基于CGA-BP神经网络的好氧堆肥曝气供氧量预测模型

为提高好氧堆肥曝气供氧量的曝气效率以及预测精度,该研究利用遗传算法（genetic algorithm, GA）对标准反向传播（back propagation, BP）神经网络的初始权值和阈值进行优化,再利用克隆选择算法（clonal genetic algorithm, CGA）优化遗传算法中的变异算子并复制算子,加快获取最优参数的速度,构建基于CGA-BP神经网络的曝气供氧量预测模型。为验证CGA-BP模型的有效性,与BP模型、GA-BP模型预测结果进行对比。试验结果表明：克隆遗传算法优化BP神经网络能加快获得最优解,效率相比BP模型和GA-BP模型分别提高了75.36%、51.30%;在曝气供氧量预测模型中,CGA-BP模型具有更准确的预测效果,预测精度为99.65%,而BP模型与GA-BP模型预测精度分别为96.99%、99.26%;CGA-BP模型评价指标的均方误差、平均绝对误差、平均绝对百分误差分别为0.003 4、0.038 9和0.350 6,均小于BP神经网络和GA-BP神经网络模型评价指标的误差;利用CGA-BP好氧堆肥曝气供氧量预测模型对好氧堆肥发酵过程进行精准...     

牛粪与秸秆协同好氧堆肥过程参数变化规律研究

利用玉米秸秆屑、稻草秸秆屑和牛粪为原料进行序批式好氧堆肥,对堆肥处理的过程参数的变化规律进行了研究。结果表明：2个处理的物料温度在50~54℃维持7 d以上,最终反应产物的无害化程度较高;最终剩余产物的氮、磷、钾相对含量都有所升高,达到了农用控制标准;处理过程中氮素均呈增加趋势;由于在好氧反应阶段存在不同程度的氮损失,因此在反应的后期阶段要注意采取保氮措施。     

秸秆过滤猪场废水及滤料与猪粪好氧堆肥研究

秸秆具有较大的比表面积,对猪场废水中悬浮固体及氮素等养分具有较好的截留及吸附特性,有助于猪场废水后续资源化利用,但过滤后秸秆滤料的高效再利用又成为新的研究热点。该研究利用玉米秸秆过滤猪场废水,研究过滤后的秸秆滤料与猪粪好氧堆肥效果,堆肥过程中碳、氮转化及有害气体的排放规律。结果表明：玉米秸秆过滤猪场废水最优工艺条件为：滤层容重为0.15 g/cm3,过滤管径为9 cm,装填高度为40 cm,此条件下猪场废水总氮（Total Nitrogen,TN）、总悬浮固体和化学需氧量的去除率分别为22.80%、51.60%和76.81%。在初始C/N、环境温度、含水率、通风速率分别为20～35、22.32～32.05 ℃、65%、0.2 m3/h条件下,初始C/N越高,堆肥效果越好,堆体总有机碳（Total Organic Carbon,TOC）损失越大,而TN损失越小,有害气体排放主要集中在堆肥前期;初始C/N为35时,最高堆体温度达65.96 ℃,高温期（>50 ℃）可维持21 d,其中60 ℃高温长达12 d,种子发芽指数和TOC、TN损失率分别为81.03%、57.73%和10.08%,虽然CH4、CO2排放有所增加,但NH3、N2O排放和氮素损失显著降低（P<0.05）,CH4、CO2、N2O 3种温室气体的温室效应影响潜值为137.53 kg/t（以CO2为当量）。研究为秸秆滤料和猪粪的资源化利用及其好氧堆肥过程有害气体的减排提供基础依据。     

