基于通风频率控制的好氧堆肥评价指标优化研究

采用自动控制的精细化通风系统实现城市污泥减量化、无害化的处理,研究以城市污泥与蘑菇渣为原料,在SIEMENS-PLC自控一体化发酵桶内设计2组处理进行静态好氧堆肥试验,通过改变不同阶段的通风速率和单位时间内通风频率,分析其对堆肥过程的影响。结果表明,在初始堆肥混料含水率为60%±2%时,从氧气消耗、含水量、电导率、种子发芽指数、全氮损失和氨气累积排放量来看,处理1(阶段速率0.1、0.4、0.6、0.3、0.6 m3/h,通风单次15 min/h)堆肥效果较好;综合分析指标间的相关性,确定了第一层级指标(温度、含水量、电导率、pH值)用于简便快速的产业化腐熟度判定。     

一种堆肥自动控制系统软件的设计与模拟运行效果

采用Microsoft Visual Basic语肓,结合Microsoft Access 8L Excel开发了一种堆肥自动控制系统软件(Temperature -Oxygen-Time,TOT)。软件可实现基于温度、排出气体含氧量和时间三因素对堆肥通风系统进行反馈式控制,最高报警温度、排出气体最低含氧量和阶段划分温度等均可自定义设置,堆肥温度、排出气体含氧量和pH值均可实时监测。系统每10 s刷新显示一次监测结果,每1h自动保存当前采集数据,利用Excel从数据库中读取数据方便对分析结果。模拟运行结果表明,软件能按照预定的要求控制风机开关,能正确计算和记录各个阶段和风机的运行时间,能有效地显示和保存数据。结合Excel,还能快捷地读取温度和含氧量的变化的数据、绘制其变化曲线。     

一种堆肥自动控制系统软件的设计与模拟运行效果

采用Microsoft Visual Basic语言，结合Microsoft Access &Excel开发了一种堆肥自动控制系统软件(Temperature-Oxygen-Time，TOT)。软件可实现基于温度、排出气体含氧量和时间三因素对堆肥通风系统进行反馈式控制，最高报警温度、排出气体最低含氧量和阶段划分温度等均可自定义设置，堆肥温度、排出气体含氧量和pH值均可实时监测。系统每10 s刷新显示一次监测结果，每1h自动保存当前采集数据，利用Excel从数据库中读取数据方便对分析结果。模拟运行结果表明，软件能按照预定的要求控制风机开关，能正确计算和记录各个阶段和风机的运行时间，能有效地显示和保存数据。结合Excel，还能快捷地读取温度和含氧量的变化的数据、绘制其变化曲线。     

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。     

包菜废弃物好氧堆肥初始条件研究

为建立适宜叶类蔬菜废弃物的快速好氧堆肥工艺,以包菜废弃物为主要堆肥原料,探索包菜废弃物直接堆肥或添加少量辅料情况下堆肥的可能性,以及叶菜废弃物细碎程度对堆肥效果的影响,共设置两个试验。试验一,调节包菜废弃物和秸秆粉混合物料初始含水量分别至70%、65%、60%、55%、50%,结果表明,当含水量低于70%时,混合物料外观以秸秆粉的黄褐色为主,且含水量在最优状态时（50%～60%）,碳氮比难以在理想状态（20～40）。试验二,以不粉碎、不添加秸秆的包菜废弃物堆肥为对照,设置不粉碎、粗粉碎、细粉碎3个处理（均添加5%秸秆）,测定堆肥温度、pH、有机质、养分、种子发芽指数和电导率。结果表明,包菜废弃物直接堆肥能完成整个堆肥过程;相较于对照,添加秸秆粉显著提升了堆肥温度、pH、有机质及种子发芽指数,降低了养分含量和电导率;粉碎程度对有机质、养分、种子发芽指数、电导率没有显著影响。因此,高含水量的包菜废弃物在不脱水、不粉碎的情况下,添加少量秸秆即可取得较好的堆肥效果。     

