Nghiên cứu một số thông số chính của máy tách lấy chất thô trong xử lý hỗn hợp phân gia súc

Tính chất cơ lý của hỗn hợp phân gia súc, máy phân tách pha lỏng - rắn các sản phẩm trong nông nghiệp .... Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế máy tách nước hỗn hợp phân bò, làm cơ sở cho v

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

QUÁCH HỮU VIỆT

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH CỦA MÁY TÁCH LẤY CHẤT THÔ TRONG XỬ LÝ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực

và hoàn toàn chưa được sử dụng để công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tôi cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả luận văn

Quách Hữu Việt

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự lỗ lực cố gắng của bản thân, tôi đã nhận được sự sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến hai Thầy giáo hướng dẫn: PGS.TS Lương Văn Vượt – Học viện Nông nghiệp Việt Nam và TSKH Bạch Quốc Khang – Viện Cơ điện Nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch Các Thầy

đã tận tình chỉ dẫn để tôi hoàn thành tốt luận văn này

Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể cán bộ, giảng viên bộ môn Cơ học kỹ thuật, khoa Cơ điện – Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã quan tâm và đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thiện luận văn của mình

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp tại khoa Cơ giới - Trường CĐN Cơ khí Nông nghiệp cũng như bạn bè và gia đình đã luôn quan tâm, động viên giúp đ ỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả luận văn

Quách Hữu Việt

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Các ký hiệu viết tắt v

Danh mục bảng vi

Danh mục hình vii

Trích yếu luận văn ix

Thesis abstract xi

Phần 1 Mở đầu 1

Phần 2 Tổng quan 3

2.1 Tình hình chăn nuôi gia súc và chất thải trong chăn nuôi gia súc 3

2.2 quy trình xử lý hỗn hợp phân gia súc 6

2.3 Tính chất cơ lý của hỗn hợp phân gia súc, máy phân tách pha lỏng - rắn các sản phẩm trong nông nghiệp 10

2.3.1 Tính chất cơ lý của hỗn hợp phân gia súc 10

2.3.2 Các loại máy, thiết bị có thể sử dụng để tách hai pha lỏng, rắn 12

2.3.3 Phân tích kết cấu và nguyên lý làm việc của các loại máy tách hai pha lỏng, rắn 18

2.3.4 Lựa chọn mô hình nghiên cứu máy tách lấy chất thô trong hỗn hợp phân gia súc 29

Phần 3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 31

3.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu 31

3.2 Phương pháp nghiên cứu 31

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 31

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 32

Phần 4 Kết quả nghiên cứu 34

4.1 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 34

4.1.1 Quan hệ giữa hệ số giảm thể tích của hỗn hợp vật liệu với áp suất ép 34

4.1.2 Mối quan hệ giữa nồng độ pha rắn trong hỗn hợp phân với áp suất ép 38

4.2 Kết quả nghiên cứu lý thuyết 40

4.2.1 Mô hình kết cấu bộ phận ép hỗn hợp phân gia súc 40

4.2.2 Quy luật chuyển động của vật liệu trong bộ phận ép 41

4.2.3 Quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong bộ phận ép 45

4.3 Mô phỏng quá trình biến đổi vận tốc và áp suất trong bộ phận ép 48

4.3.1 Khảo sát sự biến đổi vận tốc của vật liệu theo chiều dọc trục 48

4.3.2 Khảo sát quy luật biến đổi áp suất của vật liệu trong quá trình ép 49

4.4 Lựa chọn các thông số cơ bản của bộ phận ép 50

4.4.1 Các thông số cơ bản của buồng ép 50

4.4.2 Xác định khe hở cửa thoát bã và cơ cấu điều chỉnh cửa thoát bã 53

4.4.3 Công suất động cơ 56

Phần 5 Kết luận và kiến nghị 59

Tài liệu tham khảo 60

Phụ lục 62

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Sản lượng ngành chăn nuôi trong giai đoạn 2001-2014 .3

Bảng 2.2 Kế hoạch sản xuất chăn nuôi giai đoạn 2016-2020 4

Bảng 2.3 Khối lượng chất thải rắn chăn nuôi của Việt Nam 5

Bảng 2.4 Thành phần dinh dưỡng của phân chuồng [5] .7

Bảng 2.5 Thành phần hóa học của phân một số loại gia súc 11

Bảng 4.1 Hệ số giảm thể tích vật liệu theo áp suất ép 37

Bảng 4.2 Nồng độ pha rắn trong hỗn hợp phân 39

Bảng 4.3 Bước vít tương ứng của từng vòng vít 51

Bảng 4.4 Góc nâng cánh vít α tương ứng của từng vòng vít 51

Bảng 4.5 Các thông số cơ bản của máy tách lấy chất thô trong xử lý hỗn hợp phân gia súc 57

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Quy trình xử lý hỗn hợp phân gia súc sử dụng máy ép tách pha rắn

– lỏng 9

Hình 2.2 Mô hình bố trí dây chuyền xử lý hỗn hợp phân gia súc sử dụng công nghệ ép tách phân 9

Hình 2.3 Nguyên lý lọc ly tâm vắt – trục đứng 12

Hình 2.4 Máy lọc chân không thùng quay bề mặt lọc ngoài 13

Hình 2.5 Máy ép lọc băng tải BFP 14

Hình 2.6 Máy vắt bã sắn VBS14, năng suất 14 tấn/giờ 14

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý máy xeo giấy 15

Hình 2.8 Máy ép trái cây công nghiệp 16

Hình 2.9 Máy ép phân gia súc CRI-MAN 17

Hình 2.10 Máy ly tâm hình côn tháo vật liệu lắng bằng sức ly tâm 18

Hình 2.11 Máy lọc chân không thùng quay bề mặt lọc ngoài 21

Hình 2.12 Máy ép lọc băng tải BFP 22

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy vắt bã sắn 23

Hình 2.14 Sơ đồ ép pistong-xilanh 24

Hình 2.15 Máy ép vắt trục vít - lưới lọc côn 25

Hình 2.16 Máy vắt kiểu ép trục vít côn - lưới lọc trụ 26

Hình 2.17 Sơ đồ cấu tạo máy băm ép dứa BE-500 27

Hình 2.18 Máy ép phân CRI-MAN 28

Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý máy ép trục vít – lưới lọc trụ 30

Hình 4.1 Máy ép thuỷ lực BANZAI - HP-30MD, 30 tấn (tại Trường Cao đẳng nghề cơ khí nông nghiệp) 34

Hình 4.2 Giỏ ép thí nghiệm 35

Hình 4.3 Xô đựng mẫu có nắp đậy (dung tích 10 lít) 35

Hình 4.4 Dụng cụ đo thể tích 36

Hình 4.5 Cân đồng hồ xác định khối lượng mẫu 36

Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số giảm thể tích ηge vật liệu ép với áp suất ép p 38

Hình 4.7 Ảnh hưởng của áp suất ép đến nồng độ pha rắn trong hỗn hợp 39

Hình 4.8 Mô hình kết cấu bộ phận ép 40

Hình 4.9 Đa giác vận tốc biểu diễn sự dịch chuyển của vật liệu trong vùng làm việc 43

Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi vận tốc dọc trục của vật liệu V n theo chiều dài vít xoắn x 49