基于EDEM的分仓立式好氧堆肥反应器设计与试验

针对好氧堆肥周期长、腐熟均一化程度低以及反应器利用效率低等问题,该研究设计了一种单层发酵室有效容积为120 L、3层相互独立的好氧堆肥反应器,可对堆肥过程的各阶段进行控制且缩短堆肥周期,实现连续进出料堆肥。利用ANSYS对搅拌系统校核分析,搅拌轴的最大应力为75.288MPa,最大变形为3.680mm,强度符合设计要求;应用EDEM和Fluent仿真分析,结果表明：搅拌轴转速为20 r/min时,反应器下料率为98.14%,反应器曝气时混合物料的气体体积分数均在90%以上,下料及曝气效果良好。采用鸡粪与玉米秸秆1:4（干质量比）混合原料进行堆肥试验,结果表明：对于连续投放的3个批次物料,同一层物料温度差异不显著（P>0.05）,且高温期温度高于50℃的时间分别为9、7和5 d,达到无害化要求;3个批次物料的pH值均在8.0～9.0之间,电导率均在2.0～3.0m S/cm之间,各层之间差异显著（P<0.05）,各批次物料间差异不显著（P>0.05）。堆肥结束后,种子发芽率均大于100%,挥发性固体降解率分别为14.99%、16.03%和13.24%,各批次堆肥产品性质...     

餐厨垃圾与菌糠混合好氧堆肥效果

分别使用玉米秸秆与菌糠作为餐厨垃圾的堆肥调理剂,进行堆肥1次发酵对比试验,旨在考察菌糠作为餐厨垃圾堆肥调理剂的可行性。通过对2种调理剂与餐厨垃圾堆肥过程中理化性质及腐熟度变化的分析,表明餐厨垃圾好氧堆肥时,菌糠是一种优于玉米秸秆的良好调理剂,餐厨垃圾与菌糠混合堆肥时升温速度快、高温期持续时间长,含水率与有机质分别下降19.6%和20.2%。同时,其混合堆料在堆肥过程中散发臭气较少,1次堆肥处理后发芽指数较高（55.6%）,基本实现腐熟。     

基于温度-时间的好氧堆肥通风控制系统的设计与运行效果

通风控制是强制通风静态好氧堆肥系统的技术关键。本研究开发了基于温度-时间的工业控制计算机好氧堆肥通风控制系统(TTime)，并实现了软硬件的配套。该文详细阐述了系统的设计思路、研究方法、功能和实现过程。运行试验表明，系统运行稳定、可靠，能保证堆肥过程的顺利进行，同时，加强了畜禽场废弃物堆肥过程的在线监控，降低了堆肥系统的运行费用，适合在大中型畜禽场推广应用。     

牛粪和玉米秸秆混合好氧堆肥过程分层规律

好氧堆肥过程常存在分层现象,对于发酵产物的均一性和整体质量存在影响。为探究好氧堆肥物料病原菌灭活的分层情况,该研究以不翻抛（T1）为对照组,设置3组好氧堆肥试验（T2高温期翻抛、T3降温期翻抛、T4高温期和降温期翻抛）,对牛粪好氧堆肥过程中常规理化性质和病原菌去除效率等进行分析,并利用克里格法（KRIGING）对堆体不同位置的温度和含水率进行插值分析。结果表明,4个处理发酵温度均达到了《畜禽粪便堆肥技术规范》要求,高温期最长的处理为T3和T4,达到7 d,T4处理的病原菌去除率最高,达到97.15%;从分层规律来看,堆体含水率从高到低为上层、中层、下层;好氧堆肥物料病原菌去除效率顺序从高到低为中层、下层、上层,4个处理病原菌去除率均不低于95.56%。综合考虑,高温期和降温期翻抛（T4处理）更有利于牛粪和秸秆混合堆肥物料整体实现无害化。该研究可为牛粪好氧堆肥过程中病原菌杀灭和翻抛参数的优化提供技术指导。     

