响应曲面法优化沼渣快速堆肥研究
发布时间：2022-02-15 16:42
采用Box-Behnken设计,以碳氮比（C/N）、通风量、初始含水率为3因素,设计了17组堆肥实验,建立回归模型,以抗生素降解率和氮、磷、钾总含量为响应值,确定沼渣快速堆肥的最优工艺。结果表明:3因素对响应值F1抗生素降低率的影响显著性排序为:通风量>C/N>初始含水率,对响应值F2（总养分含量）的影响显著性顺序为:通风量>初始含水率>C/N。综合考虑,为同时确保抗生素降解率较高且氮磷钾总含量较高,最优工艺条件为C/N为30,通风量为1. 13 L/（min·kg）,初始含水率为65. 54%。验证实验结果与预测值吻合,响应曲面法用于沼渣快速堆肥工艺优化具有可行性。
【文章来源】：环境工程. 2019,37(12)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
堆肥反应器
温度、p H、含水率是反应堆肥进程的重要指标(图2)。可知:除T1、T3、T5、T7、T13实验组外，其余实验组温度均有5 d能达到50℃以上。其中，T9、T10、T11、T12维持50℃以上达7 d，且T9、T10维持在60℃以上达4 d左右，最高温度分别为61.2,62℃。T9、T10、T11、T12、T14实验组升温速度最快，均在第3天达到50℃以上。根据T9、T10、T11、T12实验组的温度变化可知，C/N为30，通风量为1 L/(min·kg)时对堆体升温最有利，而初始含水率对堆体升温影响不明显。在堆肥过程中，微生物分解堆料中有机物进行新陈代谢，并释放出大量热量，使得堆体温度上升，水分迅速蒸发流失，堆体含水率下降。图2b反映了17组实验的堆体含水率变化，由于T1、T3、T5实验组堆体温度较低且高温维持时间较短，因此堆肥过程中这3组的含水率变化并不明显，而其余实验组含水率均呈不断下降的趋势。其中，T9与T10实验组由于堆体温度高且持续时间长，最终含水率分别为16.47%和15.57%。
对氮磷钾总含量进行多元回归拟合，获得响应值F2对自变量的二次多项回归方程:F2=4.72262+0.17384X1+0.53626X2+0.22933X3+0.073488X1X2+0.087505X1X3-0.20052X2X3+0.10847X21-0.49547X22-0.92033X23。由表5可知:氮磷钾总含量的响应面模型达到极显著水平(P<0.01)，其中，X3达到显著水平(P<0.05),X2、X22、X23达到极显著水平(P<0.01)，失拟项不显著(P>0.05)。该模型的信噪比(adeq precision)为13.838，在可接受范围内(>4)，表明该模型对实验的拟合度很好，可以对总养分含量的响应值进行预测。如图4所示，C/N对氮、磷、钾总含量的影响不明显，而氮、磷、钾总含量随通风量增大呈现减小的趋势。氮、磷、钾总含量随初始含水率增大呈现先增大后减小的趋势。根据规划求解的结果，3个变量在实验设置的取值范围内时，预测氮、磷、钾总含量的最大值为5.20%，此时X1=1,X2=0.59,X3=0.11，即C/N为30，最佳通风量为1.29 L/(min·kg)，初始含水率为65.54%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同通风速率对厌氧残余物沼渣堆肥的影响[J]. 邱珊,赵龙彬,马放,孙颖. 中国环境科学. 2016(08)
[2]城市沼渣堆肥工艺及其施肥技术的优化[J]. 许文江,章明清,洪翠云,李夏兰. 华侨大学学报(自然科学版). 2016(03)
[3]城市污泥与调理剂混合堆肥过程中有机质组分的变化[J]. 牛明杰,郑国砥,朱彦莉,赵馨玥,高定,陈同斌. 植物营养与肥料学报. 2016(04)
[4]沼渣好氧堆肥种子发芽指数快速预测可行性分析[J]. 黄光群,黄晶,张阳,韩鲁佳. 农业机械学报. 2016(05)
[5]种子发芽试验在低碳氮比堆肥腐熟度评价方面的适用性[J]. 罗渊,袁京,李国学,李恕艳,江滔,谭钧,邢文军. 农业环境科学学报. 2016(01)
[6]沼渣与污泥混合高温堆肥效果及氮素控制[J]. 周俊,杨玉婷,谢欣欣,雍晓雨,刘奋武,王舒雅,张雪英,郑涛. 生物加工过程. 2014(06)
[7]沼渣与畜禽粪便混合堆肥发酵效果的综合评价[J]. 宋彩红,贾璇,李鸣晓,祝超伟,于燕波,魏自民,潘红卫. 农业工程学报. 2013(24)
[8]响应曲面法优化文殊兰中生物碱的提取工艺[J]. 于淼,柏云娇,代岐昌,高世勇,张秀娟,季宇彬. 中草药. 2013(10)
