CN109853720B - 一种用于多种浓度粪污收集的智能转运车系统及收集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多种浓度粪污收集的智能转运车系统及收集方法。具体分为两部分：粪污收集智能转运车系统和收集方法。粪污收集智能转运车系统包括粪污抽吸系统、储运系统、智能化控制系统。当粪污浓度低于15％时，启动吸粪泵抽吸粪污；浓度为15％～20％时，调节稀释水泵流量，启动吸粪泵抽吸粪污；粪污结壳或结块时，粪池旁常备可移动倾斜螺旋输送机，启动螺旋输送机，螺旋输送结壳、结块粪污经由罐体人孔到达常压槽罐；本发明可以实现对固含量高、粘度高、难输送、难计量粪污、结壳和结块粪污收集的智能转运，适用于规模型养殖场的粪污收集。

Description

一种用于多种浓度粪污收集的智能转运车系统及收集方法

技术领域

本发明涉及一种用于多种浓度粪污收集的智能转运车系统及收集方法，更具体地涉及一种适用于固含量高、粘度高、难输送、难计量粪污、结壳结块粪污收集的智能转运车系统和收集方法。

背景技术

作为畜牧养殖大国，我国全年畜禽养殖粪便废弃物的产生量为38亿吨，其中猪的年排泄粪便占总粪便量的47.8％，随着养猪业的发展，必然导致更大的粪便废弃物，因此粪污收集与治理成为低碳养殖的发展关键。将生猪的粪污进行合理的利用不但可以减轻对环境的污染，还可以将粪污变废为宝。

猪场粪污在处理方法上可大致归纳为“水法”处理和“干法”处理。“水法”处理模式是指用较多的水冲洗猪栏，将粪尿混合成污水，送入污水池，然后处理污水。包括：漏缝地板、水冲粪、水泡粪、沼气生产、沼气发电、特定细菌快速沉淀、固液挤压分离、污水厌氧发酵、好氧发酵、氧化塘、人工湿地、生化处理、生物膜渗透等。这种模式工艺复杂，用水量大，投资大，占地面积大，效果不好，处理后的外排水有时还达不到环保的要求，在北方冬季，气温低，沼气生产困难。因此，选择“干法”处理猪场粪污模式，它克服了“水法”处理的许多缺点，又避免了常规发酵床的一些缺点。真正实现“污水零排放”，臭气也大大减少，达到了环保要求，适合我国国情^[1]。

类似地，规模化养牛场粪污处理方法主要为干法处理，包括人工清粪、半机械化清粪、机械化清粪、微生物发酵清粪法等。

以往研究发现在粪污收集转运过程中，应用“水法”处理，不仅会增大吸收转运成本，降低处理效率，并且对粪污的资源化利用也产生不利影响，这些过程往往伴随着营养物质的流失，从而使污水处理难度随之加大。因此，要从处理工艺角度分析，应用“干法”处理-干清粪工艺，进而再针对处理后粪污的理化性质详细设计粪污智能收集转运车系统各设备的运行参数，从而提高智能收集转运系统的使用效率。

一种高浓度粪污收集车可以实现对含有杂物的高浓度粪污的收集且适用于分散型养殖粪污收集运输。其针对养殖户鸡舍刮出的鸡粪浓度在3-15％不等，含有鸡毛、木条、铁丝等杂物而容易堵塞管道，在卸载时槽罐底部易堆积砂石，卸载不干净，设计了一款罐体可升降并安装格栅过滤网，以防止砂石堆积、堵塞管道^[2]。

文献1：肖和良(肖和良,肖卫红.猪场干清粪工艺节水试验及对粪污减排效果的研究[J].猪业科学.2018,35(4)：93-95.)研究发现：“干法”处理模式大大减少猪场污水处理量。1个饲养600头母猪年出栏万头肉猪的场，用“水法”处理模式每天外排的污水大约200t，需要通过其他方式把它处理掉；而“干法”处理模式每天只有50～60t粪污，这些污水可以每天喷洒到异位发酵床上消耗掉。

