好氧堆肥反应器试验系统设计与性能试验

针对现有好氧堆肥反应器试验系统体积小、实时监测和反馈控制功能单一等问题,在已有研究基础上设计了一种好氧堆肥反应器试验系统。根据静力学及热力学原理,对反应器试验系统关键功能单元进行了优化设计,开发了适用于该好氧堆肥反应器的自动控制系统,并对其进行了好氧堆肥性能测试试验。反应器体积为100 L,并具有实时监测不同梯度温、氧数据的功能,其反馈控制系统含有3套反馈控制方案。试验结果表明:好氧堆肥反应器试验系统内堆体上、中、下层温度高于50℃的时间分别为8.1 d、7.2 d和4.8 d;堆体各层最终pH值均小于8,种子发芽指数均大于85%,堆肥试验效果良好。     

好氧堆肥反应器内部在线监测控制系统设计

为了提高好氧堆肥反应效率,建立了一套基于传感器技术的适用于好氧堆肥反应器的内部环境在线监测控制系统。该系统以STC89C52RC单片机为核心,可完成数据的采集、运算、处理等,通过显示模块显示反应器内部环境参数。当内部参数超过软件程序中设定的上下极限值时,系统将自动发出声光报警,由此提高好氧堆肥反应效率与质量。同时,进行了好氧堆肥试验,结果表明:该反应系统可以运用于实际的试验与生产中。     

智能型膜覆盖好氧堆肥反应器设计与试验

设计了一种智能型膜覆盖好氧堆肥反应器试验系统,主要包括发酵系统、布气系统、覆膜系统和控制系统。依据热力学及相关原理,进行了各子系统和整体系统的优化设计。发酵系统采用圆柱形反应器,有效容积约90 L;布气系统采用变频泵精确调速,可提供最大20 L/min曝气量,曝气精度0.1 L/min;覆膜系统选用具有选择渗透性的聚四氟乙烯材料Gore膜并与发酵系统良好密封;控制系统实现多点温度、氧体积分数、压力、气体监测以及经多元反馈实时调控通风供氧量。通过好氧堆肥性能试验并经物理、化学和生物学指标综合评价,结果表明:该膜覆盖好氧堆肥反应器试验系统具有良好的发酵效果,智能化程度高,可满足开展不同需求的膜覆盖好氧堆肥试验。     

猪粪好氧堆肥过程有机质降解和热量平衡模型

依据有机质降解一级动力学方程和系统热量平衡方程,充分考虑猪粪好氧堆肥有机质降解的梯次性对数学建模的影响,建立了反应器好氧堆肥过程有机质降解Monod模型和热量平衡模型.有机质降解Monod模型考虑了温度、含水率、氧体积分数和自由空域4种因素对降解系数的影响,其中温度作为最主要影响因素;热量平衡模型中主要考虑了对流、传导的热量传递方式.利用实验室好氧堆肥反应器进行的模型验证试验结果表明:堆肥试验实测值与模型模拟值表现出较好的一致性,有机质降解的实测值与模型模拟值的相对标准误差为13.02％,温度变化的实测值与模型模拟值的相对标准误差为9.9％.     

试验室好氧堆肥反应器系统性能试验

为探讨试验室自制强制通风好氧堆肥系统的保温性能和通风性能及其对好氧堆肥过程的作用效果,进行了不同初始质量和初始温度的热水保温试验,测定了系统保温性能参数以及不同流量下的通风性能,最后进行鲜猪粪麦秸混合好氧堆肥平行试验.结果显示:各反应器保温箱的保温性能没有显著性差异,保温性能参数UA值的标准差为0.02,最大相对标准偏差为4.93%;各反应器间通风系统性能差异不显著,当流量计设定流量分别为0.2、0.5、1.0、1.5和2.0 L/min时,各反应器通风管出口处的流速在同一设定流量下基本相等;好氧堆肥试验过程堆体温度经历了快速升温、保持一段时间的高温和温度缓慢下降3个阶段,各反应器堆体温度超过50℃的时间分别为5.3天、6.0天、5.1天和6.8天,符合国家标准;可挥发性固体降解率依次为18.1%、13.3%、15.8%和15.2%.     

