好氧堆肥反应装置设计及其效能评价

发布时间：2020-08-14 10:03

【摘要】：本研究基于我国畜禽废弃物及秸秆等原料发酵降解时间长等问题,采用好氧发酵方式处理固体废弃物,目的在于缩短发酵处理固体废弃物的时间,增加其处理量。针对物料混合不均匀、曝气不充分及发酵不彻底等问题,研制一种强化堆料径向流动好氧堆肥反应装置。并对反应装置的保温性能,搅拌性能及发酵性能进行了测试试验,结果如下:(1)堆肥反应装置:包括主体结构、通风系统,传动系统、控制系统等四部分,核心部件为搅拌器,搅拌器的每个桨叶上表面增设径向拨片,下表面增设曝气孔,增加堆肥物料径向流动,并能与空气充分接触,强化好氧发酵均匀性与彻底性。反应装置内侧设置传感器,实时监测氧浓度。(2)保温性能:经过14.5h的常规与搅拌两种方式降温,常规降温温差为10.9℃,搅拌曝气降温温差为18.4℃。两种降温方式的温差为7.5℃。反应装置的平均传热系数为1.65w·(m2·k)-1,搅拌曝气5min平均散失的热量为6.49×106J。(3)搅拌性能:TS(总固体含量,Total solids)为70%的硬纸屑与TS为50%的木屑混合搅拌2min,其变异系数为41.25%,搅拌5min与10min后,变异系数分别为9.59%与7.93%,都小于10%表明物料混合均匀,物料搅拌5min后,物料保持一个较均匀的状态。发酵过程中,径向叶片促使物料径向流动,增强物料的流动性,从而加强物料与氧气的接触机会,促使发酵加速进行,大大缩短了发酵周期。(4)发酵性能:对牛粪、玉米秸秆与麦麸正交试验优化,得到最适干质量配比为2:2:1,运用最适原料配比进行堆肥试验,发酵结束时,堆肥混合物料表观表现为由原始黄色带有刺激性气味变为腐殖质气味较浓的深褐色。堆料温度在50℃以上的天数为5.4d,堆料最高温度达到68.4℃。堆肥期间反应装置的各层物料内的氧浓度均大于8%,各层氧浓度标准偏差最大值为0.82,其中变异系数为6.28%,表明氧浓度偏离度较小,各层氧浓度混合均匀。堆体各层pH变化显示为下降→上升→下降趋势,最终pH下降为8.2,pH指标符合国家无害化处理要求。含水率由堆肥初始的66.77%下降到堆肥结束的32.92%。反应装置内堆体各层有机质降解量分别达到14.22%、14.89%、13.80%,最终各层有机质含量为76.13%、75.45%、76.54%。总有机碳(TOC)由堆肥初始的1.66%上升到堆肥结束的2.26%,总氮(TN)堆肥初始的44.21%下降为堆肥结束的37.68%,C/N由初始的29.92下降为堆肥结束的16.67,C/N指标达到国家标准。种子发芽指数(GI)堆肥结束上、中、下各层均大于85%,上层最高可达96.59%,因此,堆肥产品达到使用要求。利用模糊数学评价模型对反应装置的性能更全面的进行综合评价,从筛选评价因子、建立评价矩阵、确定各因子的隶属度模糊集、确定各评价等级的隶属度等四个方面对反应装置的可行性进行评价,综合评价结果显示,反应装置的各影响因子的权重降序排序为u1(综合传热系数)u6(平均氧浓度)u3(高温≥50℃持续时间)=u4(C/N)u7(种子发芽指数)u2(混合变异系数)u5(有机质含量),其中综合传热系数与平均氧浓度是影响反应装置性能的两个重要指标,有机质含量对反应装置的影响较小。根据最大隶属度原则,良好等级以上的隶属度为0.658,因此,该反应装置可行性为良好。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S141.4

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