碳氮比对叶菜废弃物好氧堆肥效果的影响

为提高叶菜废弃物好氧发酵效率和堆肥质量,研究不同物料配比对叶菜废弃物好氧堆肥效果的影响,确定叶菜废弃物好氧堆肥的最佳碳氮比（C/N）,以叶菜废弃物为主料,玉米秸秆、玉米秸秆+牛粪为辅料进行好氧发酵,调节初始C/N为15、20、25,以pH、电导率、有机质、全氮、全磷、全钾以及种子发芽指数来评价好氧堆肥腐熟度及堆肥质量,筛选出叶菜废弃物好氧堆肥的最佳C/N。结果表明：B1处理（C/N为20,底料为叶菜废弃物+玉米秸秆）种子发芽指数为115.30%,B2处理（C/N为20,底料为叶菜废弃物+玉米秸秆+牛粪）种子发芽指数为126.77%,其堆肥物料腐熟程度最高,腐熟效果最好,B1处理有机质分解率最高（22.71%）,全效养分含量最高（6.4%）,全氮、全磷、全钾含量分别增加了26.61%、62.17%、57.23%。综合来看,叶菜废弃物和玉米秸秆联合好氧发酵的C/N为20时堆肥效果最好,堆肥底料中添加适量牛粪可以提高堆体物料腐熟程度。     

不同通风量对猪粪好氧堆肥效果的影响

该文以玉米秸和稻壳混合作为调理剂进行猪粪好氧堆肥,研究不同通风量对堆肥效果的影响。试验设3个处理,通风量分别为0.5、0.3和0m3/min,通风时间根据堆体温度调整,测定了堆体温度和堆料水分、pH值、有机质含量、总氮含量和C/N。结果表明,通风能有效保证堆料升温和高温期的维持,而且能够抑制堆肥过程中堆料pH值的上升,有利于有机质的降解和C/N的降低,通风量为0.3m3/min时,综合效果较理想。结果提示,以玉米秸和稻壳混合作为调理剂,初始C/N为30︰1,含水率为62%左右时,适当通风能够满足猪粪腐熟的需要。     

堆肥反应器中硫磺对牛粪好氧堆肥的保氮效果研究

利用堆肥反应器严格控制堆肥条件,以牛粪和蘑菇渣为原料进行好氧堆肥,在堆肥过程中添加硫磺粉,研究硫磺对堆肥温度、pH、氮素转化、硫素转化和保氮效果的影响。结果表明,堆肥中添加0.5%硫磺粉（T1）对堆肥温度没有显著影响,高温期（≥50℃）维持5.5 d; 而添加1.0%硫磺粉(T2)能快速升温,但堆肥高温期维持时间4.6 d。添加不同量的硫磺粉均能显著降低堆肥pH,与CK比较差异显著。添加硫磺粉能大幅度增加铵态氮含量,至堆肥结束时,T1和T2处理铵态氮含量分别是CK处理的15倍和24倍,差异极显著; 还增加了堆肥有效硫含量,至堆肥结束T1和T2有效硫含量分别较堆肥初始增加35.7%和77.1%。整个堆肥过程总氮（TN）含量呈增加的趋势,堆肥结束时CK、T1和T2处理的TN含量分别达15.8、16.5和16.9 g/kg,T1和T2分别比CK处理增加4.4%和7.0%。说明在牛粪好氧堆肥中添加0.5%或1.0%硫磺粉,均可起到一定的保氮作用,可大幅度提高堆肥铵态氮和有效硫的含量,改善了堆肥养分品质; 而且添加1.0%硫磺粉效果好于0.5%硫磺粉。但是添加1.0%硫磺粉缩短了堆肥高温期,降低了种子发芽指数,不利于堆肥的无害化进程。     