文献2：刘道玉(刘道玉,朱洪光,张太飞,王博.一种高浓度粪污收集车[P].中国专利:201721520242.9,2017-11-15.)针对分散型养殖场含杂物的高浓度粪污的收集车进行了设计，主要针对分散型养鸡场等3-15％高浓度粪污含杂物的过滤方面。

以往研究发现通常采用的吸粪车、吸污车针对15％以上高浓度粪污抽吸效率低，特别是对规模型养猪场的高浓度粪污收集更是困难。因此我们需要针对干清粪工艺处理后的粪污固含量高、粘度高、难输送、难计量等问题，开发一种用于多种浓度粪污收集的智能转运车系统及收集方法。

发明内容

针对粪污固含量高、粘度高、难输送、难计量等问题，开发一种用于多种浓度粪污、结壳结块粪污收集的智能转运车系统及收集方法。使该系统具有能抽吸浓度在15％以上粪污、结壳结块粪污，封闭式储运和粪污转运智能化控制等显著优势。

本发明包括两部分内容：1、多种浓度粪污收集的智能转运车系统，2、多种浓度粪污的收集方法。

1、多种浓度粪污收集的智能转运车系统包括(1)抽吸系统、(2)储运系统和(3)智能控制系统：

该粪污抽吸系统包括吸粪管道、吸粪泵、稀释水泵、螺旋输送机。螺旋输送机，常备于粪污收集池旁，其进料口放进粪污池，出料口放入罐体人孔。该系统的储运系统包括常压槽罐、可调式隔滤板、卸粪螺旋机；常压槽罐安装在所述车体的车辆底盘上且在罐体上设有进粪口、出粪口、进水口、出水口和人孔，常压槽罐顶端设有进水口和人孔，内部安装可调式隔滤板，罐体底部安装卸粪螺旋机以用于排放高浓度粪污；螺旋输送机，常备于粪污收集池旁，可实现颗粒或粉状物料的水平、垂直、倾斜输送，利于结壳结块粪污的收集，其进料口放进粪污池，出料口放入罐体人孔。智能监控系统记录实时GPS位置、槽罐内温度、粪污液位、水体液位、粪污池号、运输信息。

(1)该系统的抽吸系统主要特点为：具有能收集多种浓度粪污、结壳结块粪污的特点。该粪污抽吸系统包括吸粪管道、吸粪泵、稀释水泵、螺旋输送机等。抽吸粪污时，使用快速水分测定仪直接测定粪污含水率，进而得到粪污浓度，若粪污浓度小于15％，直接开启吸粪泵进行粪污收集；若粪污浓度为15％～20％，在可编程逻辑控制器(Programmable LogicController,PLC)模块手动调节稀释水泵流量，将水泵入粪污池，然后启动吸粪泵进行抽吸工作；若粪污为浓度大于20％的结壳结块粪污时，将搅碎的粪料放入螺旋输送机进料口，然后启动螺旋输送机，螺旋输送粪料，经由罐体人孔到达常压槽罐。吸粪泵应用螺杆泵，其具有反向输送浓度在20％以下粪污的特点，通过螺杆产生的回转来进行吸排工作，通过相互咬合使空间容积产生明显的变化，从而使液体实现输送，其单独安装在可移动车上，并在螺杆泵靠近抽吸粪污的主轴前端可以增设混合搅刀；稀释水泵，其安装在所述车体的低浓度侧罐体外底部以用于稀释高浓度粪污；螺旋输送机，常备于粪污收集池旁，可实现颗粒或粉状物料的水平、垂直、倾斜输送，利于结壳结块粪污的收集，其进料口放进粪污池，出料口放入罐体人孔。