Hình 4.11 Sự thay đổi áp suất p của vật liệu theo chiều dọc trục x 50

Hình 4.12 Diện tích tiết diện cửa thoát bã và khe hở thoát bã  52

Hình 4.13 Sơ đồ cơ cấu điều chỉnh cửa thoát bã 52

Hình 4.14 Sơ đồ kết cấu và lực tác dụng của cơ cấu điều chỉnh cửa thoát bã 53

Hình 4.15 Máy tách lấy chất thô trong dây chuyền xử lý hỗn hợp phân gia súc 57

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả: Quách Hữu Việt

Tên luận văn: “Nghiên cứu một số thông số chính của máy tách lấy chất thô trong xử

lý hỗn hợp phân gia súc”

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 60.52.01.03

Cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam

1 Mục đích nghiên cứu

Tính toán xác định một số thông số chính của máy tách lấy chất thô trong xử lý hỗn hợp phân gia súc

2 Phương pháp nghiên cứu

a Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Phương pháp phân tích nghiên cứu lý thuyết: sử dụng các kiến thức về lý thuyết tính toán máy nông nghiệp, cơ học máy, cơ học giải tích, thiết kế chi tiết máy, các phần mềm vẽ và xử lý số liệu để giải quyết các nhiệm vụ của đề tài

b Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Thứ ba, tác giả cũng đã tiến hành xác định một số tính chất cơ lý của hỗn hợp phân gia súc, cụ thể là phân bò sữa như: hệ số giảm thể tích theo áp suất ép η ge , tỷ lệ, nồng độ pha rắn trong hỗn hợp phân A% theo áp suất ép

Áp dụng mô hình toán cho việc tách pha rắn – lỏng của thực phẩm lỏng, nhớt của tác giả Xokolov I.A (1976), đề tài đã khảo sát và tính toán xác định được các thông số

cơ bản của máy tách pha rắn lỏng cho hỗn hợp phân gia súc cụ thể như: chiều dài trục vít L =915 cm; góc nâng cánh vít trung bình α tb = 13 o ; bước vít trung bình S tb = 130

mm; bán kính ngoài của vít xoắn R v = 125 mm, … với năng suất máy Q = 15 m 3 /h, công suất động cơ 5,5 kW

Thứ tư, đề tài cũng đã tính toán cơ cấu điều chỉnh cửa thoát bã: sử dụng cơ cấu bốn khâu, tính toán được đối trọng và vị trí đối trọng

4 Kết luận

Đề tài đã nghiên cứu, lựa chọn và xác định được một số thông số chính của máy tách lấy chất thô trong xử lý hỗn hợp phân gia súc Tuy nhiên, do thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả mong muốn đối tượng nghiên của đề tài sẽ được nghiên cứu sâu rộng hơn để thiết kế và chế tạo mẫu máy, khảo nghiệm và ứng dụng vào thực tế trong thời gian tới

THESIS ABSTRACT

The writer: Quach Huu Viet

The master thesis: “Research some of the main parameters of the solid separation

machine for mixture of animal manure”

Major in: Mechanical Engineering Code: 60.52.01.03

Training facility: Vietnam National University and Agriculture

1 Purpose of the study

Calculated and determined some of the key parameters in the separation of crude processed animal manure mixture

2 Research Methodology

a Theoretical research methods

Analysis method theoretical research: using the knowledge of theoretical calculationsof agricultural machinery, mechanical machinery, mechanical analysis, detailed design of the machine, the drawing software and data processing to solve the duties of the subject

b Empirical research methods

- Methods for determination of moisture content of livestock manure mixture

- Empirical Methods single factor

Third, the authors also conducted identified several physical properties of the mixture of animal excrement, namely dairy cow such as the coefficient of volume under pressure ηge pressed, the proportion of mixed solid phase A% under pressure distribution pressed

Applying mathematical model for the separation of the solid phase - liquid food, liquid viscosity of the author Xokolov I.A (1976), subjects were surveyed and calculated to identify the basic parameters of the liquid to the solid phase separator

livestock manure mixture such as: length of screw L = 915 cm; The average elevation screw wing α tb = 13 o ; step screw average S tb = 130 mm; outer radius of screw R v = 125

mm, with machine productivity Q = 15 m 3 /h, the engine capacity of 5.5 kW

Fourth, the project also calculate structural adjustment residue outlet: use the structure of four stages, and calculate counterweight counterweight position

4 Conclusion

The thesis studied, selected and identified some of key parameters of the crude extract in the treatment of livestock manure mixture However, due to time constraints should not avoid these shortcomings, the author wishes subjects will be research to design and manufacture samples machine in the near future

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

Hiện nay, nhu cầu sữa và thực phẩm dinh dưỡng chế biến từ sữa ở nước ta đang không ngừng tăng theo từng năm Theo thống kê mới đây, các sản phẩm sữa của Việt Nam đang giữ vị trí dẫn đầu trong ngành thực phẩm đồ uống với mức tăng trưởng 12% ở thành thị và 20% ở nông thôn Ngành sữa nước ta đang dần có chỗ đứng trên thị trường nội địa và có không ít những cơ hội để xuất khẩu, mang lại nguồn thu ngoại tệ đáng kể cho đất nước

Kéo theo đó là nhịp độ tăng trưởng của các trang trại chăn nuôi bò sữa tập trung Trong quá trình đẩy mạnh tái cơ cấu ngành theo hướng nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững, ngành chăn nuôi nói chung, gia súc, bò nói riêng là trọng tâm đầu tư theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá,…

Trong quá trình nuôi, bình quân mỗi con bò thải ra 20÷25 kg phân/ngày Đối với trang trại có số lượng bò sữa từ 30÷100 con, thì lượng phân thải ra của mỗi ngày ít nhất cũng từ 0,5÷2,5 tấn

Thông thường, các trang trại sẽ gom lượng phân này vào hố, hoặc hầm biogas,

hầm biogas lại đầy, đòi hỏi phải hút đi hoặc có biện pháp xử lý tiếp theo

Để giải quyết vấn đề này, trên thế giới đã có hệ thống xử lý phân bò, lợn đáp ứng nhu cầu của các trang trại chăn nuôi

Ở Việt Nam, hiện tại chưa có nghiên cứu lý thuyết chuyên sâu nào về máy tách nước phân bò, lợn Hệ thống xử lý phân bò, lợn cũng chưa được nghiên cứu và ứng dụng nhiều Nếu có vẫn là mua máy móc, dây chuyền thiết bị của nước ngoài

Việc thu gom và xử lý phân bò có ý nghĩa quan trọng trong sản suất nông nghiệp cũng như giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường ở các trang trại chăn nuôi Xử lý tốt lượng phân thải ra hàng ngày sẽ giúp môi trường xung quanh giảm thiểu ô nhiễm, môi trường sống trong lành, giúp vật nuôi sinh trưởng tốt, ít

bị dịch bệnh, giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm sữa

Ngoài ra, thành phần sau khi xử lý có thể sử dụng vào các mục đích sau:

Phần rắn:

1 Dùng làm phân bón

2 Sử dụng lót trong chuồng trại

xử lý chất thải của vật nuôi trong các trang trại

Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế máy tách nước hỗn hợp phân bò, làm cơ sở cho việc chế tạo sau này, sẽ góp phần nâng cao hiệu quả quá trình chăn nuôi bò quy mô trang trại, bảo vệ môi trường, tăng chất lượng sản phẩm, phục vụ cho quá trình tái cơ cấu ngành chăn nuôi ở Việt Nam

Từ kết quả nghiên cứu nhu cầu thực tế, đề tài chọn hướng và đối tượng nghiên cứu là: Nghiên cứu lựa chọn và tính toán thiết kế mẫu thiết bị tách lấy

PHẦN 2 TỔNG QUAN

2.1 TÌNH HÌNH CHĂN NUÔI GIA SÚC VÀ CHẤT THẢI TRONG CHĂN NUÔI GIA SÚC

Trong những năm qua, chăn nuôi có sự tăng trưởng nhanh cả về quy mô

và giá trị, đóng góp quan trọng vào việc phát triển kinh tế nông nghiệp và nông thôn Bên cạnh lợi ích kinh tế mang lại thì chăn nuôi cũng đang nảy sinh rất nhiều vấn đề về chất lượng môi trường, đe dọa sức khỏe của cộng đồng dân cư địa phương và ảnh hưởng đến cả hệ sinh thái tự nhiên

Tính từ 2001 đến 2015, ngành chăn nuôi đã có bước tăng trưởng đáng kể, đặc biệt là chăn nuôi bò sữa và gia súc lấy thịt như: trâu, bò và lợn, …

Bảng 2.1 Sản lượng ngành chăn nuôi trong giai đoạn 2001-2014

Nội dung 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Sản lượng thịt trâu hơi xuất

chuồng (Nghìn tấn) 49,2 51,8 53,1 57,5 59,8 64,3 67,5 Sản lượng thịt bò hơi xuất

chuồng (Nghìn tấn) 97,8 102,5 107,5 119,8 142,2 159,5 206,1 Sản lượng thịt lợn hơi xuất

chuồng (Triệu tấn) 1,515 1,654 1,795 2,012 2,288 2,505 2,662 Sản lượng thịt gia cầm hơi giết,

bán (Nghìn tấn) 308 338,4 372,7 316,4 321,9 344,4 358,8 Sản lượng sữa tươi (Triệu lít) 64,7 78,5 126,7 151,3 197,7 216 234,4

2008 2009 2010 2011 2012 2013 Sơ bộ 2014

Sản lượng thịt trâu hơi xuất

chuồng (Nghìn tấn) 71,5 79,1 83,6 87,8 88,5 85,5 86,8 Sản lượng thịt bò hơi xuất

chuồng (Nghìn tấn) 226,7 263,4 278,9 287,2 293,9 285,4 292,5 Sản lượng thịt lợn hơi xuất

chuồng (Triệu tấn) 2,783 3,036 3,036 3,099 3,160 3,228 3,330 Sản lượng thịt gia cầm hơi giết,

bán (Nghìn tấn) 448,2 528,5 615,2 696 729,4 774,7 828,2 Sản lượng sữa tươi (Triệu lít) 262,2 278,2 306,7 345,4 381,7 456,4 549,5

Nguồn: Tổng cục Thống kê

Năm 2015, ước tính đàn lợn đạt 27,1 triệu con, bằng 82,5% kế hoạch; đàn gia cầm đạt khoảng 334,1 triệu con, đạt 93,4% kế hoạch; đàn bò ước đạt 5,2 triệu con, bằng 55% kế hoạch (riêng đàn bò sữa đạt 95,3% kế hoạch); đàn trâu còn 2,51 triệu con, đạt 83,7% kế hoạch

Sản lượng thịt hơi các loại năm 2015 ước đạt gần 5 triệu tấn, bằng 95% kế hoạch Sản lượng trứng đạt 9,05 tỷ quả, gần đạt kế hoạch đề ra Sản lượng sữa tươi đạt 635 ngàn tấn, bằng 97% kế hoạch Sản lượng thức ăn chăn nuôi công nghiệp quy đổi đạt 14,5 triệu tấn

Trong những năm tới, ngành chăn nuôi có kế hoạch phát triển đặc biệt là những vật nuôi, sản phẩm chăn nuôi như thịt lợn, bò thịt, bò sữa và gia cầm, … theo hướng nâng cao giá trị, chất lượng và phát triển bền vững

Bảng 2.2 Kế hoạch sản xuất chăn nuôi giai đoạn 2016-2020

II Sản phẩm chăn nuôi

1 Thịt hơi các loại 1.000 tấn

Thịt lợn 1.000 tấn 3.792,3 3.969,2 4.146,2 4.323,1 4.500

-5.000 Thịt gia cầm 1.000 tấn 1.103,2 1.335,5 1.567,8 1.800,0 2.032,3 Thịt trâu, bò, dê, cừu… 1.000 tấn 522,1 573,0 624,0 674,9 725,8

2 Sản lượng sữa tươi 1.000 tấn 755,3 907,1 1.079,2 1.277,4 1.485,3

Nguồn: Báo cáo phát triển ngành Nông nghiệp, nông thôn – Bộ NN&PTNT (2015)

Với tốc độ phát triển của ngành chăn nuôi như trên, theo tính toán dựa trên

cơ sở khoa học sinh lý vật nuôi và số liệu thống kê có thể thấy lượng phát thải chất thải rắn của chăn nuôi cũng được tăng tỷ lệ thuận với tốc độ tăng trưởng quy

mô, ước lượng với mức thải trung bình 1,5 kg phân lợn/con/ngày; 15 kg phân trâu, bò/con/ngày và 0,2 kg phân gia cầm/con/ngày thì hàng năm riêng lượng phân phát thải trung bình đã hơn 85 triệu tấn mỗi năm, vài chục tỷ khối chất thải

lỏng, vài trăm triệu tấn chất thải khí Tuy nhiên, việc quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi lại chưa được quan tâm đúng mức [1]

Bảng 2.3 Khối lượng chất thải rắn chăn nuôi của Việt Nam

Ở nước ta hiện nay, phần lớn các trang trại, gia trại nằm xen kẽ trong các khu dân cư; có quỹ đất nhỏ hẹp không đủ diện tích để xây dựng các công trình bảo vệ môi trường đảm bảo xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép; không đảm bảo khoảng cách vệ sinh đến khu dân cư đã gây ô nhiễm môi trường nhất là nguồn nước và môi trường không khí, ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của người dân xung quanh Bên cạnh nguyên nhân do nhận thức và ý thức trách nhiệm bảo vệ môi trường của các chủ trang trại, gia trại chưa cao còn do chưa có biện pháp xử

lý chất thải phù hợp và bền vững Hầu hết người chăn nuôi chưa có biện pháp xử

lý chất thải lỏng; vứt xác gia cầm, gia súc bừa bãi và hệ thống thoát nước đơn giản làm cho tình trạng ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi vẫn chưa được khắc phục triệt để và có chiều hướng gia tăng

Mặt khác, quản lý Nhà nước về bảo vệ môi trường trong hoạt động chăn nuôi chưa được quan tâm đầy đủ, đúng mức ở tất cả các cấp, các ngành của địa phương Trong các quy hoạch phát triển chăn nuôi hầu như chỉ quan tâm, chú trọng đến các chỉ tiêu, giải pháp phát triển kinh tế, chưa có các quy định, giải pháp bảo vệ môi trường cụ thể, chưa có quy hoạch và tiêu chí quy hoạch vùng chăn nuôi đảm bảo yêu cầu bảo vệ môi trường