鸡粪沼渣联合好氧堆肥基质降解与气体排放研究

利用好氧堆肥反应器系统开展鸡粪沼渣联合好氧堆肥试验,进行物理、化学、生物学指标和甲烷(CH_4)、氨气(NH_3)及氧化亚氮(N_2O)等排放气体的多元动态表征,并开展主要排放气体与堆体氧浓度和温度相关性分析。研究结果表明,通过合理物料配比、适度供氧的联合好氧堆肥可更有效地实现鸡粪沼渣安全、优质资源化利用。鸡粪沼渣联合好氧堆肥过程中,物理、化学、生物学指标动态变化具有良好的动态对应关系,纤维素类物质的降解主要集中在反应中后期。堆肥过程中CH_4与堆体氧浓度和温度均呈现良好的负相关关系,NH_3和N_2O与温度均呈正相关关系;可通过控制堆体氧浓度和温度调控气体排放。综上,基于多元参数表征、相关性分析可为鸡粪沼渣联合好氧堆肥工艺优化提供理论和方法学支撑。     

基于CFD的堆肥反应器通气搅拌结构优化设计

堆肥反应器的分散性能会直接影响好氧堆肥反应的进程和结果,而堆肥反应器的通气搅拌结构是影响其分散性能的关键部件。为改善好氧堆肥反应器的分散性能,通过计算流体力学(CFD)方法对实验室用堆肥反应器的单层通气桨叶结构、单层通气桨叶双层搅拌桨叶结构和三层通气桨叶结构分别进行了气液两相流模拟,对比分析了这3种通气搅拌结构性能的优劣,并进一步研究了单层通气桨叶双层搅拌桨叶结构的安放角对其分散性能的影响。结果表明:采用单层通气桨叶双层搅拌桨叶式通气搅拌结构的分散性能更佳,堆肥反应器有较高平均气含率为0.408,不均匀性系数为0.035;不同安放角下,堆肥反应器内湍动能的分布规律基本保持一致,沿径向呈现双峰趋势,而堆肥反应器的单位体积功率随着安放角的增大而增大;综合考虑,通风搅拌结构的安放角为45°时,堆肥反应器的平均气含率最高且搅拌功率适宜,更适于气液混合搅拌。该结果可为堆肥反应器的设计提供参考。     

生物炭对鸡粪好氧堆肥主要氮素形态含量影响与保氮机制

生物炭对鸡粪好氧堆肥过程氮素形态含量影响及保氮机制的研究对有害气体减排、氮素减损控制以及好氧堆肥工艺的深度优化具有重要意义。以鸡粪和麦秸为主要原料,通过添加适量生物炭,利用实验室智能型好氧堆肥反应器系统进行了好氧堆肥试验。基于获取的主要理化、生物学指标以及氮素存在形态动态数据,结合扫描电镜和主要种类微生物数量动态变化分析,研究了好氧堆肥过程主要氮素形态含量变化并初步阐释了生物炭保氮机制。研究结果表明:添加生物炭有利于鸡粪好氧堆肥过程氨气减排和减少氮素损失;堆肥过程氨气排放量与铵态氮浓度和硝态氮浓度分别呈显著正相关关系(r=0.783,p=0.0370.05)和高度显著负相关关系(r=-0.941,p=0.0170.05)。生物炭多孔结构能有效吸附铵态氮和氨气等氮素物质,降低堆体铵态氮浓度,进而减少氨气挥发;生物炭能为硝化细菌等微生物群落提供适宜的环境,有利于促进硝化反应并抑制氨气挥发。     