适量通风显著降低鸡粪好氧堆肥过程中氮素损失

【目的】研究不同通风量对鸡粪好氧堆肥过程中温度、含水率、种子发芽指数 (GI) 及氮素形态转化的影响,以期在达到鸡粪无害化要求的前提下,为减少鸡粪好氧堆肥过程中的氮素损失、提高堆肥成品品质、优化通风曝气工艺参数和节省能耗提供参考。【方法】试验在山东某有机肥厂好氧堆肥车间开展,以鸡粪和稻壳为原料,按照1∶1(质量比) 混合均匀之后作为堆肥初始物料。在间歇性强制通风和翻抛条件下,设置低、中、高3个通风水平,即通风量依次为0.1、0.2和0.3 m3/(m3·min),好氧堆肥周期为28 天。通过现场定期采样,测定温度、全氮、NH₄+-N、NO₃–-N、pH、含水率和发芽指数等指标,研究不同堆肥阶段各指标的变化和氮素形态的转化。【结果】在整个好氧堆肥周期内,堆体温度呈现先升高后降低的趋势,低、中和高通风量的最高温度分别达到68.3℃、71.8℃和68.6℃,高温 (≥ 50℃) 持续时间均超过12 天,达到了畜禽粪便无害化卫生要求;含水率逐渐下降,各通风量处理分别由最初的63.2%、62.1%和64.5%降低到32.4%、30.1%和29.2%;pH先升高后降低,至好氧堆肥结束时,各通风处理的pH均处于7.5～8.0 之间;种子发芽指数 (GI) 均大于80%,说明经过28 天的好氧堆肥后,三个通风处理条件下的鸡粪堆肥成品均达到了腐熟度要求。NH₄+-N含量均呈现先增长后逐渐降低的趋势;NO₃–-N含量呈现明显的增加趋势;总氮 (TN) 含量在整个好氧堆肥周期内整体上呈现先降低后增加的趋势;经过28 天的好氧堆肥结束之后,低、中、高通风处理的氮素损失率分别为19.8%、20.2%和29.6%,低通风量与中通风量之间差异不显著,高通风量显著高于低通风量和中通风量 (P ≤ 0.05)。【结论】在鸡粪进行好氧堆肥过程中,通风量为0.1、0.2和0.3 m3/(m3·min) 下,堆肥成品均能达到腐熟度和无害化要求,其中采用中通风量0.2 m3/(m3·min) 时的氮素损失较少,且种子发芽指数较高。综合以上指标及实际工厂化运行过程的影响因素,在鸡粪好氧堆肥过程中建议采用的通风量为0.2 m3/(m3·min)。     

我国城市厨余垃圾好氧堆肥研究综述

随着社会经济的发展,我国2000年之后逐渐开展城市厨余垃圾的好氧堆肥研究,且厨余垃圾好氧堆肥相关理论技术研究成果逐渐增多,源头处理、动态堆肥等新课题相继提出。本文介绍了好氧堆肥的一般机理,总结了厨余垃圾好氧堆肥预处理、微生物选择与接种、工艺条件控制、腐熟度判定、堆肥形式的研究成果。好氧堆肥处理厨余垃圾需要对原料进行一定的预处理,过程控制主要是通风量和搅拌,堆肥周期和对环境的影响因堆肥形式而异,堆垛式、槽式、容器式、蚯蚓和蝇类抗菌肽堆肥技术特点和优缺点有所不同,适用场所也不一,但都应达到相同的腐熟标准,已有实时、在线监测系统用于腐熟度测定。厨余垃圾堆肥的未来发展是基于源头容器式动态或静态堆肥,生产可就近使用的有机肥或能集中至堆肥厂再经规模化堆制加工为成品肥。     

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。     

不同添加剂对厨余垃圾堆肥NH3和H2S排放的影响

近年来中国的城镇化率越来越高,生活垃圾产量也随之剧增,作为生活垃圾中的宝贵资源,厨余垃圾的堆肥化处理得到广泛关注。为了减少厨余垃圾在堆肥化利用过程中的臭气排放,该研究以纯厨余垃圾堆肥作为CK1,以添加15%玉米秸秆的厨余垃圾堆肥CK2,并在CK2的基础上选择吸附剂（活性炭+沸石,膨润土）、表面活性剂（β-环糊精,鼠李糖脂）、堆肥菌剂（城市固体垃圾专用菌（SUKAZYE-MW）,酵母菌）这3类材料作为添加剂,每种添加剂设置3个不同的添加量,以NH3和H2S作为监测物质,在实验室内使用广口瓶进行模拟堆肥,研究了不同添加量的各种添加剂对厨余垃圾堆肥过程中臭气减排效果的影响。研究结果表明,添加秸秆后可以减少NH3排放7%～23%,减少H2S排放38%～50%;在CK2的基础上添加2%的活性炭+沸石氨气控制效果最佳,与对照处理相比可分别使NH3的排放量再减少84%和79%,但2种吸附材料对H2S减排效果不佳;2种表面活性剂对NH3的减排效果均不明显,但添加1%的β-环糊精可以在CK2的基础上使H2S排放减少35%;与CK2相比添加0.4%的城市固体垃圾专用菌可以使NH3减排72%、H2S减排33%。该研究结果为厨余垃圾堆肥过程中臭气减排材料的选择提供了参考。     