(2)该系统的储运系统包括常压槽罐、可调式隔滤板、卸粪螺旋机等。常压槽罐作为储运系统重要组成部分，起到粪污封闭式储存和运输的作用。常压槽罐安装在所述车体的车辆底盘上且在罐体上设有进粪口、出粪口、进水口、出水口和人孔，常压槽罐顶端设有进水口和人孔，便于增加水量和人工清理罐体内部环境，其内部安装可调式隔滤板，当所抽吸粪污浓度较低时，手动顺时针调节可调式隔滤板传动轴，以减小隔滤板间空隙，防止堰过大量粪渣；当抽吸粪污浓度较高时，逆时针调节传动轴增大板间隙，以利于堰过高浓度侧水；当抽吸结壳结块粪污时，将可调式隔滤板横向滑动至罐体靠近车头的前端以增大储粪空间。罐体底部安装卸粪螺旋机以用于排放高浓度粪污。储运系统最大的特点是设置了常压槽罐，常压槽罐具有内装可调式隔滤板的特点，其可调扇叶角度范围是0°到90°，并可在罐体左侧1/5空间内横向移动。可调式隔滤板将内部空间分为低浓度侧和高浓度侧，体积比为1:5，低浓度侧粪污浓度在2％以下、高浓度侧粪污浓度在2％以上，并能堰过高浓度侧的部分水，起到车体自身循环利用水的效果，节省水资源。

(3)该系统的智能控制系统主要特点为：具有智能抽吸计量转运监控平台(PLC模块)。智能监控系统包括记录实时GPS位置、槽罐内温度、粪污液位、水体液位、粪污池号、运输和操作人员等信息。粪污转运过程中，记录实时GPS位置，在PLC模块触摸屏上手动输入粪污池号、运输和操作人员等信息；使用快速水分测定仪测定粪污含水率，进而得到粪污浓度，当粪污浓度小于15％时，直接启动吸粪泵；当粪污浓度为15％～20％时，手动调节PLC模块的稀释水泵流量，控制稀释水量至吸粪泵可吸入粪污即可；在PLC模块可读取吸粪泵与吸粪管处压力值，当小于0.1MPa时，系统自动停止抽吸工作，若抽吸完粪污，罐体未满，即行驶至下一个粪污收集池，通过常压槽罐上压力液位计监测水体液位、粪污液位，罐体内粪污液位达到预警位置时，系统自动停止抽吸工作；当粪污为浓度大于20％的结壳结块粪污时，启动螺旋输送机，在PLC模块可读取螺旋输送机出料口处压力值，当小于0.1MPa时，系统自动停止抽吸工作，若罐体未满行至下一个粪污收集池，重复上述粪污抽吸和停止抽吸过程；在常压槽罐内安装温度传感器以实现测量温度。

2、多浓度粪污的收集方法

(1)粪污的抽吸过程：启动车辆，车辆罐体内预先存有常压槽罐罐体体积20％的水，其行进至粪污收集池指定位置，卸下可移动吸粪泵，使用快速水分测定仪测定粪污含水率，进而得到粪污浓度，若粪污浓度小于15％，直接开启吸粪泵进行粪污收集；若粪污浓度为15％～20％，在PLC模块手动调节稀释水泵流量，将水泵入粪污池，然后启动吸粪泵进行抽吸工作；若浓度为大于20％的结壳结块粪污时，将搅碎的粪料放入螺旋输送机进料口，然后启动螺旋输送机，螺旋输送粪料，经由罐体人孔到达常压槽罐。当所抽吸粪污浓度较低时，手动顺时针调节可调式隔滤板传动轴，以减小隔滤板间空隙，防止堰过大量粪污；当抽吸粪污浓度较高时，逆时针调节传动轴增大板间隙，以利于堰过高浓度侧水；当抽吸结壳结块粪污时，将可调式隔滤板横向滑动至罐体靠近车头的前端以增大储粪空间。抽吸过程中卸粪阀和卸粪螺旋机处于关闭状态；槽罐内温度、水体液位、粪污液位、抽吸粪污进口处压力等通过PLC模块进行实时监测。具体而言，在PLC模块可读取吸粪泵与吸粪管处、螺旋输送机出料口处压力值，当小于0.1MPa时，系统自动停止抽吸工作，若抽吸完粪污，罐体未满，即行驶至下一个粪污收集池，通过常压槽罐上压力液位计监测水体液位、粪污液位，罐体内粪污液位达到预警位置时，系统自动停止抽吸工作；在完成粪污收集之后，收起吸粪管存放于车体架上、将可移动吸粪泵存放于车尾侧或将螺旋输送机放回原位，以方便运输。

