滚筒式堆肥反应器通风搅拌系统设计与试验

针对有机废弃物堆肥过程中物料溶氧效率低导致的堆体起温速率慢、发酵不彻底等问题,设计了一种高效堆肥通风搅拌系统,该系统由分段式通风系统和组合式搅拌装置构成,通过对两个主要装置进行理论设计和DEM-FEM耦合仿真,实现堆肥通风和搅拌工艺优化。结果显示,通风系统中的最大应力出现在通风管上,为13.064 MPa,最大形变量为0.038126 mm,搅拌装置中最大应力出现在抄板上,为190.31 MPa,最大形变量为0.34417 mm,符合设计要求。在此基础上,以食物垃圾和梧桐叶为原料,进行为期14 d的堆肥试验,监测堆肥过程中关键参数变化并测定发酵产物相关指标,完成通风搅拌系统性能验证试验。试验结果表明:使用该通风搅拌系统的滚筒式堆肥反应器,其内部堆体温度在3 d时达到53.34℃,堆肥过程中堆体最高温度可达69.56℃,堆体高温期(大于50℃)可持续6 d以上;试验结束后其产物含水率降至27.21%、pH值升至8.4、种子发芽指数最高可达131.4%,符合有机肥料测定标准(NY/T 525—2021),滚筒反应器运行成本仅65.51元/t。

新型多格室粪便堆肥反应器设计与试验

针对常规粪便堆肥反应器进料自动化程度不高、堆肥效率低和产物质量差的问题,设计并构建出一种“连续进料—反应—出料”运行模式的新型多格室粪便堆肥反应器。对反应器的通风单元、加热单元进行优化设计,并以厕所粪便为处理对象,进行反应器运行性能试验。试验结果表明,经反应器堆肥处理后,粪便臭味减弱、颜色由棕黄色变为棕褐色,堆料高温期(≥50℃)维持在6 d以上,反应器不同运行阶段堆肥产品的种子发芽指数分别为104%、81%和128%,表明堆肥成品已实现完全腐熟和无害化。堆肥产品总养分、有机质和种子发芽指数均达到相关要求。

死畜禽立式堆肥反应器设计

针对目前我国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。利用有限元软件进行仿真分析,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。

红外辅热对堆肥反应器处理厨余垃圾的影响研究

开发了一种红外辅热厨余垃圾(FW)堆肥反应器,通过红外辅热延长高温期,实现FW堆料高温腐熟,促进有机氮(Org-N)合成。高温期结束时(第17天),红外辅热堆肥反应器堆料的种子发芽指数(GI)达到91.0%±8.3%,腐殖酸质量浓度为(383.3±7.7) g/kg,总凯氏氮(TKN)和Org-N质量浓度分别为(15.92±0.82)、(15.61±0.81) g/kg。红外辅热促进细菌中芽孢杆菌属(Bacillus)和假黄单胞菌属(Pseudoxanthomonas)以及真菌中曲霉菌属(Aspergillus)和念球菌属(Candida)等半纤维素降解和纤维素降解功能菌属的增殖。高温腐熟过程腐殖质的形成与溶解性芳香化合物聚合和Org-N合成直接相关。红外辅热可明显提高具有促进堆料腐熟、溶解性芳香化合物聚合和Org-N合成功能的细菌菌属的多样性,并降低具有抑制上述功能的真菌菌属的多样性。

不同反应器好氧堆肥工艺对猪粪中磺胺甲噁唑降解效果研究

为了研究不同反应器好氧堆肥工艺对猪粪堆肥及磺胺甲噁唑(sulfamethoxazole,SMZ)的降解效果,试验参照相应国家标准和已报道文献中的方法对3种不同反应器好氧堆肥工艺(T1处理组为静态堆肥、T2处理组为静态强制通风、T3处理组为强制通风加翻抛)的堆体温度、pH值、碳氮比、含水率、电导率、种子发芽指数、蛔虫卵死亡率、粪大肠菌群数及SMZ含量等指标进行测定,判定堆肥工艺优劣;根据SMZ降解数据建立一级降解动力学模型,分析SMZ与各指标之间的相关性,解析3个处理组SMZ的降解规律。结果表明:堆肥21 d后,T1、T2、T3处理组对于SMZ的降解率分别为80.51%、77.52%、93.83%,T3处理组在SMZ的降解中展现出较大的潜力;T1、T2、T3处理组SMZ在堆肥中的降解半衰期分别为7.49,7.76,4.24 d;SMZ含量与碳氮比、含水率呈极显著正相关(P<0.01),与种子发芽指数呈极显著负相关(P<0.01)。说明强制通风加翻抛反应器堆肥工艺可以更有效地促进堆肥腐熟及SMZ的降解。

