机肥进行搅拌破碎的搅拌柱、用于收集杂质的收杂箱及用于过滤大颗粒杂质的过滤网，除杂箱左侧壁面固定安装可将有机肥料中的杂草毛絮等较轻杂质去除的除杂风扇，风扇工作时可以产生气流将有机肥料中的杂草毛絮等质量轻的杂质吹离有机肥料，过滤网可以过滤掉有机肥料中的大颗粒杂质，实现一机多用，解决有机肥料的生产成品中经常会混杂有杂草毛絮等轻质量及砂砾等重质量杂质，并且粒度大小不一，不利于使用和运输存储的问题。该有机肥除杂装置适用于含水率低的物料，其结构简单、使用方便，使用效果较好。

3 结论

本文对畜禽粪便除杂设备研究现状进行了介绍，可查询的粪便除杂设备相关报道较少，文中介绍了3种沼气工程进料用畜禽粪便前处理除杂装置及2种粪便有机肥除杂装置，详细介绍了各除杂装置的结构、工作原理及特点，均能达到一定的除杂效果，能够为后续畜禽粪便除杂设备的研究提供一定参考。

4 建议

沼气发酵技术在处理畜禽粪便方面具有明显的优势，处理粪便过程封闭无污染，产物为清洁能源沼气和优质有机肥料，粪便资源化利用率较高。以往的沼气发酵技术以湿法沼气和干法沼气为主，对于湿法沼气发酵前处理可以采用文中提到的畜禽粪便除砂除杂装置，能达到一定的除杂效果；干法沼气发酵前处理可以采用文中提到的粪便有机肥除杂装置，但处理速率相对不高，无法满足大中型沼气工程的工作需求，希望进一步加强研究。目前半干式（干物质含量15%~20%）沼气发酵技术[7]逐渐发展起来，畜禽干清粪便不需浓度调节即可满足半干式厌氧发酵浓度要求，并可采用连续式厌氧发酵工艺，处理效率高，但对以畜禽干清粪便为发酵原料的沼气工程进料会带来一定难度，进料前需经过除杂处理，以防止砂石、铁丝等杂物造成进料泵及螺旋输送机等设备故障，通过除杂可提高进料效率，同时可以提高沼气工程副产物沼渣有机肥的成品质量，但目前针对畜禽干清粪便的除杂设备尚未见报道，希望后续加强针对畜禽干清粪便除杂设备的研究，以促进沼气行业更好的发展。