(2)粪污的卸粪过程：当需要倾倒粪污时，启动卸粪螺旋机，将罐内高浓度粪污均匀输送到出料口，打开尾部卸粪阀将粪污排到指定的倾倒池。

与现有技术对比，本发明有如下有益效果：

(1)本发明既可抽吸稀粪还可用于收集高浓度粪污、结壳结块粪污，通过使用稀释水泵稀释高浓度粪污，吸粪泵利用螺杆泵可反向输送流体的特点，利于粪污收集；螺旋输送机可实现颗粒或粉状物料的水平、垂直、倾斜输送，利于结壳结块粪污的收集；

(2)本发明应用常压槽罐内安装可调式隔滤板，有效地实现了粪水分离，运行过程中罐体处于常压状态，相对于负压槽罐较安全、节能且降低了维护费用，针对抽吸和转运高浓度粪污，较稀浓度粪污节约运输成本和处理污水成本等，带来诸多经济效益，符合国家节能减排、雨污分流、干湿分离的环境治理要求；

(3)本发明具有智能化控制的特点，保障了操作人员的人身安全。

附图说明

图1是本发明的用于多种浓度粪污收集的智能转运车系统的一个实施方式示意图。

1输送车头2稀释水泵3进水口4可调式隔滤板5人孔6控制器7稀释水管8吸粪管9吸粪泵10混合搅刀11卸粪螺旋机12卸粪阀13常压槽罐

图2(a)是本发明的粪污收集的智能转运车储运系统的可调式隔滤板示意图；图2(b)是可调式隔滤板传动轴装置示意图；图2(c)是可调式隔滤板调整角度示意图。

图3是本发明的用于多种浓度粪污收集的智能转运车抽吸系统的螺旋输送机示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施进行说明。本发明提供了一种用于多种浓度粪污、结壳结块粪污收集的智能转运车系统且适用于规模型养殖场高浓度粪污的收集运输。图1示出了粪污智能收集转运车系统的整体配置示意图，其基本上包括抽吸系统、储运系统和智能控制系统。图2为安装在常压槽罐内的可调式隔滤板，在抽吸粪污浓度低于20％时，其将常压槽罐分为低浓度侧和高浓度侧，体积比为1:5，其特殊的结构与安装方式，使高浓度侧的部分水可堰入低浓度侧，有效地实现了粪水分离；在抽吸粪污为浓度大于20％的结壳结块粪污时，将可调式隔滤板横向滑动至罐体靠近车头的前端以增大储粪空间。图3为常备于待收集粪污池旁的螺旋输送机，其用于抽吸浓度大于20％的结壳结块粪污。

该粪污收集的智能转运车系统主要包括：常压槽罐13、吸粪泵9、卸粪螺旋机11、可调式隔滤板4、稀释水泵2、控制器6。

车体采用普通农用四轮车的车体，如图1所示整个车型。常压槽罐13安装在所述车体上，设有进粪口、出粪口、进水口3、出水口和人孔5，且内部安装可调式隔滤板4，进一步，在常压槽罐底部安装卸粪螺旋机11，卸粪时启动卸粪螺旋机，促进高浓度粪污由岀粪口排出。

采用吸粪泵9，使用能反向输送高浓度流体的螺杆泵，在其靠近抽吸粪污的主轴前 端增设混合搅刀10，搅碎形状大、不易抽吸的粪块，使粪污与稀释水混合均匀以利于粪污收集。

采用稀释水泵2，增加稀释水，将粪污稀释利于粪污的收集。

此外，还在车体尾部安装控制器6，其监测常压槽罐的粪污液位、水体液位和槽罐内温度等，并控制其他设备的开启和关闭。

本发明的用于多种浓度粪污收集的智能转运车系统及收集方法的一个示例性工作流程可以包括如下步骤：

(1)抽吸准备步骤：先进行抽吸准备工作，启动车辆，行驶至粪污收集池处，在PLC模块触摸屏上输入粪污池号、运输和操作人员信息等，使用快速水分测定仪测定粪污含水率，进而得到粪污浓度，粪污浓度低于20％时，将可移动吸粪泵车卸下并放至粪污收集池处，将吸粪管的一端连接在吸粪泵出料口，另一端与常压槽罐高浓度侧的进粪口连接；粪污为浓度高于20％的结壳结块粪污时，将可移动倾斜螺旋输送机进料口放入结壳结块粪污池，出料口与罐体人孔连接；将排粪管一端与常压槽罐高浓度侧的出料口连接，并在卸粪出口设置有卸粪阀，在该准备步骤中使卸粪阀处于关闭状态。