功能膜覆盖好氧堆肥过程氨气减排性能研究

畜禽粪便高温好氧堆肥过程中氨气的排放不仅污染环境,而且会降低有机肥氮素含量。因此,控制好氧堆肥过程中氨挥发是降低氮损失及减少堆肥周边环境恶臭的关键。为研究膜覆盖对畜禽粪便好氧堆肥过程氨气挥发的影响,以猪粪和小麦秸秆为试验原料,采用具有选择渗透性的Gore膜作为覆盖材料,在实验室好氧堆肥反应器系统中进行了为期27 d的好氧堆肥试验。试验设置覆膜组和对照组,采用开启1 h、关闭1 h间歇通风方式,通风速率为3 L/min,重点监测堆肥过程堆体温度、氧浓度和NH3排放速率等。研究表明:覆膜组比对照组高温期持续时间略长,更有利于杀死堆体有害病原菌;相比于对照组,覆膜组NH3排放量减少18.87%;相比于温度峰值出现的时间,两组试验NH3峰值出现时间均延后,且覆膜组延后时间更长。     

密闭式防堵塞双轴翻堆智能化好氧堆肥装置的研究与设计

一种密闭式防堵塞双轴翻堆智能化好氧堆肥装置,属于肥料制备技术领域,该装置包括支撑架还由螺旋输送入料装置、中间传动系统、反应器主题、双轴翻堆搅拌装置、出料装置以及送氧调节装置构成;螺旋输送入料装置连接固定在反应器主体的一侧,双轴翻堆搅拌装置设置在反应器主体的内部,中间传动系统固定设置在反应器主体的顶端,双轴翻堆搅拌装置由中间传动系统控制相连,出料装置设置在反应器主体的底端,出料装置上设置,有电磁震动装置;送氧调节装置在反应器主体底部的一侧,反应器主体的顶部还设有排气阀。装置解决了内部物料板结化严重、出料易堵塞等问题,提高了堆肥反应速率,降低了生产成本。     

死畜禽立式堆肥反应器分析与设计

针对我国目前死畜禽堆肥反应器存在的诸多问题,以缩短堆肥周期、减小占地面积、降低环境危害为目标,对死畜禽立式堆肥反应器展开研究与设计。该反应器主要由破碎搅拌系统、传动系统、控温系统所组成。在掌握相关堆肥工艺技术的前提下对反应器关键参数如容积、保温层厚度、加热器功率以及对关键零部件如搅刀轴、搅刀片、定刀进行分析设计。利用有限原软件进行仿真分析,结果表明：反应器内部能形成稳定对流的流场,搅刀所受载荷均匀,反应器设计可靠。     

规模化好氧堆肥温氧监测系统设计与试验

为实时获取规模化好氧堆肥过程关键数据,实现自动化控制、优化堆肥工艺、提升产品品质,在已有研究基础上,设计了一种集成度高、便携性好的适用于规模化好氧堆肥过程的温度和氧体积分数实时监测系统,该系统主要包括温度数据获取模块、氧体积分数数据获取模块、信号处理模块、数据显/存模块。并系统开展了实验室和实际规模化好氧堆肥性能试验和分析研究。其中,温度监测相对标准偏差均小于3.02%,响应时间均小于45 s;氧体积分数监测相对标准偏差均小于2.96%,响应时间均小于30 s。研究结果表明:该系统在精确性、稳定性和响应速率等方面均具有良好性能,可满足规模化好氧堆肥过程温度和氧体积分数空间数据实时监测以及科研需求。     

死畜禽堆肥反应器现状及性能特点

选取国内外具有代表性的各类型死畜禽堆肥反应器，进行简要介绍和优缺点总结分析，为今后死畜禽堆肥反应器的开发研制提供参考。      

鸡粪原料堆肥翻抛机选型及能耗对比分析

本文结合多年堆肥工程探索实践经验,详细介绍了链板式翻抛机、轮盘式翻抛机和密闭立式堆肥反应器的工作原理、结构特点、技术参数和适用范围,并以处理鸡粪原料为例,从占地面积、工作效率、单位能耗等方面,对这三种堆肥方案进行了详细对比分析,以期为实现鸡粪工厂化快速处理和优化有机肥生产过程提供可靠的技术途径和方法。经对比发现,轮盘式翻抛机效率较高,维护维修成本低;采用链板翻抛的场合堆肥效果好,主辅料保持混合均匀状态,物料不易分层;密闭立式反应器自动化程度高,臭气处理压力小。     