Một vấn đề rất được quan tâm hiện nay là sự liên quan của các hoạt động chăn nuôi đến phát thải khí nhà kính trong vấn đề biến đổi khí hậu Chăn nuôi hiện chiếm khoảng 18% hiệu ứng nóng lên của trái đất do thải ra các khí gây hiệu

ứng nhà kính, trong đó có 9% tổng số khí CO2 sinh ra, 37% khí mêtan (CH4) và

tới Theo dự báo nhu cầu về các sản phẩm chăn nuôi của thế giới dự kiến sẽ tăng gấp đôi trong nửa đầu của thế kỷ này

Mặc dù chăn nuôi phát triển, song phương thức chăn nuôi còn lạc hậu, quy

mô nhỏ Do đó, chưa quan tâm đến xử lý chất thải đã làm cho môi trường nông thôn vốn đã ô nhiễm càng ô nhiễm hơn Chất thải rắn chăn nuôi đang là một trong những nguồn thải lớn ở nông thôn, bao gồm phân và các chất độn chuồng, thức ăn thừa, xác gia súc, gia cầm chết, chất thải lò mổ Theo ước tính, có khoảng 40 - 70% (tuỳ theo từng vùng) chất thải rắn chăn nuôi được xử lý, số còn lại thải trực tiếp ra ao, hồ, kênh, rạch [14]

Trong tương lai không xa, Việt Nam sẽ là một trong những nước chịu sự tác động rõ rệt nhất của biến đổi khí hậu mà cụ thể là sự dâng lên của mực nước biển, xâm thực và nhiễm mặn đất nông nghiệp… Cho đến nay, các chất thải vật nuôi ở nước ta vẫn chưa được xử lý nhiều, hoặc có xử lý nhưng công nghệ xử lý chưa triệt để Chúng ta chưa thu hút được sự đầu tư ở nhiều thành phần kinh tế vào lĩnh vực bảo vệ môi trường trong chăn nuôi Nhận thức của người chăn nuôi

về bảo vệ môi trường đặc biệt là phát thải khí nhà kính trong chăn nuôi còn hạn chế, sự quản lý nhà nước về môi trường chưa đáp ứng được các bất cập hiện nay Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và PTNT, ngành chăn nuôi năm 2015 đã

có những bước chuyển dịch rõ ràng, từ chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán sang chăn nuôi tập trung theo mô hình trang trại, gia trại và các công ty chăn nuôi Điều này sẽ thuận lợi cho việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào trong chăn nuôi giúp tăng hiệu quả kinh tế Tuy nhiên, kéo theo đó là vấn đề xử lý chất thải chăn nuôi cũng bức thiết hơn, đòi hỏi thay đổi không chỉ về quy mô mà còn về phương pháp xử

lý sao cho hiệu quả và bền vững

Do vậy, biện pháp xử lý môi trường chăn nuôi như thế nào cho hiệu quả, bền vững, làm thế nào nâng cao nhận thức cho cộng đồng đang đòi hỏi các nhà quản lý, nhà khoa học, các thành phần kinh tế và người chăn nuôi cần có những hướng giải pháp cụ thể

2.2 QUY TRÌNH XỬ LÝ HỖN HỢP PHÂN GIA SÚC

Phân gia súc là sản phẩm thừa của quá trình tiêu hóa thức ăn của gia súc

Nó gồm những chất không tiêu hóa được hoặc những dưỡng chất thoát khỏi sự tiêu hóa vi sinh hay các men tiêu hóa (protein không tiêu hóa được, …), axit

amin thoát khỏi sự hấp thu (được thải qua nước tiểu: axit uric (ở gia cầm), urea

MgO, … Các thức ăn bổ sung, thuốc kích thích (thường chứa đồng, kẽm), các kháng sinh hay các men Các chất cặn bã trong dịch tiêu hóa (trypsin, pepsin…) Các mô tróc ra từ các niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn theo phân ra ngoài Vật dính vào thức ăn: bụi, tro… Các loại vi sinh vật bị nhiễm trong thức

ăn, trong ruột bị tống ra ngoài, bảng 2.4

Ngoài phân, trong quá trình chăn nuôi còn sinh ra một lượng lớn thức ăn thừa của gia súc rơi vãi (cám, cỏ, rơm,…), vật liệu lót chuồng (trấu, cỏ, rơm, rác,…) và xác súc vật chết, nhau thai,… Chúng có thành phần đa dạng hầu hết là các chất hữu cơ chậm phân huỷ như xen-lu-lô và dễ phân hủy như tinh bột, protein còn trong cám, ngũ cốc, bột cá, bột tôm… [7]

Bảng 2.4 Thành phần dinh dưỡng của phân chuồng [5]

Như vậy có thể thấy chất thải trong chăn nuôi gia súc nói chung và chăn nuôi bò (bao gồm bò thịt, bò sữa) nói riêng gồm nhiều thành phần: phần chất thô (chủ yếu là xen lu lô), các hợp chất hoá học khác (chiếm tỷ lệ lớn là amoniac,

này làm cho hỗn hợp phân có tính thấm nước cao, đàn hồi và có khả năng ăn mòn hoá học mạnh

Nhiều năm qua, chất thải trong chăn nuôi chủ yếu được xử lý bằng hệ thống biogas Song biện pháp này chỉ giải quyết được vấn đề thu hồi khí sinh học

để tận thu làm nhiên liệu, còn bộc lộ những hạn chế như mức độ giảm thiểu ô nhiễm không đáng kể, không giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường đất, nước và mùi hôi thối Bên cạnh đó, hầu hết các hệ thống biogas hiện nay đều được các trang trại xây dựng nhỏ hơn mức độ cần thiết, nên hiệu quả giảm thiểu

ô nhiễm lại càng hạn chế, nhiều khi không có tác dụng, đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng [10]

Thông thường, các trang trại sẽ gom lượng phân này vào hố, hoặc hầm

hố gom hay hầm biogas lại đầy, đòi hỏi phải hút đi hoặc có biện pháp xử lý tiếp theo

bằng phương pháp này hoàn toàn nhờ sự lên men tự nhiên, tuy nhiên nếu được

bổ sung men vào đống ủ thì tốt hơn Nhờ quá trình lên men và nhiệt độ tự sinh của đống phân ủ sẽ tiêu diệt được phần lớn các mầm bệnh nguy hiểm, thậm chí ủ phân có thể phân hủy được cả xác động vật chết khi lượng phế thải thực vật đủ lớn Trong phân ủ có chứa chất mùn làm đất tơi xốp, tăng dung lượng hấp thụ khoáng của cây trồng, đồng thời có tác dụng tốt đến hệ vi sinh vật có ích trong đất Phân ủ còn có tác dụng tốt đối với tính chất lý hoá học và sinh học của đất, không gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật và giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường sinh thái Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi thời gian xử lý lâu và diện tích khu xử lý đủ lớn mới có thể đáp ứng được quy mô chăn nuôi ngày một lớn

