近年來，隨著我國經濟的快速增長和城鄉居民生活水平的不斷提高，畜禽產品的市場需求日益擴大，促進了我國的畜禽養殖業向規模化、集約化方向發展，在大大提高了畜禽產品產量的同時，養殖場畜禽糞污的排放量也急劇增長。畜禽糞污中有機物濃度高，含有大量的懸浮物和病菌，因此造成了非常嚴重的環境污染，在不少地區已成為城鎮周邊地帶和人口稠密地區的主要污染源。

由于畜禽糞污中含有有機物和氮、磷、鉀等營養成分，經適當處理后固體部分可通過堆肥好氧發酵生產有機肥，液體部分可作為液體肥料，但資源化的利用對糞污的含水率有一定的要求，而養殖場排出的畜禽糞污不僅量大，且含水率高，難于運輸、存放和直接利用，因此對畜禽糞污進行一定程度的脫水處理是糞污資源化利用的重要環節。現將疊螺式畜禽糞污脫水設備的設計報道如下。

一、疊螺式脫水設備的總體設計

1.1 畜禽糞污處理的工藝流程

畜禽糞污的含水率根據種類和糞便清理方式的不同而有所差異，豬糞便的含水率為80%～85%，奶牛的糞便為83.20～86.36%，雞的糞便為50%～75%，水沖洗糞的含水率則更高。

畜禽糞污的脫水工藝流程是將含水率為85%左右的糞污經絮凝劑和混凝劑絮凝沉淀，以高壓泵送至疊螺式脫水設備，裝備由重力壓榨區和高壓壓榨區組成。由于經絮凝沉淀后的糞便污水極易失去間隙水，在疊螺式脫水裝備內的重力壓榨區進行一級脫水；隨著螺旋軸的不斷輸送擠壓，糞污受到的壓力逐漸增大，在高壓下進行二次脫水。在裝備的出料端，通過調節背壓板的位置來調整裝備內的壓力，以保證從設備排除的畜禽糞污含水率≤45%～55%，濾液經設備的排水口排入濾液池。

1.2 機械脫水設備的選擇

在畜禽糞污的脫水方法中，由于機械脫水使用方便、能耗低、能連續作業，因此比較適合規模養殖場。而機械脫水設備中又分為離心脫水機、螺旋擠壓式、斜板篩、轉動篩等。斜板篩、轉動篩都屬于篩分的固液分離方式，去除率取決于篩孔的大小，缺點是去除率低、篩孔容易堵塞。離心脫水設備在國內化工廠家污泥處理中被廣泛使用，而螺旋擠壓式脫水設備無論在國內還是國外都是較為先進的環保污泥處理設備，能耗低、運轉平穩、噪音小。項目選用設計的疊螺式脫水設備為螺旋擠壓式中的一種，在糞污處理中脫水效果更好，在成本控制和穩定性上具有很大的優勢。

1.3 疊螺式脫水設備的總體結構設計

在此機構中，變徑動定環經固定螺栓和固定板固定在設備外殼上。螺旋軸為變徑螺旋軸，一端設置有一凹槽，與設備外殼一端內置的圓柱形凸臺嵌合，另一端的減速電機連接后一同固定在設備支架上。進料口設置于螺旋軸的前端，出料口設置于螺旋軸的后端。壓緊板與變徑動定環相連，背壓板設置于螺旋軸的后端。集液槽和排液口設置于設備支架上。整個工藝處理過程冷態操作，不需要熱源。

減速電機帶動變徑動定環和螺旋軸一同旋轉，變徑動定環從進料口到接近減速電機處，內徑逐漸減小，變徑螺旋軸從接近進料口到接近減速電機處，外徑逐漸增大，螺旋軸旋片的螺距逐漸減小，從而促使設備內有效空間逐步減小。糞便污水隨螺旋軸旋片的推送向出料口移動，空間被不斷地擠壓，所受的壓力也隨之逐漸增大，并在高壓擠壓壓榨作用下開始脫水。濾液從動定環所形成的濾縫中排出，經集液槽收集后從排液口排出。通過調節背壓板與出料口的間隙，可調節設置設備中的壓力。變徑動定環不斷地摩擦，可有效除去間隙內滯留的固體污泥，從而實現設備無堵塞、連續運行的功能。