死畜禽堆肥化利用技术装备现状及发展趋势

针对我国养殖业发展趋势及当前死畜禽无害化处理方式,系统分析了各种处理方式的利弊,提出好氧堆肥具有可持续发展的潜力。通过阐述好氧发酵堆肥技术原理和发展过程,确定容器式堆肥系统最适合死畜禽肥料化处理,同时对国内外的堆肥反应器从结构和性能两方面进行分类研究,提出养殖规模与技术装备的配套应用方案,最后根据我国的实际情况提出死畜禽肥料化处理利用是未来的发展方向,对促进养殖业稳定、健康发展,对生态环境的保护都具有重要意义。

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75.288 MPa,最大变形为3.680 mm,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2.0~3.0 mS/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稳定,反应器堆肥性能良好。该堆肥反应器的设计可为农业废弃物的资源化处理提供支撑。

鸡粪筒仓式反应器堆肥产品质量评估和经济效益分析

为评估筒仓式反应器堆肥产品质量,利用大型筒仓式反应器开展鸡粪堆肥试验,探究堆肥原料组成、曝气强度和发酵菌剂对反应器堆肥产品的腐熟状况、氮素含量、总养分含量等的影响,并分析反应器堆肥处理鸡粪的经济效益。结果显示,添加菌渣和发酵菌剂、维持适中的曝气强度可以提高堆肥温度,降低堆肥pH值。添加菌渣和发酵菌剂、增大曝气强度可以降低堆肥含水率。添加菌渣、降低曝气强度可以抑制总有机碳和腐殖质的降解,添加发酵菌剂可以促进总有机碳降解,但对腐殖质的影响较小。原料组成对腐熟堆肥的种子发芽指数的影响较小,增大曝气强度和添加发酵菌剂可以提高堆肥的种子发芽指数。反应器处理鸡粪堆肥产品的铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量为100~150 mg/kg,硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量较低且差别较小。反应器处理后的腐熟堆肥的总养分含量为5.58%~7.44%,达到国家有机肥料标准要求;总有机质含量为26.44%~48.12%,含水率为25.00%~35.00%,pH值为9.40,腐熟堆肥的种子发芽指数为19.33%~59.50%,均未达到国家标准要求,需要进行二次腐熟处理。该堆肥反应器每年可生产鸡粪有机肥约657 t,1 t鸡粪有机肥的生产成本为473元,每年可获得经济效益8.34×10^(4)元。堆肥反应器购置费用占养殖场鸡粪处理设施设备总投资的70%,建议加大对养殖场堆肥反应器购置的专项补贴力度。

卧式滚筒好氧堆肥和条垛式好氧堆肥技术的比较研究

卧式滚筒好氧堆肥采用卧式滚筒作为好氧反应器,通过滚筒的转动使物料、氧气、微生物充分混合反应,实现物料腐殖化。条垛式好氧堆肥是在好氧条件下,将物料混合后堆积成窄长条垛状进行堆肥化,并定期使用机械或人工进行翻堆通风。为验证卧式滚筒好氧堆肥和条垛式好氧堆肥效果的差异性,该研究以干式厌氧后的沼渣为主要原料,粉碎后的玉米秸秆、鸡粪为辅料,进行好氧堆肥试验。结果表明:试验第13天,卧式滚筒好氧堆肥温度不再上升,发芽指数(GI)为1.02,碳氮比(C/N)为14.36,胡富比为1.26,堆肥产物达到完全腐熟,堆肥时间远小于条垛式好氧堆肥的29天。卧式滚筒堆肥产物的总养分增加0.94%、胡敏酸含量为24.85 g/kg、纤维素降解率为33.45%、半纤维素降解率为34.33%、木质素降解率为15.33%,条垛式好氧堆肥产物总养分增加0.65%、胡敏酸含量为22.08 g/kg、纤维素降解率为29.33%、半纤维素降解率为30.26%、木质素降解率为10.28%,卧式滚筒堆肥产物的上述指标均显著高于条垛式好氧堆肥产物(P<0.05),表明其质量更优。因此,与条垛式相比,卧式滚筒好氧堆肥能够加速堆肥进程,减少堆肥时间,提高堆肥效率,保证堆肥质量。

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。

翻转式堆肥反应装置设计研究

以复合微生物菌剂降解垃圾的适宜条件为出发点 ,根据堆肥小试实验结果 ,确定进料垃圾特性、合理的工艺参数及一次发酵完成时间 ,结合制备装置材料的保温性、堆肥物料平衡、热量平衡 ,合理确定反应装置容积、供气方式、操作运行条件 ,开发了翻转式堆肥反应装置。该装置具有堆料搅拌均匀、进出料简单。

自由空域对猪粪麦秸好氧堆肥的影响实验分析

为研究不同水平自由空域(Fas)对堆肥效果的影响,利用实验室小型反应器进行了好氧堆肥试验,使用等量猪粪分别与等量不同粒径(0～1 cm、2～5 cm和7 cm)麦秸按照质量比1∶0.086混合获得不同Fas水平(56.70%、62.67%和68.36%),利用温度传感器、氧浓度传感器动态监测堆肥过程中温度和氧气体积分数的变化,研究分析了堆肥始末含水率和挥发性固体(VS)含量的变化,并基于M atlab平台建立了基于温度、氧气体积分数等多因素Monod形式的VS降解动力学模型。试验结果表明:等量猪粪与等量麦秸混合堆肥,麦秸粒径产生的Fas差异对堆肥过程影响显著;所建立的基于温度、氧气体积分数等多因素Monod形式VS降解动力学模型模拟结果与实际测量结果一致。