Ở các nước có nền nông nghiệp tiên tiến, họ đã xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ ép tách phân Đây là công nghệ hiện đại, được nhập vào nước ta chưa lâu nhưng rất hiệu quả và đang bắt đầu được nhiều nhà chăn nuôi quan tâm áp dụng Dựa trên nguyên tắc “lưới lọc” máy ép có thể tách hầu hết các tạp chất nhỏ đến rất nhỏ trong hỗn hợp chất thải chăn nuôi, tùy theo tính chất của chất rắn mà có các lưới lọc phù hợp Khi hỗn hợp chất thải đi vào máy ép qua lưới lọc thì các chất rắn được giữ lại, ép khô và ra ngoài để xử

lý riêng còn lượng nước theo đường riêng chảy ra ngoài hoặc xuống hầm xử lý tiếp Độ ẩm của sản phẩm (phân khô) có thể được điều chỉnh tùy theo mục đích sử dụng Quá trình xử lý này tuy đầu tư ban đầu tốn kém hơn nhưng rất hiện đại, nhanh, gọn, ít tốn diện tích và đang là một trong những biện pháp hiệu quả nhất đối với các trang trại chăn nuôi lợn, trâu bò theo hướng công nghiệp hiện nay [7]

Việc ép hỗn hợp phân gia súc của các nước trên thế giới như Mỹ, Đức, Thái lan, Ấn Độ thường ở quy mô lớn Khối lượng phân thải ra nhiều và tập trung, nên việc ép phân ở các dây truyền chủ yếu được thực hiện bằng ép trục vít

- lưới lọc, trong công đoạn cuối của dây truyền ép hỗn hợp phân gia súc

Hiện tại, ở Việt Nam, một số đơn vị đã nhập thiết bị ép hỗn hợp phân gia súc nguyên chiếc từ các nước như Trung Quốc, Italia,… và bán, chuyển giao cho các trang trại chăn nuôi

Theo phương pháp xử lý này, độ ẩm của pha rắn sau khi ép có thể đạt từ 55% đến 65%, trong khi nguyên liệu đầu vào có độ ẩm từ 80% đến 100%, quy trình xử lý có thể được minh hoạ bằng sơ đồ sau:

Hình 2.1 Quy trình xử lý hỗn hợp phân gia súc sử dụng máy ép tách pha

Chất thô/ phân khô

Nước lỏng

Hố gom

2.3 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA HỖN HỢP PHÂN GIA SÚC, MÁY PHÂN TÁCH PHA LỎNG - RẮN CÁC SẢN PHẨM TRONG NÔNG NGHIỆP

2.3.1 Tính chất cơ lý của hỗn hợp phân gia súc

2.3.1.1 Thành phần của HHP

Phân là sản phẩm loại thải của quá trình tiêu hoá của gia súc, gia cầm bị bài tiết ra ngoài qua đường tiêu hóa Chính vì vậy phân gia súc là sản phẩm dinh dưỡng tốt cho cây trồng hay các loại sinh vật khác như cá, giun… Do thành phần giàu chất hữu cơ của phân nên chúng rất dễ bị phân hủy thành các sản phẩm độc, khi phát tán vào môi trường có thể gây ô nhiễm cho vật nuôi, cho con người

và các sinh vật khác Thành phần hoá học của phân bao gồm:

- Các chất hữu cơ gồm các chất protein, carbonhydrate, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng

- Các chất vô cơ bao gồm các hợp chất khoáng (đa lượng, vi lượng)

- Nước: là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất, chiếm 65 – 80% khối lượng của phân

Do hàm lượng nước cao, giàu chất hữu cơ cho nên phân là môi trường tốt cho các vi sinh vật phát triển nhanh chóng và phân hủy các chât hữu cơ tạo nên các sản phẩm có thể gây độc cho môi trường

- Dư lượng của thức ăn bổ sung cho gia súc, gồm các thuốc kích thích tăng trưởng, các hormone hay dư lượng kháng sinh…

- Các men tiêu hóa của bản thân gia súc, chủ yếu là các men tiêu hóa sau khi sử dụng bị mất hoạt tính và được thải ra ngoài…

- Các mô và chất nhờn tróc ra từ niêm mạc đường tiêu hoá

- Các thành phần tạp từ môi trường thâm nhập vào thức ăn trong quá trình chế biến thức ăn hay quá trình nuôi dưỡng gia súc (cát, bụi,…)

- Các yếu tố gây bệnh như các vi khuẩn hay ký sinh trùng bị nhiễm trong đường tiêu hoá gia súc hay trong thức ăn

Hỗn hợp phân gia súc thường bao gồm: những chất không tiêu hóa được hoặc những chất thoát khỏi sự tiêu hóa của VSV hay các men tiêu hóa (chất xơ, protein không tiêu hóa được), acid amin thoát khỏi sự hấp thu (được thải qua nước tiểu: acid uric ở gia cầm, ure ở gia súc) Các khoáng chất cơ thể không sử

Các chất cặn bã của dịch tiêu hóa: trypsin, pepsin,

Các mô tróc ra từ niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn theo phân ra ngoài Các VSV bị nhiễm trong thức ăn, ruột: virus, vi trùng, ấu trùng, trứng giun sán, bị tống ra ngoài

Thành phần hóa học của phân một số loại gia súc trong bảng 2.5

Bảng 2.5 Thành phần hóa học của phân một số loại gia súc

2.3.1.2 Một số đặc điểm cơ lý của hỗn hợp phân

Theo Claude Laguë et al (2005), các tác giả đã nghiên cứu và xác định được

quy luật phụ thuộc của hàm lượng chất rắn và tỷ trọng của phân bò cho đồ thị sau:

Tỷ trọng phân bò sữa và % chất rắn có trong hỗn hợp phân liên hệ bởi

Trong đó: D là tỷ trọng của hỗn hợp phân bò; TS là tổng lượng chất rắn trong hỗn hợp; R là phương sai

2.3.2 Các loại máy, thiết bị có thể sử dụng để tách hai pha lỏng, rắn

Như đã nêu, thành phần của hỗn hợp phân gia súc bao gồm chủ yếu là nước (phân bò, lợn nước chiếm trên 80%) và các hợp chất hữu cơ (xenlulô,…),

vô cơ khác Với thành phần như vậy, ta thấy phân bò có đặc điểm vật lý gần giống với nước bột giấy (thành phần chủ yếu là nước và xenlulô), dịch bã sắn sau nghiền, dịch ép mía, bùn thải, … Nếu chỉ xét ở dạng cấu tạo bởi hai pha lỏng và rắn để tiến hành phân tách, ta có thể áp dụng nguyên lý tách pha lỏng, rắn của dịch bã sắn, nước ép mía và nước bột giấy, … để tách 2 pha lỏng, rắn của hỗn hợp phân gia súc nói chung và phân bò nói riêng

Để làm rõ hơn điều này, tác giả đã tìm hiểu một số máy, thiết bị tách nước

đã được nghiên cứu và áp dụng đối với một số loại vật liệu, cụ thể như sau:

2.3.2.1 Máy tách dùng trong công nghiệp mía đường theo nguyên lý ly tâm

a Máy ly tâm trục đứng

Đây là máy ly tâm có công dụng chung, được dùng nhiều trong công nghiệp mía đường Với máy này vật liệu được vắt liên tục từ trên 85% ẩm còn 78-80% ẩm Năng suất của máy này khá cao do máy làm việc liên tục, và việc tháo liệu tự động nhờ sức ly tâm