盐含量对餐厨垃圾好氧堆肥腐殖化过程及微生物演变的影响

含盐量过高会对堆肥有机质腐殖化过程产生抑制作用,但作用规律仍不清楚。该研究以餐厨垃圾为研究对象,以不添加盐分的处理为对照,设置添加食用盐的处理作为试验组（添加质量分数分别为0.5%、1%和1.5%）,进行好氧堆肥,研究不同盐分含量对基本腐熟度指标、有机质组成、腐殖质（Humus,HS）的影响,并结合微生物群落结构和相关性统计分析阐明其作用规律。结果表明,4个处理温度、碳氮比（C/N）、有机质组成等达到腐熟要求,但盐分添加提高了堆体电导率（Electrical Conductivity,EC）,添加比例达到1.5%时,高温期缩短至13 d,种子发芽指数（seed Germination Index,GI）降低至65.5%,总有机物降解率降低6.5%,有机质腐殖化过程受到限制。高通量测序和相关性分析的结果表明,添加1.5%盐分主要通过抑制高温双岐菌（Thermobifida）、糖单孢菌（Saccharomonospora）和曲霉（Aspergillus）、毛孢子菌（Trichosporon）的活性,降低总糖、木质纤维素等有机物质的降解和后续HS形成,从而限制餐厨垃圾堆肥过程中腐殖化效果的提升。该研究将为餐厨垃圾等农村有机废弃物处理技术应用提供理论指导。     

微孔曝气流量与曝气管长度对水体增氧性能的影响

为了探究曝气流量与曝气管长度对增氧性能的影响,在不同曝气流量、不同曝气管长度条件下进行了室内水体底部微孔曝气增氧试验。分析了曝气流量与曝气管长度对氧体积传质系数、增氧量和氧利用率的影响。研究结果表明,当曝气流量为0.27~0.55 m3/s、曝气管长为0.9~1.5 m时,所对应的氧体积传质系数在0.63~1.1 h-1变化,增氧量在6.8~12.9 g/h变化,氧利用率在6.87%~9.28%变化,且在一定的曝气管长度下,氧体积传质系数、增氧量均与曝气流量成正比,而氧利用率则与其成反比关系;在一定的曝气流量下,曝气管长度对氧体积传质系数产生的影响表现为先高后低再高的趋势;氧体积传质系数与修正的饱和溶解氧浓度是否作为增氧量的主要影响因子取决于曝气管长度;曝气流量对氧利用率较曝气管长度更为敏感。研究还发现,微孔曝气系统中存在着最优曝气管长度,使得增氧性能最佳,并建立了最优曝气管长度与曝气流量、水深、输入压力、最优初始气泡直径的相关关系式,为低碳经济下微孔曝气系统的设计和运行提供了理论依据。     

用于梯形渠道的仿翼形便携式量水槽水力性能

机翼形量水设施水力条件优、量水精度高,但翼形曲线的复杂性制约其推广,为此,该研究基于结构简单的仿翼形便携式量水槽,探究其在末级梯形渠道的适用性。模型试验设计5组收缩比、7组流量进行水力性能试验,在此基础上,基于FLOW-3D软件对比分析仿翼形与机翼形量水槽水力性能的差异,深入研究不同收缩比对仿翼形量水槽水力性能的影响。研究结果表明：数值模拟与试验结果的水深数据吻合,误差小于4.91%,数值模拟的方法准确可靠;简化后未改变机翼形过流顺畅、雍水高度小等特点;所有工况上游佛汝德数均小于0.5,雍水高度小于7.6 cm,满足测流精度和渠道安全的要求,收缩比在0.60~0.64范围时,量水槽水力性能最优;基于能量方程及临界流原理建立的流量公式精度较高,平均测流误差为2.75%。该研究表明仿翼形保持了原机翼形良好的水力性能,测流精度高且曲线形式简单,便于推广,对于促进灌区末级梯形渠道便携式量水槽的推广具有实用价值。     

大型剪切型混合罐的流场仿真与分析

为了考察大型混合罐内的液体流动特征,该文采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法、利用ANSYS13.0软件,选用标准k-ε模型和多重参考系法,研究大型剪切型混合罐内的流体力学特性,获取大尺度混合罐内的压力、速度、湍流耗散率等参数及液体流动特征,并通过可视化试验验证了混合罐内流体的流动情况。研究结果表明,随着叶轮转速的增加,混合罐内的负压区扩大且压差增大,液体流速增大,使混合罐内的湍流作用增强,高剪切装置内及附近区域的能量耗散率非常高且集中,说明在这些区域内的混合效果显著。研究结果可为此类工业用混合罐的优化设计提供参考。     

