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揭开养猪场惊人改变的背后奥妙——第21届“挑战杯”校大学生课外学术科技作品竞赛获奖项目侧记

来源:澳门新葡亰平台游戏(新版)发布时间:2019-05-16编辑:校团委/文 创建部门:澳门新葡亰平台游戏(新版)

在福建的一养猪场里,昔日污水横流、臭气熏天的场景已然不见,如今,它已蜕变成为零排放、无药残、智能化、机械化的现代养猪场;猪宝宝也不再因为粪便滞留,吸入粪便中所含的氨气、硫化氢等有毒有害气体,患上呼吸道类疾病。这些惊人改变的背后有哪些奥妙呢?

“这当中有‘异位微生物发酵床养殖粪污处理系统’的‘一臂之力’,”现代农业装备福建省高校工程研究中心副主任何金成副教授9日说。在第21届“挑战杯”校大学生课外学术科技作品竞赛中,何金成担任引导教师的这项作品《高架床养殖舍的粪污收集与再利用智能化系统》获得大赛二等奖。

近年来,随着规模化养殖的快速发展,畜禽养殖污染问题日渐突显,引起了社会的高度关注。我国每年生产肉蛋奶1.5亿吨,产生畜禽粪污约38亿吨,仍有40%未有效处理和利用。据统计分析,我国到2020年末,全国的畜禽养殖废弃物总量将达到42.44亿吨之多。如何处理和有效利用生物废料?

“异位微生物发酵床养殖粪污处理系统项目由生物发酵床和垫料翻抛设备等组成,相对于原位微生物发酵而言,将动物的饲养与粪污的降解分开处理,能够实现无公害、零排放的废弃物处理。”何金成说,异位堆肥发酵被列为中国七种经济实用处理粪污的技术模式之一,国家鼓励福建、浙江、广西等地区使用“异位发酵床”模式。

生物发酵床如何制成、系统如何运作?参赛团队负责人、我校机电工程学院农业机械化工程专业学生张林先容,从自然环境中筛选枯草芽孢杆菌、乳酸菌等功能微生物菌种,选择具有一定惰性、硬度或刚度、透气性和吸水性好的锯末、谷壳、木屑、秸秆等材料作为原料,将两者按一定比例混合制成有机垫料,设成一定厚度的发酵床。之后,将动物的排泄物均匀地喷淋在发酵床上,利用机械翻抛作用使粪便、尿液和废水等有机物与垫料充分混合。

“功能微生物菌群在垫料中生长繁殖,通过微生物产生的多种酶类,对粪污中的蛋白质、碳水化合物、脂肪等有机物质进行充分的分解和转化,最终达到降解、消化猪粪尿,除去异味和无害化的目的。”何金成说明。

翻抛深度等关键技术瓶颈如何突破?

为保证发酵床达到系统设计的有机物分解要求,实现真正的零排放,需要每间隔一段时间开启翻抛设备进行作业,因此,翻抛设备性能直接影响生物发酵床的生产性能。

但目前现有的异位发酵设备存在过于粗糙、能耗大、效率低、翻抛深度浅等问题,受限于翻抛机的性能,目前国内翻抛机的翻抛深度大多不超过1.2米,因此如何提高翻抛机翻抛深度也是槽式翻抛机的要解决重点课题之一。

项目组从刀具的结构形状等方面入手,研究翻抛刀具作用下垫料变形破坏规律,通过理论计算、模拟与试验,设计出强翻抛性能的翻抛刀具,完成运行稳定、能耗低、翻抛深度超过1.6m的翻抛机的整机研发及应用。

其中,项目组设计了一款翻抛阻力较小,可以实现双向作业的刀具,通过优化刀片排列方式、刀具的结构参数和选取合适的运动参数,使整机的受力均匀,提高稳定性和减少功耗。“国内外翻抛机的翻抛刀具基本上是属于单向作业刀具,翻抛刀具可以实现双向作业,既可以提高翻抛效率,也可节省能源。”张林说。

物料发酵过程的参数如pH值、温度、含水率和氧浓度可实时上传至PC机和手机、实现发酵过程参数可视化;喷淋机、翻抛机、移位机根据发酵过程参数的改变能智能协调工作,提高工作效率,保证发酵品质……据张林先容,目前,系统中的设备实现了全自动协调作业,以此来提高工作效率;系统工作中不需要人工介入,并且对各个模块设备实现智能化、数字化控制,有效减轻工人的劳动强度,提高生产效率,以此来实现发酵过程的标准化。

据悉,在2017年6月国务院办公厅印发的《国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》中提出,力争到2020年,全国畜禽粪污综合利用率达到75%以上,规模养殖厂粪污处理设施装备达到95%以上,畜禽粪污基本实现资源化利用。异位微生物发酵床养殖粪污处理系统作为一种无公害、零排放的废弃物处理系统,适用于不同生产规模的养殖场,具有广阔的应用前景。

  


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