CN108514812A - 一种寒地冬季猪舍氨气排放与回收利用装置及方法 - Google Patents

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付晓
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尹艳玲
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Abstract

本发明涉及寒地冬季畜禽舍对外排放的NH3处理技术领域，针对现有的畜禽舍排出的NH3浓度达不到国家排放标准从而污染环境的问题，本发明依据NH3极易溶于水、液氨与硫酸溶液反应能生成固态硫酸铵的特点，提供一种能较大幅度降低舍内排放氨气的处理装置及方法，包括第一反应室、第二反应室和出风道。具体介绍以下步骤：a、当舍内风机开启排出废气时，开启出风道中的离心式中压鼓风机，吸入舍外冷空气，舍内热空气与舍外冷空气相遇，氨气更易溶解在液化的小水珠中，被强力吸水纤维吸收。b、第一反应室中产生的大量液氨与硫酸溶液在第二反应室进行中和反应，生成物理性质稳定的固态硫酸氨，可作为肥料再次利用，避免了对环境的二次污染。

Description

一种寒地冬季猪舍氨气排放与回收利用装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种NH3回收技术领域，具体设计一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法。
背景技术：
我国是畜禽舍养殖的大国，且养殖结构正朝着现代化、集约化饲养方向发展，导致养殖环境日益恶化。其中排放出的有害气体中NH3含量最高且对环境危害巨大。NH3是一种有毒、无色、易溶于水且有强烈刺激性的气体，主要来源于畜禽舍内动物的粪尿、肠胃消化物、饲料残渣和垫草等有机物腐败分解而产生的。在舍内影响动物和人的健康的同时，排出舍外又对大气环境造成污染。大气中NH3含有的氮沉降后可引起土壤和水体酸化，挥发到大气中的氨会引起酸雨。因此，NH3直接排出舍外对环境的危害不容忽视，降低NH3的排放含量刻不容缓。
目前,国内外研究出来的除臭剂已达20余种，降低NH3排放的措施有日粮调控、微生物制剂、脲酶抑制剂等。然而，这些研究主要集中于单一的措施,对于技术型减少NH3排放的装置及方法研究较少。
发明内容：
本发明的目的在于：提供一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法。依据NH3高度溶于水、液氨与硫酸溶液反应能生成物理性质稳定的固态硫酸铵两种典型的特点，通过强力吸水纤维将第一反应室和第二反应室相连接，既可以在第一反应室将舍内的NH3大量吸收，又可将洁净后的空气通过出风道经排风口排入大气中。同时，又将生成的液氨与硫酸溶液在第二反应室进行中和反应，生成的硫酸铵作为肥料再次利用，避免了对环境的二次污染。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：设计一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，包括第一反应室、第二反应室和出风道。所述的第一反应室包括外界空气进风口、舍内废气进风口、超强吸水纤维和斜坡。所述的外机空气进风口吸进的外界冷空气，所述的舍内废气进风口排入的为舍内废气，所述的超强吸水纤维以聚丙烯腈系纤维为原料；所述的第二反应室包括硫酸溶液和出口，所述的硫酸溶液与进入的液氨进行中和反应；所述的出风道包括离心式鼓风机、外界进气口和排风口。
在本发明一个较佳实例中，所述的外界空气进风口与离心式鼓风机相连接，吸入外界-10℃以下的冷空气，冷空气与热空气相遇后，空气中的水蒸气会液化成水，并吸收大量的NH3。
在本发明一个较佳实例中，所述的舍内废气进气口与舍内原有的排风机相连，当风机开启时，吹出舍内废气，在第一反应室参与反应。
在本发明一个较佳实例中，所述的超强吸水纤维与混合式步进电机相连，当强力吸水纤维吸水性达到饱和时，开启混合式步进电机，排出90％以上的水。
在本发明一个较佳实例中，所述的硫酸水溶液的浓度为10％～20％的稀硫酸，该浓度的溶液与液氨反应时，使溶液的整体pH值上升，生成的硫酸铵溶液过滤后可作为化学肥料。
在本发明一个较佳实例中，所述的外界进气口加上防尘过滤器，防止尘埃进入第一反应室。
在本发明一个较佳实例中，所述的外界冷风入口采用蜂窝技术，多边形的建筑结构，将冷风均匀的排入第一反应室，与舍内废气充分接触，液化出更多的小水珠。
在本发明一个较佳实例中，所述的超强吸水纤维的四个角被固定在特定的支架上，方便及时排出其中的水分，使纤维可重复利用。
在本发明一个较佳实例中，所述的混合式步进电机位于第一反应室的上方，与固定吸水纤维的左上以及右上角的支架相连。
在本发明一个较佳实例中，所述的混合式步进电机可以正反转，设定旋转的圈数，正转时带动上方支架，确保大量水分被拧出，反转相同的圈数将吸水纤维恢复原位。
附图说明：
图1为氨气吸收装置及方法示意图；
图2为吸水纤维正常工作状态示意图；
图3为电机工作状态示意图；
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中所使用的附图，更清楚、更完整的描述本发明具体实施例的技术方案。
本发明设计了一种畜禽舍氨气处理装置及方法。如图一所示，图中包含第一反应室和第二反应室，第一反应室包含舍内排风口1，将舍内废气送入第一反应室，外界进气口2通过离心式鼓风机3将舍外冷空气经外界冷风入口4将外界低于-10℃的空气送入第一反应室与含有废气的舍内空气相遇，液化成水。含有大量氨的水分子被超强吸水纤维5吸收或下落至斜坡14通过出水口6进入第二反应室。第二反应室中的硫酸溶液7与液氨进行中和反应，生成的硫酸铵溶液可通过出口8取出。净化后的空气通过排风口15排出。