(2)抽吸启动步骤：抽吸过程中，卸粪阀、卸粪螺旋机处于关闭状态，通过PLC模块进行实时监测GPS位置、槽罐内温度、粪污液位、水体液位等，使用快速水分测定仪测定粪污含水率，进而得到粪污浓度，若粪污浓度小于15％，直接开启吸粪泵进行粪污收集；若粪污浓度为15％～20％，在PLC模块手动调节稀释水泵流量，将水泵入粪污池，然后启动吸粪泵进行抽吸工作；若粪污为浓度大于20％的结壳结块粪污时，将搅碎的粪料放入螺旋输送机进料口，然后启动螺旋输送机，螺旋输送粪料，经由罐体人孔到达常压槽罐。

(3)抽吸停止步骤：通过常压槽罐低浓度侧压力液位计监测水体液位、粪污料位，罐体内粪污液位达到预警位置时，系统自动停止抽吸工作。

此外，在PLC模块可读取吸粪泵与吸粪管处、螺旋输送机出料口处压力值，当小于0.1MPa时，系统自动停止抽吸工作。

例如，在停止抽吸实施方式中，若在PLC模块读取的吸粪泵与吸粪管处、螺旋输送机出料口处压力值小于0.1MPa时，系统自动停止抽吸工作，若抽吸完粪污，罐体未满，即行驶车辆到下一个粪污收集池，继续重复粪污抽吸的操作过程，罐体内粪污液位达到预警位置时，系统自动停止抽吸工作。在完成粪污收集处理之后，收起吸粪管存放于车体架上，以方便运输。

此外，当需要倾倒粪污时，在罐体尾部的卸粪阀的实施方式中，将车辆行驶到指定地点，打开尾部卸粪阀、启动卸粪螺旋机将粪污排出，卸粪完毕，关闭卸粪阀。

本发明解决了固含量高、粘度高、难输送、难计量的粪污、结壳结块粪污的抽吸问题、智能转运问题以及优化了粪污收集方法。吸粪泵利用螺杆泵可反向输送浓度在20％以下粪污，输送粪污时不形成涡流、对粪污的粘性不敏感等特点，螺杆泵靠近抽吸粪污的主轴前端增设混合搅刀搅碎形状大、不易抽吸的粪块，使粪污与稀释水混合均匀利于粪污收集，利用螺旋输送机适用于颗粒或粉状物料的水平输送、倾斜输送、垂直输送等形式的特点，以螺旋输送利于收集结壳结块粪污。常压槽罐内可调式隔滤板，抽吸粪污浓度低于20％，将高浓度侧的部分水堰过低浓度侧，达到自身水体循环利用的效果，抽吸浓度大于20％的结壳结块粪污时将可调式隔滤板横向滑动至罐体靠近车头的前端以增大储粪空间；抽吸结束后通过开启卸粪阀和卸粪螺旋机将高浓度粪污排出，并在整个抽吸、储运粪污过程中实现智能化控制，实时记录GPS位置、槽罐内温度、粪污液位、水体液位、粪污池号、运输和操作人员等信息。

Claims (3)

1.一种用于多种浓度粪污收集的智能转运车系统，其特征在于，包括(1)抽吸系统、(2)储运系统和(3)智能控制系统：

(1)抽吸系统包括吸粪管道、吸粪泵、稀释水泵、螺旋输送机；抽吸粪污时，使用快速水分测定仪直接测定粪污含水率，进而得到粪污浓度，若粪污浓度小于15％，直接开启吸粪泵进行粪污收集；若粪污浓度为15％～20％，在可编程逻辑控制器模块手动调节稀释水泵流量，将水泵入粪污池，然后启动吸粪泵进行抽吸工作；若粪污为浓度大于20％的结壳结块粪污时，将搅碎的粪料放入螺旋输送机进料口，然后启动螺旋输送机，螺旋输送粪料，经由罐体人孔到达常压槽罐；螺旋输送机，常备于粪污收集池旁，其进料口放进粪污池，出料口放入罐体人孔；

