堆肥物料含水率在线检测系统的优化及试验验证

发布时间：2020-09-19 17:15

　　畜禽粪便堆肥是农业废弃物资源化利用的重要途径,可有效解决畜禽粪便造成的农业面源污染问题,实现废弃物的循环利用,符合低碳环保及可持续发展的要求。堆肥过程中,物料含水率过高或者过低都会影响到堆肥微生物的发酵效果,并最终影响堆肥的腐熟效果。堆肥物料含水率在线检测对及时掌握堆肥信息、优化堆肥工艺参数及控制堆肥进程十分重要。与其它含水率在线检测方法相比,频域反射法(Frequency domain reflectometry,简称FDR)通过物料的介电常数来确定含水率,具有操作简单、快速准确、定点连续等优点,已在土壤含水率检测中得到了广泛应用。与土壤相比,畜禽粪便堆肥过程中物料容重及温度变化范围较大,通常容重的变化范围为600-800kg/m~3,温度的变化范围为20-70℃。而现有FDR均是针对土壤特性设计的,畜禽粪便堆肥物料介电常数及频域介电性变化范围与土壤不同,因此采用现有FDR检测堆肥物料含水率误差较大,精度低。为解决这一问题,本文在总结前人研究成果基础上,主要进行了以下研究工作:将猪粪秸秆混合物料放入内径40cm高60cm的发酵罐进行堆肥试验,采用5cm、10cm、15cm及20cm探针长度的FDR水分传感器,分别检测不同容重和不同温度物料含水率,将含水率检测值与烘干法检测值进行对比分析及回归分析,确定了堆肥物料含水率的最优探针长度。设定堆肥物料不同容重水平、不同温度水平及不同初始含水率水平,在无水分蒸发的条件下,进行了FDR水分传感器检测物料含水率单因素试验。比较了FDR含水率检测值与烘干法检测值的偏差,分析了含水率、温度及容重3个因素分别对FDR检测值偏差的影响规律。应用响应曲面法(Design expert)设计并完成了容重、温度及初始含水率为影响因素的3因素3水平正交试验,建立了不同含水率物料在不同温度及不同容重情况下对FDR含水率检测值的响应曲面模型,将样本模型的含水率计算值与烘干法检测值进行了多项式回归,得出了FDR含水率检测值的优化模型。将优化模型嵌入堆肥含水率在线检测系统并进行了堆肥含水率检测试验,验证了优化模型的正确性及堆肥含水率在线系统的可靠性。
【学位单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S141.4
【部分图文】：

原理图,张力计,工作原理图

g。酵物料样本在 75℃下烘至恒重，约 24 小时[17]，干耗时较长，缺乏时效性等缺点，只适合在小型掌握物料含水率信息，有利于及时对其他相关参中包括张力计法、射线法、中子法、电阻法和介壤含水率受土壤孔隙间的毛管引力和土壤的分子含水率[18]，其原理图 1-1 所示。1992 年 Gardne力[19]。Rechard 等对原有的张力计进行了改进，力计结构和工作原理相对简单，造价便宜，可实范围对土质要求较高，只有当物料中的水分负压效。而堆肥物料与土壤相比，质地较为疏松，物要求，故采用张力计法检测堆肥物料含水率存在

衍射图,射线法,工作原理图,中子法

图 1-2 射线法工作原理图Figure 1-2 Ray Method Working principle diagram五十年代被广泛应用于土壤的含水率[24-26]。中子粒和水的原子散射，通过中子仪检测土壤中衍射图 1-3 所示。中子法检测含水率速度快且精度高较深层物料的含水率，检测浅层物料含水率时，重偏差[28]。此外，中子法存在辐射问题，不便于点，中子法在堆肥水分中的应用受到了极大限制

衍射图,中子法,工作原理图

【参考文献】