本发明在超强吸水纤维结构中应做详细介绍。如图二、图三所示：当超强吸水纤维5达到饱和状态时，通过混合式步进电机9开启带动固定支架10进行正向转动20圈，排出吸水纤维5中的90％以上的水分，此中左上和右上的固定点11随着固定支架10进行正向旋转，左下和右下的固定点11保持不变。正向转动时上下滑轨12随着牵引力向上运动，完成排水运动后，混合式步进电机9反向旋转20圈，使超强吸水纤维5结合配重13的重力作用回到原来位置继续进行吸水工作。
首先，不同种类牲畜的NH3排放量不同，不同地面类型对牲畜NH3排放量有巨大差异。但本次设计的一种寒地冬季畜禽舍氨气处理装置及方法安装在舍外，这些问题对于本装置及方法无影响。
其中，本装置及方法安装固定在舍内排风口1的外端，对风机口成包围状，可使舍内排出的废气完全进入第一反应室，使冷热气体接触面积尽可能大。
外界进气口2、离心式鼓风机3、外界冷风入口4为一个整体，将外界冷风入口设置在第一反应室的正上方，外界吸入的空气温度低，当冷空气下沉时，可与舍内温度在20℃左右的废气相互作用，自然形成大量的水分。
由于NH3是高度溶于水的，常温常压下，1体积的水可溶解700倍体积的氨，温度较低的情况下可变成液体，所以在第一反应室，大部分的液氨被风机吹向超强吸水纤维5中，形成的部分液氨比空气重，下落到斜坡地面14的同时也被超强吸水纤维5吸收。第一反应室中的压强可视为常压。
其中，超强吸水纤维5在图2中显示，以聚丙烯腈系纤维为原料成长方体设计，纤维状高吸水材料，大面积亲水且吸水速率快。吸水后凝胶不流动，能保持吸水纤维原有的强度和完整性。同时，该纤维的材料具有多孔结构，重复吸水性能良好。在纤维表面形成内外贯通的微孔，透气性大大加强。
本发明针对寒地氨气回收特点，使用两相混合式步进电机9。混合式步进电机9混合了永磁式和反应式的优点，可呈现出良好的动态性能。通过使用具有高速脉冲输出功能的PLC技术进行编程，在控制正反转的设计上，建立PID闭环控制模型，设置两个输入和两个输出，输出的一端接正转，一端接反转，将三条线的输出连接在一起，其中一个输出端直接接电机，另一输出端要两相互换再接电机，实现混合式步进电机9每转过一个齿的距离，实际转过1.8°。当超强吸水纤维5达到饱和状态时，通过改变脉冲信号的频率和数量改变电机顺时针和逆时针转动时的速度和角位移量。同时采用细分驱动技术使步进电机具有较高的分辨率，较小的步距角，能够消除或减弱混合式步进电机9的低频震动现象，实现对两相混合式步进电机9的精准控制，使正反转的角位移量完全相同，能精确地使超强吸水纤维5反转回原位置，实现重复利用。
所述的第二反应室中浓度为10％～20％的硫酸溶液7与液氨进行中和反应，生成的硫酸铵溶液，可通过出口8取出，其硫酸溶液浓度较低，硫酸分子极性很强不易挥发，同样硫酸铵中铵根分子会水解但不易挥发。同时，中和反应后生成的硫酸铵可作为肥料，适用于各种土壤和作物，二次利用再次减少污染。
当舍内风机进行排风时，排风口15开启，此时气流向外流动，可避免外界冷空气吹入出风道内，通过吸水纤维5造成气体回流对舍内牲畜造成冷应激。舍内风机在非工作状态下，排风口15为闭合状态。
综上所述，本实施例的优点在于：
(1)所述的氨气处理装置及方法，巧妙结合北方冬季寒冷的特点，提高了操作的安全性；
(2)所述的氨气处理装置及方法，占地面积小，降低安装成本，可重复利用；
(3)所述的氨气处理装置及方法，在畜禽舍方面尤为适用，减少对大气环境的污染；
(4)可由后续装置及方法进一步回收，达到避免能源浪费的效果；
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。显然，所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，包括第一反应室、第二反应室和出风道。所述的第一反应室包括外界空气进风口、舍内废气进风口、超强吸水纤维和斜坡。所述的外届空气进风口吸进外界冷空气，所述的舍内废气进风口排入舍内废气，所述的超强吸水纤维以聚丙烯腈系纤维为原料；所述的第二反应室包括硫酸水溶液和出口，所述的硫酸水溶液与进入的液氨进行中和反应；所述的出风道包括离心式鼓风机、外界进气口和排风口。
2.根据权利要求1所述的一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，其特征在于，所述的外界空气进风口与离心式鼓风机相连接。
3.根据权利要求1所述的一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，其特征在于，所述的舍内废气进气口与舍内原有的排风机相连。
4.根据权利要求1所述的一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，其特征在于，所述的超强吸水纤维与混合式步进电机相连。
5.根据权利要求1所述的一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，其特征在于，所述的硫酸水溶液为稀硫酸。
6.根据权利要求1所述的一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，其特征在于，所述的外界进气口加上防尘过滤器。
7.根据权利要求1所述的一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，其特征在于，所述的外界冷风入口采用蜂窝技术，多边形的建筑结构。
8.根据权利要求4所述的一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，其特征在于，所述的超强吸水纤维的四个角被固定在特定的支架上。
9.根据权利要求4所述的一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，其特征在于，所述的混合式步进电机位于第一反应室的上方，与固定吸水纤维的左上角以及右上角的支架相连。
10.根据权利要求4所述的一种寒地冬季畜禽舍外排氨气处理装置及方法，其特征在于，所述的混合式步进电机可以正反转。
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