(2)该系统的储运系统包括常压槽罐、可调式隔滤板、卸粪螺旋机；常压槽罐安装在车体的车辆底盘上且在罐体上设有进粪口、出粪口、进水口、出水口和人孔，常压槽罐顶端设有进水口和人孔，内部安装可调式隔滤板，罐体底部安装卸粪螺旋机以用于排放高浓度粪污；(3)该系统的智能控制系统主要特点为：具有智能抽吸计量转运监控平台；智能监控系统包括记录实时GPS位置、槽罐内温度、粪污液位、水体液位、粪污池号、运输和操作人员信息；粪污转运过程中，记录实时GPS位置，在PLC模块触摸屏上手动输入粪污池号、运输和操作人员信息；使用快速水分测定仪测定粪污含水率，进而得到粪污浓度，当粪污浓度小于15％时，直接启动吸粪泵；当粪污浓度为15％～20％时，手动调节PLC模块的稀释水泵流量，控制稀释水量至吸粪泵可吸入粪污；在PLC模块可读取吸粪泵与吸粪管处压力值，当小于0.1MPa时，系统自动停止抽吸工作，若抽吸完粪污，罐体未满，即行驶至下一个粪污收集池，通过常压槽罐上压力液位计监测水体液位、粪污液位，罐体内粪污液位达到预警位置时，系统自动停止抽吸工作；当粪污为浓度大于20％的结壳结块粪污时，启动螺旋输送机，在PLC模块读取螺旋输送机出料口处压力值，当小于0.1MPa时，系统自动停止抽吸工作，若罐体未满行至下一个粪污收集池，重复上述粪污抽吸和停止抽吸过程；在常压槽罐内安装温度传感器以实现测量温度。

2.根据权利要求1所述的一种用于多种浓度粪污收集的智能转运车系统，其特征在于：

吸粪泵采用螺杆泵，通过螺杆产生的回转来进行吸排工作，通过相互咬合使空间容积产生变化，从而使液体实现输送。

3.应用如权利要求1所述用于多种浓度粪污收集的智能转运车系统的方法，其特征在于：(1)粪污的抽吸过程：启动车辆，车辆罐体内预先存有常压槽罐罐体体积20％的水，其行进至粪污收集池指定位置，卸下可移动吸粪泵，使用快速水分测定仪测定粪污含水率，进而得到粪污浓度，若粪污浓度小于15％，直接开启吸粪泵进行粪污收集；若粪污浓度为15％～20％，在PLC模块手动调节稀释水泵流量，将水泵入粪污池，然后启动吸粪泵进行抽吸工作；若浓度为大于20％的结壳结块粪污时，将搅碎的粪料放入螺旋输送机进料口，然后启动螺旋输送机，螺旋输送粪料，经由罐体人孔到达常压槽罐；当所抽吸粪污浓度较低时，手动顺时针调节可调式隔滤板传动轴，以减小隔滤板间空隙，防止堰过大量粪污；当抽吸粪污浓度较高时，逆时针调节传动轴增大板间隙，以利于堰过高浓度侧水；当抽吸结壳结块粪污时，将可调式隔滤板横向滑动至罐体靠近车头的前端以增大储粪空间；抽吸过程中卸粪阀和卸粪螺旋机处于关闭状态；槽罐内温度、水体液位、粪污液位、抽吸粪污进口处压力通过PLC模块进行实时监测；在PLC模块读取吸粪泵与吸粪管处、螺旋输送机出料口处压力值，当小于0.1MPa时，系统自动停止抽吸工作，若抽吸完粪污，罐体未满，即行驶至下一个粪污收集池，通过常压槽罐上压力液位计监测水体液位、粪污液位，罐体内粪污液位达到预警位置时，系统自动停止抽吸工作；在完成粪污收集之后，收起吸粪管存放于车体架上、将可移动吸粪泵存放于车尾侧或将螺旋输送机放回原位；

(2)粪污的卸粪过程：当需要倾倒粪污时，启动卸粪螺旋机，将罐内高浓度粪污均匀输送到出料口，打开尾部卸粪阀将粪污排到指定的倾倒池。

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