螺旋流起旋器内部流场水力特性数值模拟与验证

为了有效解决低压平直管道在田间长距离调水中泥沙淤积问题,该文设计了一种螺旋流起旋装置:螺旋流起旋器。与传统的起旋装置相比,螺旋流起旋器的导叶被固定在与管道保持同心状态的料筒外壁面。该文基于RNG k-ε湍流模型,采用Fluent 12.0对不同导叶长度条件下螺旋流起旋器内部流场水力特性进行了非定常数值模拟,并将模拟值与试验值对比分析,结果表明:螺旋流起旋器内部流场模拟值与试验值基本吻合,且流速场和压力场的最大相对误差分别不超过6.4%和1.3%,进一步表明采用Fluent数值模拟求解螺旋流起旋器内部流场是可行的;随着导叶长度的增加,螺旋流起旋器下游流场的轴向流速的影响区域将逐渐减小,而径向流速、周向流速及涡量的影响区域将逐渐增大;螺旋流起旋器能耗损失与起旋效率均随着导叶长度的增加呈现出增大的变化趋势;螺旋流起旋器内部流场涡量主要分布于料筒近壁面、导叶近壁面及螺旋流起旋器的下游流场。该研究不仅为螺旋流起旋器的设计与优化提供了参考依据,同时还为进一步完善管道螺旋流长距离输固理论提供了坚实的理论基础。     

微灌鱼雷网式过滤器全流场数值模拟

为了充分了解鱼雷网式过滤器内部流场分布规律,该文应用雷诺时均（Reynolds- Averaged Navier-Stokes,RANS）方程及RNG k-ε湍流模型,对过滤器内部全流场进行全流场数值模拟。结果表明：鱼雷部件和出水口边界条件对该过滤器的速度流场和压力场分布规律影响很大,鱼雷部件的影响是尤为突出;滤网及其内、外侧的水流流速沿X轴的变化规律分流速迅速增加、流速迅速减小和流速缓慢减小3个阶段;滤网内外压力分布有很大的的差异,滤网内侧压力沿X轴分布从迅速增加到缓慢减小、最后趋于稳定。而滤网外侧压力分布沿X轴的变化很大,特别是在出水口处压力迅速减少,压力沿X轴的波动幅度较大。滤网内侧压力比外侧的大,两者的压力差沿X轴越来越小,最大压力差为23 kPa左右,最小压力差为0.5 kPa。研究结果认为整个滤网堵塞不均匀,滤网堵塞呈现从尾部开始向出水口方向发展的趋势,对后续滤网的冲洗排污产生重要影响。该文建议在设定最佳排污压差时需要慎重考虑。     

油麦兼用型气送式集排器增压管气固两相流仿真与参数优化

为明确增压管结构对油麦兼用型气送式集排器分配均匀性的影响,该文运用DEM-CFD气固耦合方法仿真分析了波纹间距、凹窝深度和增压管长度对种子运动特性、分配均匀性和增压管气流场的影响,台架试验研究了增压管长度和气流压强对分配均匀性的影响.结果表明:增设增压管明显提高种子分布均匀度系数,降低种子速度和分配均匀性变异系数.速度流场分析表明增压管波峰与波谷的气流速度和压强交替变化,增压管中种子速度与受力呈现"正弦形"变化趋势.凹窝深度、波纹间距和增压管长度分别为4.2、15和180 mm时,种子分布均匀度系数和分配均匀性变异系数分别为91.17%和4.91%.台架试验表明,在优化结构参数组合下,排种油菜和小麦的气流压强分别为1200和1600 Pa时,分配均匀性变异系数分别达2.84%和2.89%.该研究为分析增压管中种子运动特性和优化其结构参数提供了参考.