1.4 設備主要技術參數

疊螺式畜禽糞污脫水設備主要技術參數如下：

機械尺寸（長×寬×高）：3530mm×990mm×2100mm

設備凈重：920kg。

運行重量：1330kg。

螺旋軸規格：φ200mm。

出料口高度：700mm。

電機功率：5.5kW。

處理后含水率：45%～55%。

二、疊螺式脫水裝備主要部件的設計

2.1 電動機與減速機構的選擇確定

設備螺旋軸的長度需綜合考慮糞污的處理量和設備的工作穩定性，因此軸長不宜過長。在軸長的基礎上由公式計算出電動機功率的大小。公式：Po=k×Q（WLk+H）/367

式中：Po為設備所需功率；k為備用系數；Q為糞污處理量；W為阻力系統；Lk為螺旋軸水平投影長度；H為螺旋軸垂直投影長度。

計算出螺旋軸所需功率為3.2kW，選擇擺線針輪減速機，則電動機功率為4.6kW。根據市場主流機型選型，并綜合考慮日常使用堵塞等情況，選擇功率為5.5kW的三相異步電動機。

2.2 螺旋軸及旋片的設計

螺旋軸采用變徑結構，從進料口到出料口，外徑逐漸增大。進料口直徑為φ145mm，出料口直徑為φ200mm。螺旋軸工作部分總長為2800mm。螺旋軸材質選用45鋼，空心結構。

螺旋軸旋片采用單頭螺旋葉片，螺距采取變距結構，整體分為兩部分，進料口段至中間段螺距設計的較大，螺距設置為180mm，設置7片旋片，從中間段到出料口處根據含水率的不同設置螺距依次降低10mm。旋片厚度為5mm，考慮到工作環境的腐蝕性和耐磨要求，旋片的材質選用304不銹鋼，推料面噴涂合金材質。旋片的直徑計算后圓整取值為φ300mm。

變徑螺旋軸推送糞污從進料口移至出料口，整個過程中螺旋軸旋片的螺距逐漸較小，使得設備中內部空間逐漸減小，糞污被高壓壓縮，失去一部分水分。

2.3 動環和定環的設計與布置

動環和定環在脫水設備中起到過濾的作用，取代了傳統的篩網。特別是使用了絮凝劑后，糞污中分散的細粒能絮凝成固化團塊，易造成篩網堵塞，采用動定環后其層疊可動的結構可以避免傳統篩網的堵塞現象。

動環和定環相互層疊，螺旋軸貫穿其中形成過濾主體，糞污在推進過程中受到背壓板形成的內壓作用實現充分脫水，濾液從定環和動環所形成的濾縫排出，泥餅從設備的末端排出。螺旋軸在輸送糞污的同時，推動游動環做圓周運動，具有自動清潔濾縫的功能，防止堵塞，從而確保脫水機持續穩定運行。

動環與定環交叉安裝，定環與定環之間用墊片隔開，動環位于兩定環之間，相對于定環產生一定的錯移。動環和定環采用304不銹鋼，2mm厚度，定環安裝在相互間隔120°支撐桿上。動環和定環之間的過濾間隙設置為1mm。動環的內徑在設計時要略小于定環內徑和螺旋軸旋片外徑。可取定環內徑為303mm，動環內徑為297mm。

三、試制與結論

項目承擔單位基于現有疊螺式脫水機的基礎上對產品進行了樣品試制，并應用于規模化豬場。產品試用試驗時采用的是豬場的豬糞，經過運轉試驗表明，設備運轉平穩、易于操作，主要特點如下：
①經過脫水設備處理后，糞污的含水率為50%左右，是較為理想的堆肥初始含水率。

②相比于常用的離心脫水機，運行成本低、噪聲低。設備采用了螺旋軸變徑結構和旋片的螺距不等結構，脫水效果更好。

③由于采用了全封閉箱體，有效地減少了惡臭氣體的散發，減少了環境的污染。

④設備采用動定環結構，有效防止固化物的堵塞，具有自我清洗功能。但是，不擅于顆粒大、硬度大的糞污處理。