Hình 2.3 Nguyên lý lọc ly tâm vắt – trục đứng

Thông thường máy này được bố trí làm giảm nước trong hỗn hợp với yêu cầu vật liệu có độ ẩm trên 85%

b Máy lọc chân không thùng quay, bề mặt lọc ngoài - trục ngang

Hình 2.4 Máy lọc chân không thùng quay bề mặt lọc ngoài

Máy lọc chân không thùng quay thường được dùng trong công nghệ mía đường để lọc và vắt bã trong nước mía ép Độ ẩm bã sau vắt khoảng trên 70% với bã hữu cơ

Máy có khả năng hoạt động liên tục, công suất lớn, hiệu suất làm việc cao

2.3.2.2 Máy ép bùn thải dùng băng tải lọc - BFP (Belt Filter Press)

Máy ép bùn băng tải là loại máy ép bùn kiểu mới, sử dụng các băng tải để

ép bùn, bùn được ép ra dưới dạng các bản mỏng, chắc và nhanh khô Máy ép băng tải là loại máy ép liên tục đối với những nơi mà độ ẩm không cần quá thấp

bùn); hàm lượng bùn lắng ở trong khoảng 1,5% - 2,5% trước khi xử lý Sử dụng trong các hệ thống nước thải sinh hoạt, công nghiệp, nhà máy giấy, nhà máy gạch, mỏ, các nhà máy sản xuất thực phẩm,

Hình 2.5 Máy ép lọc băng tải BFP

2.3.2.3 Máy vắt bã sắn dạng trục ép băng tải lọc

Hình 2.6 Máy vắt bã sắn VBS14, năng suất 14 tấn/giờ

Máy được TS Lâm Trần Vũ (Phân viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch) chủ trì triển khai thực hiện thành công

Nhờ hai điểm đặc biệt là kết hợp hai nguyên lý ép vắt bằng sức căng băng

tải với ép trục băng tải lọc và hệ thống tạo lực ép cũng như hệ thống điều khiển bằng khí nén, máy VBS14, hình 2.6, đã vắt bã sắn 90% ẩm xuống 60% ẩm rất tốt, hiện máy đã được ứng dụng hiệu quả tại nhà máy chế biến tinh bột sắn Lương Sơn, tỉnh Bình Thuận Với năng suất 14 tấn/giờ, tổng công suất điện 7,5

kW, máy vắt được bã xuống dưới 60% ẩm, chi phí cho việc vắt bã giảm 70% so

2.3.2.4 Máy xeo giấy

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý máy xeo giấy

Ghi chú: 1-bể chưa nước bột giấy; 2-các gia trọng; 3-nước bột giấy; 4-trống lọc lưới; 5-lô ép sơ bộ; băng tải lọc; 7-bộ phận hút chân không; 8-cặp lô ép thứ cấp; 9-băng truyền máy sấy; 10-các lô căng băng

6-tải lọc; 11-ống phun nước rửa Hình 2.7 là sơ đồ nguyên lý máy xeo giấy Cấu tạo cơ bản của máy gồm: trống lọc 4 là lồng sắt, trên mặt phủ lớp lưới thép inox đan dầy với khe hở khoảng 0,3 mm Băng tải lọc thường làm bằng nỉ hay vải tổng hợp dầy 1-3 mm; trên bề mặt băng tải có lớp vách ngăn phụ là những sợi lông tơ mịn Bộ phận hút chân không 7 nhằm hút bớt nước trong bột giấy trước khi ép; cặp lô

ép 8 thường được bọc cao su với độ cứng từ 80-90 shore (đơn vị đo độ rắn của cao su) có nhiệm vụ ép vắt kiệt nước trong bột giấy trên băng tải lọc trước khi vào máy sấy khô

Khi trống lọc 4 quay, ở phần nhúng vào bột giấy 3, nước bột giấy chảy qua lưới lọc trên trống lọc 4, sợi bột giấy bị giữ lại trên bề mặt lọc và tăng dần độ

dày, đến điểm trên cùng bột giấy được ép sơ bộ bởi lô ép 5 với trợ lực là gia trọng 2; nước lọc lọt qua lưới trống lọc rơi xuống; bột giấy bám vào băng tải lọc

6, qua bộ phận hút chân không 7 bột giấy được khô thêm; đến cặp lô ép 8, bột giấy được ép kiệt thêm nước, còn khoảng 50-55% ẩm, sau đó nó được chuyển sang máy sấy 9

2.3.2.5 Máy ép trái cây công nghiệp dạng trục vít - lưới lọc

Máy ép hoa quả dạngtrục vít - lưới lọc thường dùng để ép dừa, dứa và một

số loại trái cây công nghiệp khác Máy nghiền ép và tách nước tách bã

Hình 2.8 Máy ép trái cây công nghiệp

Nguyên lý ép trục vít - lưới lọc cũng được sử dụng trong các loại máy ép các loại rau quả như: rau cần tây, rau bina, dứa, cà chua, cam, dưa hấu, lê…

2.3.2.6 Hệ thống máy ép CRI – MAN theo nguyên lý trục vít - lưới lọc trụ

Để khắc phục nhược điểm trên nhà sản xuất CRI-MAN đã đưa ra dòng sản phẩm hình 2.9 có đặc tính sau:

Máy ép CRI-MAN phù hợp cho việc tách rắn-lỏng của nước thải công nghiệp, trong lò mổ, sản xuất rượu, công nghiệp giấy, công nghiệp thực phẩm, tách nước khỏi các phế phẩm nông nghiệp như phân bò, phân gia súc, …

Mục đích quan trọng nhất của máy ép CRI-MAN là tách chất lỏng ra khỏi vật chất cần thiết, để giảm tối đa độ ẩm trước khi vào máy sấy, hoặc có thể đóng

bao trực tiếp, hạn chế thể tích và trọng lượng khi vận chuyển, xử lý Ngoài ra còn hạn chế tối đa mùi hôi của HHP

Máy có thể ép các loại chất thải dạng xơ có kích thước khoảng 0,1mm trở lên như phân gia súc, heo, gà

Thiết bị ép tách được lượng bã, bùn tối đa có trong nước thải nhằm giảm tải trọng hoặc giảm bớt hàm lượng chất ô nhiểm cần xử lý trong nước thải

Lượng bã sau khi ép độ ẩm giảm 55-65% nên có thể tái sử dụng làm phân compos bón cho cây trồng

Hình 2.9 Máy ép phân gia súc CRI-MAN

Đối với những sản phẩm tái chế để làm chất đốt hoặc tái sử dụng cần độ

ẩm thấp thì sản phẩm này đạt hiệu quả tối ưu, giúp rút ngắn quá trình sấy

Đây là thiết bị đem lại hiệu quả kinh tế cao do tái chế được những phế phẩm, chất thải tại các trang trại chăn nuôi hay những nhà máy chế biến sản xuất

Loại máy này đáp ứng được các yêu cầu thực tế:

- Với công suất lớn nên có thể đáp ứng cho những trang trại lớn

- Không tốn chi phí hóa chất và nhân công trong vận hành

- Chi phí đầu tư ban đầu thấp, tuổi thọ thiết bị trên 10 năm

- Phù hợp với điều kiện tại Việt Nam

2.3.3 Phân tích kết cấu và nguyên lý làm việc của các loại máy tách hai pha

lỏng, rắn

Để giảm ẩm trong vật liệu ướt có nhiều phương pháp như ly tâm, ép vắt,

sấy; các phương pháp trên có thể dùng độc lập hoặc phối hợp với nhau Tuy

nhiên với đối tượng là hỗn hợp phân gia súc, trên 80% ẩm, và yêu cầu làm giảm

ẩm xuống dưới 60 % thì sấy trực tiếp là phương pháp không hiệu quả Các

phương pháp còn lại trên có thể gọi chung là phương pháp vắt nước có thể thực

hiện theo nguyên lý sau:

Để có thể lựa chọn nguyên lý cho máy tách ẩm hỗn hợp phân gia súc,

chúng tôi tiến hành phân tích các kết cấu và nguyên lý nêu trên cụ thể như sau:

2.3.3.1 Nguyên lý ly tâm (lọc ly tâm)

Máy ly tâm hình côn tháo vật vật liệu lắng bằng sức ly tâm thực chất là

máy lọc liên tục nhờ lực ly tâm, nó chỉ làm giảm sơ bộ được nước trong vật liệu

Máy gồm rô to lọc hình côn 1 và bình chứa hình côn 2 có thành đặc Rô to

lắp công xôn trên các ổ bi, gối đỡ 3 được đặt trên các bộ giảm chấn 4 và 5 Rô to

quay nhờ một động cơ không đồng bộ qua bộ truyền đai, hình 2.10

Hình 2.10 Máy ly tâm hình côn tháo vật liệu lắng bằng sức ly tâm

Ghi chú: 1- rô to lọc; 2- bình chứa hình côn; 3- ổ đỡ; 4- và 5- bộ giảm chấn; 6- vỏ dạng hình vành khăn;

7- thùng chứa nước vắt; 8- thùng chứa bã vắt

Hoạt động: Vật liệu được bơm liên tục vào ống nhập liệu với góc mở nhỏ hình côn, ở đấy nó được tăng tốc đến tốc độ quay vòng của máy và đi lên lưới lọc của rô to Khi vật liệu chuyển động dọc theo bề mặt rô to thì chất lỏng trong bã được tách ra, bã được rửa sạch và làm khô

Quá trình phân ly dựa vào trường lực ly tâm để phân riêng hỗn hợp hai pha rắn, lỏng thành các cấu tử riêng biệt gọi là quá trình ly tâm Trong quá trình

ly tâm, nguyên liệu chuyển động cùng với rô to của máy, chất lỏng (nước) lọt qua vách ngăn ra ngoài còn bã được giữ lại trên thành rô to

Quá trình ly tâm rất phức tạp, gồm ba quá trình nhỏ là quá trình tạo bã, quá trình nén và quá trình tách nước trong bã

Ưu điểm của máy: Cấp liệu liên tục, năng suất ổn định,…

Nhược điểm của máy: Khả năng giảm ẩm ở mức thấp, sản phẩm đầu ra có

độ ẩm trên 75%,…

Thông số chính đánh giá khả năng vắt nước của máy ly tâm là yếu tố phân

ly Ω, nó được xác định bằng tỉ số giữa lực ly tâm C và trọng lực G [18]:

g

R ω mg

R mω G

C

2 tb 2

Yếu tố phân ly Ω nói lên lực ly tâm lớn hơn trọng lực bao nhiêu lần, tăng giá trị yếu tố phân ly thì quá trình phân ly của các pha được tăng cường, song điều này bị hạn chế bởi:

Điều kiện ổn định, điều kiện bền và điều kiện cân bằng máy

Điều kiện công nghệ: nếu vật liệu không bị nén ép thì tăng yếu tố phân ly quá trình phân ly tăng, nếu vật liệu là loại bị nén ép thì ngược lại

Theo công thức 2.1 ta thấy có thể tăng Ω bằng cách tăng vận tốc góc ω và

góc, trong khi chỉ tỉ lệ bậc nhất với bán kính quay Vì vậy ở các máy ly tâm siêu tốc thường có số vòng quay rất lớn còn bán kính rô to nhỏ

Áp suất chất lỏng trong rô to máy ly tâm được xác định theo công thức [18]:

2

ωρRRp

2 1

2 1

2 2 lt



Trong đó:

ω - vận tốc góc rô to, 1/s

Máy ly tâm thường để lọc các huyền phù có kích thước pha rắn lớn và được dùng nhiều loại vật liệu khác nhau Trong thực tế có nhiều loại máy vắt ly tâm, có thể tạm phân loại như sau:

Theo tính chất hoạt động: máy ly tâm liên tục hay máy ly tâm theo mẻ; Theo yếu tố phân ly: ly tâm thường Ω < 3.000, ly tâm siêu tốc Ω > 3.000; Theo phương pháp tháo liệu: Tháo liệu bằng sức ly tâm, bằng dao nạo, bằng vắt xoắn hay tháo liệu bằng pistong

Như vậy, với dạng vật liệu như hỗn hợp phân gia súc có nhiều thành phần

và không thuần nhất sẽ khó áp dụng nguyên lý này vào để tách ẩm Máy sẽ rất cồng kềnh nếu tăng bán kính rô to, hoặc sẽ không ổn định nếu chúng ta tăng số vòng quay của rô to Từ đó ta có thể kết luận máy tách ẩm theo nguyên lý ly tâm không phù hợp để tách ẩm phân gia súc

2.3.3.2 Nguyên lý hút chân không

Nguyên lý làm việc (hình 2.11): Thùng quay 2 nhúng vào bề chứa huyền phù 6 Trong bể có cánh khuấy 4 để không có huyền phù phân lớp Thùng quay

có đục lỗ, trên bề mặt thùng có phủ lớp kim loại và vải lọc Bên trong thùng rỗng được hút chân không Nước lọc chui qua vải, lưới kim loại và qua các lỗ của thùng và các ngăn hướng kính rồi vào các rãnh của trục rỗng qua đầu phân phối rồi đến thùng chứa Bã bám vào mặt ngoài của vải lọc và được ép bởi cơ cấu ép 7 sau đó được tách ra nhờ dao 8 Động lực lọc ở đây là độ chân không tạo ra từ máy hút chân không và lực của cơ cấu ép 7 vào bã qua băng tải

Hình 2.11 Máy lọc chân không thùng quay bề mặt lọc ngoài

Ghi chú: 1-bánh răng truyền động; 2-thùng lọc; 3-đầu phân phối; 4-cơ cấu khuấy; 5-bộ truyền động cho cơ cấu khuấy; 6-huyền phù; 7-cơ cấu ép bã; 8-dao cạo bã

- Nước rửa và nước lọc không lẫn nhau

Nhược điểm: - Thiết bị công kềnh, chế tạo phức tạp, đắt tiền

- Độ ẩm bã sau vắt còn cao (trên 70% ẩm với bã hữu cơ)