两室堆肥生物反应装置研究

以堆肥过程中物料平衡、热量平衡以及垃圾生物发酵特性为依据,设计了二室堆肥生物反应装置,并通过堆肥试验实际检验反应装置设计的合理性。装置主要结构包括:二室堆肥发酵仓、保温层、通风供氧系统、空气加热系统以及二次污染控制系统。装置的主要特点为:两发酵仓能够独立完成堆肥发酵,也可以实现堆肥一次、二次发酵串联工艺组合;通过二次污染控制系统,可以很好地减少堆肥过程中产生的废水臭气排放;采用空气加热系统,可以快速均匀地加热堆体,以满足不同堆肥工艺的需要。装置在试验研究以及小规模垃圾堆肥处理领域有一定的应用价值。

城市生活垃圾堆肥试验装置的设计

堆肥装置是研究堆肥过程中各种参数变化和获取优化参数的必不可少的工具。本文从堆肥维持其温度的先决条件出发,并在大量调研的基础上确定了实验室好氧发酵装置的合理尺寸、渗沥水收集和回喷系统、布气系统等。该装置的尺寸为长1 m,宽0.5 m,高0.6 m,堆料的高度为0.48 m;根据垃圾样品的理化性质,确定了渗滤液回喷的时间为116s、鼓风机的风量为0.055 m3/m in,风压为300 Pa,并且对其引入自动控制设备,使通风工作5 m in、休息35 m in。最后利用生活垃圾堆肥试验验证该装置满足堆肥的一次发酵要求。该装置采用自动控制系统,布水、布气均匀,保温效果好,发酵过程温度测定方便快捷,而且还有功率消耗小、臭气集中易于处理的优点。

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2.0L/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%。

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。

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。

新型堆肥生物反应器人粪便堆肥功效的评价

利用以锯末为载体的Bio-Lux S15型生态卫生设备，对人粪便进行了连续性堆肥实验，考察了BOD5、粪大肠菌和蛔虫卵的灭活以及最终产品N、P和K等肥料成分的含量。实验结果表明，最初30 d，BOD5的累积去除率由27%快速增加到50%，之后的30 d维持在50%左右，随后下降至40%左右。生态卫生设备中维持50-60℃的温度是杀灭粪便病原微生物的适宜条件，可保证粪便投入后在24 h内，粪大肠菌的灭活率达到99.99%，蛔虫卵的灭活率在2 h内达100%。对反应周期内载体的N、P和K等肥料成分的分析结果表明，反应过程中3种肥分都持续积累，在反应末期，按TN、P2O5和K2O计算的3种肥分最终分别达到25.1、123.4和2.0 g/kg，基本上达到了农用肥料的国家标准，表明以锯末为载体的反应器具有良好的堆肥效果。

以锯末为微生物载体的好氧堆肥反应器对人粪便降解特性的研究

以锯末作为好氧堆肥反应器的微生物载体,研究反应器对人类粪便的降解特性。在98d的堆肥反应试验中,每天定时、定量投加粪便并混合均匀。控制含水率和反应温度,对载体的总固体(TS)、有机质(VS)、灰分(Ash)和水溶性COD、总氮(TN)和氨氮(NH4+-N)含量进行了定量分析。研究结果表明,在载体体积为0.16m3、每日定量投加1kg粪便(4～5人的日排泄量)的条件下,载体中VS含量逐渐降低;灰分含量不断增加;水溶性COD去除率在前10d迅速提高,第10天达到83.5%,并一直保持到反应末期;水溶性TN和NH4+-N含量在反应过程中约有50%损失,但其含量在载体中不断增大,最终分别达到12mg/g和6mg/g。在整个过程中,反应器无臭无味,具有良好的卫生条件。因此,好氧堆肥反应器是一种可行的粪便处理设施,能有效降解有机物和保持肥分;在缺水或供水困难条件下,好氧堆肥反应器是一种良好的卫生和堆肥设备。

羊粪好氧堆肥处理研究进展

随着我国集约化养羊的快速发展,由此产生的大量羊粪带来了很大的环境压力。而好氧堆肥是一种利用好氧微生物发酵使羊粪转变为有机肥料并达到无害化处理的有效方法。从羊粪的特点着手,对羊粪好氧堆肥原理、过程影响因素、腐熟指标、现行工艺进行了总结和分析。分析结果表明:羊粪颗粒具有较好的表面致密形态,为堆肥堆体的通风提供了良好的工艺条件;采用生物接种强化好氧堆肥过程是一项有效的羊粪无害化、资源化处理的新工艺。