بخشی از مقاله
چکیده
با وجود تعداد زیاد گاوداریهای صنعتی در کشور، هنوز شیوه برخورد با کودهای دامی به صورت سنتی و توده کردن آن در زمینهای اطراف است که معضلات زیست محیطی نظیر تولید بوی بسیار آزار دهنده، نشت شیرابههای کود به آبهای سطحی و زیر سطحی و م شکلات حمل و نقل و ذخیره کود را در پی دارد. از روشهای مدیریت کودهای دوغابی در گاوداریها، جدا سازی مایع و جامد کود با جداسازهای کود است.
در این راستا یک دستگاه جداساز مارپیچ- فشاری با ظرفیت حجمی 14 m3 در روز 200 - راس گاو شیری - برای جدا سازی کود طراحی و ساخته شد. به منظور تعیین شرایط کاری بهینه جدا ساز، اثر سه متغیر غلظت کود ورودی، ف شار اعمالی و سرعت مارپیچ بر راندمان جداسازی دستگاه یعنی درصد حذف مواد جامد لجن و درجه خشکی کود جامد خروجی در آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی برای کودهای گاوی دوغابی ارزیابی شد. بیشینه ظرفیت عبوردهی دستگاه برای کود با غلظت 14 %TS، برابر با 557/5 kgh-1 بود.
نتایج آنالیز تجزیه واریانس نشان داد اثرات متقابل سه گانه متغیرها بر هر دو راندمان به ترتیب در سطح احتمال 1 و 5 درصد معنیدار است. افزایش غلظت کود ورودی و فشار اعمالی باعث افزایش درجه خشکی کود شده، اما درصد حذف مواد جامد را کاهش داد.
مقدمه
از چند دهه گذشته تا کنون ضمن تولید بالای محصولات دام و طیور، تولید انبوه فضولات دامی با رطوبت بالا یکی از اجزای جدا نشدنی این سیستمها شده است. شکل سنتی و مرسوم مقابله با کودهای دامی و دوغابی خصوصاً در گاوداریها، جمع آوری آنها در اراضی کشاورزی رو باز یا اطراف گاوداری و رها کردن آن به حال خود به مدت 6 ماه تا یکسال است که طی این مدت کود به صورت بیولوژیکی پوسیده میشود.
از مضرات این روش تولید بوی بسیار آزار دهنده و مگس، نشت شیرآبههای این مواد به آبهای سطحی و زیر سطحی، از دست رفتن مواد مغذی و نیتروژن کود با پدیده دینیتریفیکاسیون و نیز متصاعد شدن گازهای متان و دیاکسید کربن است. افزون بر این، هزینه کارگری بالایی برای حمل و نقل کودهای دوغابی لازم است. کودهای دامی مشکلات زیادی در جمع آوری، ذخیره سازی، عملیات روی کود و مصرف آن ایجاد میکنند، به طوری که %11 از انرژی مورد استفاده در دامداریها صرف حمل و نقل کود میشود
فضولات گاویتقریباً 85 تا 87 درصد رطوبت دارند. از تکنیکهای مناسب مدیریت این کودها، جداسازی بخش جامد و مایع کود بلافاصله در دامداری است. این کار با جداسازهای مکانیکی انجام میشود و مزایای حمل و نقل و جابجایی آسان، کاهش تهدید برای کیفیت منابع آب و خاک و کاهش نسبی بو را داراست
جداسازی مکانیکیوعاًن شامل غربالها، سانتریفیوژ و فیلتراسیون فشاری است - Burton, 2007 - که ممکن است برای جذب عناصر ریزتر و افزایش راندمان از پیش فرآوری شیمیایی استفاده شود. استفاده از مواد لخته ساز قبل ازجداسازی خصوصاً پلی اکریلامیدها به افزایش بازده آنها بسیار کمک میکند . - Hjorth et al., 2010 - کود جامد جدا شده میتواند به عنوان کمپوست و کود آلی، اصلاح کننده خاک، مکمل خوراک و تغذیه مجدد به دام و بستر جایگاه دام استفاده شود و به راحتی قابل حمل و نقل بوده و بخش مایع در آب آبیاری مزرعه به عنوان کودآب قابل استفاده است.قسمت مایع دارای مزایای فضای انبارسازی کمتر، کاهش معنیدار بذر علف هرز و جذب سریعتر مواد مغذی است
پارامترهای زیادی شامل غلظتهای فیزیکی یا شیمیایی عناصر کود، انرژی مورد نیاز، نرخ انرژی مصرفی، ظرفیت عبوردهی، آزمایش بو و توزیع اندازه ذرات کود توسط محققان بیشماری به عنوان شاخصی برای بررسی عملکرد و مقایسه جداسازها استفاده شده است