Nguyên lý này không phù hợp để tách ẩm hỗn hợp phân gia súc vì kết cấu

máy phức tạp, độ ẩm sản phẩm sau khi vắt trên 70% lớn hơn yêu cầu độ ẩm phân

gia súc sau ép là từ 55% đến 65%

2.3.3.3 Nguyên lý ép băng tải lọc BFP

Hình 2.12 là sơ đồ nguyên lý máy vắt dạng ép lọc băng tải dùng trong

công nghệ xử lý môi trường để lọc vắt bùn nước thải hay nước bột giấy loãng

Máy do Cộng hòa liên bang Đức sản xuất mã hiệu DYPR-06-EC Cấu tạo chính

của máy gồm hai băng tải lọc (1) và nhiều lô lăn (2) đặt so le nhau Việc lọc vắt

được thực hiện nhờ sức căng của hai băng tải lọc Độ ẩm bã sau khi vắt còn

khoảng 50-70% (tùy theo loại bã)

Hình 2.12 Máy ép lọc băng tải BFP

Ghi chú: 1-băng tải lọc; 2-các lô lăn ép; 3-dao gạt bã Vật liệu được cung cấp vào giữa hai băng tải lọc (1) rồi được kẹp chuyển động cùng băng tải qua các lô lăn (2) Nhờ sức căng của băng tải tăng dần qua các lô lăn, bã được ép từ từ; Nước lọc lọt qua băng tải xuống máng hứng; bã sau vắt được cạo ra khỏi băng tải nhờ dao nạo (3)

Một số thông số cơ bản của máy:

Ưu điểm: - Máy làm việc liên tục, năng suất cao, chi phí năng lượng riêng thấp Nhược điểm: - Yêu cầu chính xác cao khi chế tạo, cấu tạo cồng kềnh, đắt tiền

- Độ ẩm bã sau lọc vắt còn cao, nhất là đối với bã hữu cơ

Cũng vận dụng nguyên lý ép băng tải-lưới lọc, Tiến sĩ Lâm Trần Vũ nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy vắt bã sắn (hình 2.13) có các đặc điểm như sau:

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy vắt bã sắn

Ghi chú: 1- phễu nạp liệu; 2- lô cung cấp; 3- ống nước rửa băng tải; 4- trống ép;

5-các dao gạt bã; 6- các lô ép với lò xo ép; 7- máng hứng nước vắt; 8- băng tải lọc;

9- động cơ và bộ truyền xích; 10- các lô căng băng tải lọc Máy có cấu tạo gồm: Phễu cung cấp liệu 1 để chứa và cung cấp bã ướt

vào vắt, lô cung cấp 2 để cung cấp và điều chỉnh độ dày của bã vào vắt; trống

ép 4 được bọc cao su; bốn lô ép 6 có tiện rãnh thoát nước trên bề mặt; máng

hứng 7 có nhiệm vụ hứng và gom nước vắt dẫn ra ngoài; băng tải lọc là vải nỉ

dầy 2 mm; dao gạt 5 để gạt bã đã vắt ra khỏi mặt băn tải lọc 8 và trống ép 4;

ống phun nước 3 để rửa sạch băng tải sau mỗi chu kỳ ép; các lô 9 để căng và

chỉnh băng tải không cho lệch ra ngoài lô ép Động cơ và bộ truyền xích 10 lắp

bên hông máy [6]

Hoạt động của máy: Bã sắn ướt được đổ vào phễu cấp liệu 1, nhờ chuyển

động quay của ttrống ép 4 và băng tải lọc 8, bã được kéo vào khe hở cung cấp

giữa lô cung cấp 2 và trống ép 4 Khi qua các lô ép 6, bã được ép từ từ với áp lực

tăng dần, bã sau ép vắt dính vào băng tải và trống ép được các dao cạo 5 cạo ra,

nước vắt lọt qua băng tải rơi xuống máng hứng 7 Băng tải sau mỗi chu kỳ ép bị

bẩn, tắc do bã dính vào được vòi nước 3 rửa sạch trước khi vào chu kỳ ép sau [6]

Theo kết quả nghiên cứu thiết kế của Tiến sĩ Lâm Trần Vũ cho máy bắt bã

sắn theo nguyên lý ép trục băng tải lọc hình 2.13 cho kết quả: năng suất 3 tấn/h,

chi phí năng nượng riêng 0,33 kWh/t, độ ẩm sau vắt 53%

Máy có ưu điểm là năng suất cao, độ ẩm vật liệu sau ép đạt 53% Tuy nhiên kích thước máy cồng kềnh, nhiều chi tiết, việc chăm sóc và bảo dưỡng không thuận lợi, …

Tạo lực ép cho pistong có thể bằng trục vít me, bằng trọng lực, bằng đòn bẩy, hoặc bằng khí nén hay thủy lực

Đặc điểm các máy theo nguyên lý này là:

Cấu tạo đơn giản;

Dễ dạng tạo được áp suất lớn trên vật liệu ép;

Quá trình ép không liên tục nên hạn chế năng suất máy

Lực ép (thể hiện ở áp suất ép tạo được)

Để tăng năng suất máy ép kiểu này ta có thể tăng thể tích ép (tăng hành trình ép hoặc tăng đường kính xilanh lọc ép) hay tăng vận tốc ép Tăng thể tích

ép sẽ bị hạn chế bởi kích thước máy và điều kiện sử dụng; tăng vận tốc ép sẽ làm tăng trở lực lọc của lớp bã bên gần vỏ xilanh lọc làm giảm khả năng thoát nước bên trong lớp bã ra ngoài

Như vậy chưa kể đến tính gián đoạn làm hạn chế năng suất ép, vắt thì chỉ với khả năng không tăng được thể tích ép và vận tốc ép, nguyên lý này không đáp ứng được yêu cầu vắt bã với năng suất cao, ta không nên chọn nguyên lý này cho máy tách ẩm hỗn hợp phân gia súc

2.3.3.5 Ép trục vít – lưới lọc

Máy ép trục vít thường để vắt nước các loại vật liệu như bã sắn, dịch quả, hạt có tinh dầu, …

a Máy ép vắt trục vít – lưới lọc hình côn

Máy gồm trục vít ép dạng xoắn ruột gà 2 có đường kính thay đổi giảm dần

từ Ø 150 xuống Ø 80 mm; phần lưới lọc 3 bao quanh trục vít 2 thường được làm bằng lưới đột lỗ kích thước 1x5 mm (hình 2.15)

Dẫn động cho máy là động cơ điện qua hợp giảm tốc, số vòng quay trục vít ép là 60 vg/ph

Hình 2.15 Máy ép vắt trục vít - lưới lọc côn

Ghi chú: 1-van xả liệu; 2-trục vít côn; 3-lưới lọc; 4-phễu cấp liệu; 5- bánh răng dẫn động Thông thường máy này được lắp thành tổ hợp từ 5 đến 20 cái song song với nhau Năng suất mỗi máy khoảng 300 kg / giờ (động cơ 4 kW) Tổ hợp trên được sử dụng để vắt bã sắn Chúng lắp sau máy vắt ly tâm liên tục nên bã vào vắt khoảng 80% ẩm; bã sau vắt khoảng 75% ẩm

b Máy ép vắt dạng trục vít côn- lưới lọc trụ

Loại máy này về cơ bản giống như máy ép trục vít - lưới lọc côn, chỉ khác

là lưới lọc hình trụ, có đường kính như nhau từ đầu đến cuối máy (Ø 350 mm),