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。     

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。     

粪便好氧堆肥过程中温度对有机物的降解和氮的保持特性影响

研究堆肥过程温度对有机物的降解,尤其是氮的迁移转化的影响,对于提高堆肥效率和保持更多的氮在产物中具有重要意义。本研究采用密闭式好氧堆肥反应器,模拟高温(60℃)和中温(35℃)两种典型的堆肥温度,以新鲜锯末为空白载体,在含水率60%以及连续强制供气的条件下,进行了为期两周的试验,评估温度对于粪便中有机物的降解和氮的迁移转化的影响。结果表明,粪便中有机物(固体中的有机物,总有机碳、化学需氧量)高温去除率70%,比中温的63%高出11%;且堆肥腐熟期高温(6～8 d)比中温(10～11 d)缩短约4 d。总氮的损失高温(17%)比中温(31.4%)减少了约50%。高温下氮的损失发生在堆肥反应的第1 d,由无机氮的迅速减少造成,有机氮几乎未变。中温下氮的损失在堆肥反应的前4 d,由无机氮和有机氮共同参与。研究表明,温度对堆肥具有显著的影响,控制合适的堆肥温度不仅可以加快有机物的腐熟,提高效率,还可以减少氮的损失,提高产物的肥效。     

机滚船遥控驾驶系统设计

为降低劳动强度,实现水田耕作无人驾驶,以南方使用较广的机滚船为研究对象,在不改变现有结构的基础上,设计了一种遥控驾驶系统。该系统主要由电控气动执行元件、信息处理单元、信号采集系统、比例遥控收发电路等组成,可实现对机滚船的离合、换挡、转向、耕深等精确控制。试验表明,该控制系统遥控距离大于70 m,转向半径小于2.3 m,直线行驶横向偏差小于25 cm,工作可靠,环境适应性强,具有很好的应用前景。     

设施环境无线监控系统的设计与实现

针对设施农业生产环境监控过程中信息监测点和设备控制点分散的情况,设计了一种具有自组织跳转数据传输功能的通用性无线监控系统.以具有ZigBee无线数据传输功能的JN5121模块为核心,设计传感器输入接口和设备控制输出接口,研制实现现场信息的获取和设备控制的前端无线节点;以ARM9为核心扩展多种资源接口作为监控系统主机硬件,在Linux操作系统平台下使用MiniGUI编制监控功能和人机交互界面,通过对前端无线节点的统一协调指挥,完成对环境信息的采集分析和对设备的综合控制.结果表明,系统具有成本低、通用性强、可扩展性强、可靠性高等特点,可方便地应用于温室、大田、养殖等到各种场合的环境监控,从而满足用户的不同需要.     

东方红X-804拖拉机的DGPS自动导航控制系统

该文在东方红X-804拖拉机上开发了基于RTK-DGPS的自动导航控制系统。系统主要包括RTK-DGPS接收机、导航控制器、转向操纵控制器、电控液压转向装置和转向轮偏角检测传感器。其中转向操纵控制器、转向轮偏角检测传感器和电控液压转向装置构成转向轮偏角的闭环控制回路,该回路可根据导航控制器提供的期望转向轮偏角实现偏转角的随动控制。将拖拉机运动学模型和转向操纵控制模型相结合,建立了拖拉机直线跟踪的导航控制传递函数模型,模型的输入是横向跟踪误差,输出是期望的转向轮偏角。设计了基于PID算法的导航控制器,仿真分析了系统稳定性和动态响应性能,确定了PID控制参数的较佳取值。针对东方红X-804拖拉机转弯半径大的特点,采用跨行地头转向控制方式,提出了具体的控制流程及算法。田间试验结果表明：采用所设计的DGPS自动导航控制系统,在拖拉机行进速度为0.8 m/s时,直线跟踪的最大误差小于0.15 m,平均跟踪误差小于0.03 m,所提出的跨行地头转向控制方法对试验拖拉机具有良好的适用性。