生物炭对鸡粪好氧堆肥过程的影响

生物炭作为堆肥调理剂对于加快畜禽粪污好氧堆肥进程、增强堆肥品质和改良堆肥工艺具有重要意义。分别选用玉米秸秆和树叶与鸡粪混合进行堆肥试验。通过研究堆体温度变化、含水率、pH值、电导率,以及氮、磷、钾营养成分含量的变化,分析生物炭对堆肥过程的影响。结果表明,添加生物炭可有效缩短堆肥周期2~3 d。添加生物炭前期会使堆体pH值升高但对于最终堆肥产品并无太大影响。添加生物炭较未添加堆体的EC值降低,表明生物炭对于游离盐离子具有很好的固定作用。通过对堆体物料各阶段主要养分进行检测,添加生物炭堆肥中全氮、全磷和全钾含量均高于未添加组。其中MSA与LA总氮含量较MS与L分别增加0.35%和0.53%,表明生物炭具有较好的固氮效果。综合pH值、电导率、含水率等指标来看,生物炭作为调理剂促进了好氧发酵过程的进行,有利于提高堆肥品质。      

规模化养殖场堆肥用翻抛机研究现状与建议

翻抛机是一种基于动态堆肥而研发生产的机械设备，作为堆肥发酵过程中的关键设备，具有巨大的市场空间。梳理了翻抛机的类型及各类机型的特点，介绍了翻抛机各个关键部件，分析了国内外翻抛机研究现状及存在的问题，提出了对翻抛机研究设计和发展方向的建议，为规模化养殖场选用翻抛机提供了参考。      

强化堆料径向流动好氧堆肥反应器设计及性能

堆肥过程中物料存在混合不均、曝气不充分及发酵不彻底等问题,制约了有机物料有效生物转化。为此,研制了一种新型桨式曝气搅拌堆肥反应器。装置内的上、中、下层内设6个附有桨叶的搅拌桨,每个桨叶表面安置径向拨片,可有效增加堆肥物料的径向流动,从而使物料与空气充分接触。以牛粪、秸秆、麦麸与沼液为原料进行批式好氧堆肥试验,结果表明:该堆肥反应器可有效实现搅拌、曝气通风同步进行功能;罐体内堆料各层维持50℃以上天数分别达到6.8、5.6、3.9天;各层物料种子发芽指数(GI)均值达到91.03%,可有效地实现混合物料堆肥无害化目标。     

通风方式对牛粪堆肥氨气排放与氮素转化的影响

为揭示通风方式对好氧堆肥过程中氮素转化及损失的影响,设置连续通风T1（通风速率0.2L/（min·kg））和间歇通风T2（平均通风速率0.2L/（min·kg）,通风10min,间歇10min）2个处理,以牛粪和玉米秸秆为原料在反应器中进行好氧堆肥试验。结果表明,堆肥结束后T1和T2处理总氮（TN）损失分别占初始 TN 23.25%和21.12%, TN的损失以NH3挥发为主,分别占 TN损失的74.76%和61.84%,而以N2O排放损失的氮仅占 TN损失的1.12%和1.37%。NH3挥发主要集中在堆肥初期,主要是因为较高的温度和pH值所致,至堆肥结束时T2处理NH3累积排放量比T1处理少24.37%。不同通风方式对堆肥过程中NH+4N和NO-3N的含量变化也产生显著影响,到堆肥结束时,T2处理相比T1处理,其NH+4N含量低11%,而NO-3N含量高6.7%,T2处理酸解总有机氮含量比T1处理高12.4%,说明间歇通风有利于硝化作用和氨同化作用的进行。结构方程模型（SEM）显示,T2处理不同有机氮对NH+4N含量的总影响从大到小顺序为：酰胺态氮(1.006)、氨基糖态氮(0.485)、酸解未知态氮(0.034)、氨基酸态氮(-0.852),说明NH+4N来源于酰胺态氮、氨基糖态氮和酸解未知态氮,同时NH+4N可以通过氨同化作用生成氨基酸态氮,间歇通风能促进NH+4N向氨基酸态氮的转化。间歇通风方式通过抑制有机氮向NH+4N的转化,降低堆肥过程中由NH3排放造成的氮素损失。