عملکرد روشهایمختلف جداسازی غالباً با راندمان جداسازی توصیف میشود. روشهای متفاوتی برای بیان راندمان یک جداساز بسته به هدف فرآیند جدایش - به عنوان مثال کاهش حجم کود و تغلیظ آن به منظور خروج از دامداری و پخش در زمینهای اطراف و یا حذف عنصری خاص از کود - - Martinez et al., 1995 - وجود دارد که به صورت راندمان حذف، شاخص جداسازی و غلظت ترکیبات در بخش جامد با بیشترین فرآوانی توسط محققان به کار رفته است
شاخص جداسازی نسبت کل جرم بازیافتی یک ترکیب خاص - مواد خشک، ترکیبات فسفر و نیتروژن - در بخش جامد کود به کل جرم آن ترکیب در کود ورودی است. درصد حذف، نسبت برداشت یک ترکیب خاص از بخش دوغاب کود است و میزان ماده خشک کود در بخش جامد به عنوان درجه خشکی کود برای یک جداساز گزارش میشود. راندمان جداسازها از چند فاکتور شامل نوع جداساز، اندازه مش غربال و یا نیروی گریز از مرکز، نوع کود تاثیر میپذبرد
اندازه سوراخ غربالجداسازهای کود معمولاً بین 1 تا 5 میلی متر است که ذرات ریزتر هم به دلیل ماهیت فیبری مواد میتواند در لابلای توده کود به دام بیفتد. در برخی موارد سوراخهای ریزتر منجر به تولید جامد مرطوبتر و مشکلات عملیاتی بعدی میشود. برای رفع این محدودیت ماشینهای با شدت کار بیشتر مانند پرسهای مارپیچی توسعه یافته اند
اساس طراحی جداسازهای مارپیچ- فشاری مواد فیبری، از فرآیندهای اکستروژن تزریق پلاستیک نشئت گرفته است. گاینور و ویت - 1975 - دستگاهی به منظور جداسازی و آبگیری کودهای بسیار ویسکوز با رطوبت حدود %70 ارائه دادند که در آن از مارپیچ فشارنده برای آبگیری استفاده شد. در الگویی دیگر از یک ارتعاش کننده جهت افزایش ظرفیت جداساز، جلوگیری از گیر کردن مواد و عملکرد بهتر دستگاه استفاده شده است . - Eichler, 1992 - این الگو که امروزه در اکثر جداسازهای مارپیچ دار به کار میرود، شامل یک غربال استوانهای سبدی و یک مارپیچ چرخان است که حدود 70 تا %95 از مواد لجن مانند را در داخل غربال نگه میدارد. ظرفیت عبور دهی این دستگاه 4 m3 hr -1 با کود 5/2 درصد ماده جامد - %TS - بود.
علی رغم اینکه تمامی جداسازهای تجاری با اهداف مذکور ساخته میشوند، اما شناخت محدودیتها و شرایط کاری هر کدام یک نیاز جدی است که دامدار و اپراتور دستگاه لازم است بداند. پیش از استفاده از تکنیکهای جداسازی برای دوغابهای دامی و لجن فاضلاب کارخانجات، اطلاع از مشخصات فیزیکی و شیمیایی دوغاب و کاربرد نهایی دو فاز جامد و مایع ضروری است
تنظیم عوامل اثر گذار بر عملکرد یک جداساز کود دامی بر ترکیبات و خواص فیزیکی کود جامد خروجی مانند چگالی و خواص اصطکاکی کود نیز تاثیر میگذارد - صالحیون و همکاران، . - 1392 بازده بهینه یک جداساز خاص ممکن است با تغییر اندازه غربال، دبی، فشار و یا مقدار ماده جامد کود - %TS - ورودی تغییر کند، لذا پیش بینی چگونگی عملکرد دستگاه و اثر پذیری آن از متغیرهای ورودی میتواند به دامدار در شرایط مختلف کمک کند.
با توجه به اینکه جداسازهای مارپیچ- فشاری رایجترین انواع تجاری موجود هستند، هدف از این تحقیق طراحی، توسعه و ارزیابی یک جداساز مارپیچ- فشاری بر اساس خواص فیزیکی و رئولوژیکی کودهای گاوی دوغابی در ایران - با توجه به میزان زیاد ماسه در آن - با تکیه بر اصول طراحی اکسترودرها و پیشبینی اثر متغیرهای سرعت دورانی مارپیچ، غلظت کود ورودی - %TS - و فشار اعمالی بر راندمان حذف مواد جامد کود و نیز درجه خشکی کود جامد خروجی دستگاه است.
مواد و روشها
توزیع اندازه ذرات توسط محققان اندکی برای تعیین و انتخاب غربالهای جداساز انجام شده است. برای اندازهگیری توزیع اندازه ذرات کود به علت ماهیت چسبنده و دوغابی مواد، از روش الک مرطوب برای انتخاب غربال دستگاه استفاده شد
برای این کار دستهای از الکهای استاندارد ASTM E-11-70 به شمارههای 5/16"، 1/4"، 4، 5، 10، 16، 25 و 35 - با قطر سوراخ به ترتیب 8، 6/3، 4/75، 4، 2، 1/18، 0/1 و 0/5 میلی متر - و شیکر مکانیکی الک - شرکت پارس سنتر مدل - SO 410 استفاده شد - شکل . - 1 درصد مواد باقیمانده روی هر الک پس از خشک شدن در آون، بدست آمد