[9]响应曲面法优化沼渣混合物料堆肥配比研究[J]. 宋彩红,夏训峰,席北斗,魏自民,李鸣晓,何小松,党秋玲. 中国环境科学. 2012(08)
[10]不同初始含水率对沼渣和秸秆混合堆肥过程的影响[J]. 翟红,张衍林,艾平,李善军,晏水平,王媛媛. 湖北农业科学. 2011(21)
本文编号：3626970
【文章来源】：环境工程. 2019,37(12)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
堆肥反应器
温度、p H、含水率是反应堆肥进程的重要指标(图2)。可知:除T1、T3、T5、T7、T13实验组外，其余实验组温度均有5 d能达到50℃以上。其中，T9、T10、T11、T12维持50℃以上达7 d，且T9、T10维持在60℃以上达4 d左右，最高温度分别为61.2,62℃。T9、T10、T11、T12、T14实验组升温速度最快，均在第3天达到50℃以上。根据T9、T10、T11、T12实验组的温度变化可知，C/N为30，通风量为1 L/(min·kg)时对堆体升温最有利，而初始含水率对堆体升温影响不明显。在堆肥过程中，微生物分解堆料中有机物进行新陈代谢，并释放出大量热量，使得堆体温度上升，水分迅速蒸发流失，堆体含水率下降。图2b反映了17组实验的堆体含水率变化，由于T1、T3、T5实验组堆体温度较低且高温维持时间较短，因此堆肥过程中这3组的含水率变化并不明显，而其余实验组含水率均呈不断下降的趋势。其中，T9与T10实验组由于堆体温度高且持续时间长，最终含水率分别为16.47%和15.57%。
对氮磷钾总含量进行多元回归拟合，获得响应值F2对自变量的二次多项回归方程:F2=4.72262+0.17384X1+0.53626X2+0.22933X3+0.073488X1X2+0.087505X1X3-0.20052X2X3+0.10847X21-0.49547X22-0.92033X23。由表5可知:氮磷钾总含量的响应面模型达到极显著水平(P<0.01)，其中，X3达到显著水平(P<0.05),X2、X22、X23达到极显著水平(P<0.01)，失拟项不显著(P>0.05)。该模型的信噪比(adeq precision)为13.838，在可接受范围内(>4)，表明该模型对实验的拟合度很好，可以对总养分含量的响应值进行预测。如图4所示，C/N对氮、磷、钾总含量的影响不明显，而氮、磷、钾总含量随通风量增大呈现减小的趋势。氮、磷、钾总含量随初始含水率增大呈现先增大后减小的趋势。根据规划求解的结果，3个变量在实验设置的取值范围内时，预测氮、磷、钾总含量的最大值为5.20%，此时X1=1,X2=0.59,X3=0.11，即C/N为30，最佳通风量为1.29 L/(min·kg)，初始含水率为65.54%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同通风速率对厌氧残余物沼渣堆肥的影响[J]. 邱珊,赵龙彬,马放,孙颖. 中国环境科学. 2016(08)
[2]城市沼渣堆肥工艺及其施肥技术的优化[J]. 许文江,章明清,洪翠云,李夏兰. 华侨大学学报(自然科学版). 2016(03)
[3]城市污泥与调理剂混合堆肥过程中有机质组分的变化[J]. 牛明杰,郑国砥,朱彦莉,赵馨玥,高定,陈同斌. 植物营养与肥料学报. 2016(04)
[4]沼渣好氧堆肥种子发芽指数快速预测可行性分析[J]. 黄光群,黄晶,张阳,韩鲁佳. 农业机械学报. 2016(05)
[5]种子发芽试验在低碳氮比堆肥腐熟度评价方面的适用性[J]. 罗渊,袁京,李国学,李恕艳,江滔,谭钧,邢文军. 农业环境科学学报. 2016(01)
[6]沼渣与污泥混合高温堆肥效果及氮素控制[J]. 周俊,杨玉婷,谢欣欣,雍晓雨,刘奋武,王舒雅,张雪英,郑涛. 生物加工过程. 2014(06)
[7]沼渣与畜禽粪便混合堆肥发酵效果的综合评价[J]. 宋彩红,贾璇,李鸣晓,祝超伟,于燕波,魏自民,潘红卫. 农业工程学报. 2013(24)
[8]响应曲面法优化文殊兰中生物碱的提取工艺[J]. 于淼,柏云娇,代岐昌,高世勇,张秀娟,季宇彬. 中草药. 2013(10)
[9]响应曲面法优化沼渣混合物料堆肥配比研究[J]. 宋彩红,夏训峰,席北斗,魏自民,李鸣晓,何小松,党秋玲. 中国环境科学. 2012(08)
[10]不同初始含水率对沼渣和秸秆混合堆肥过程的影响[J]. 翟红,张衍林,艾平,李善军,晏水平,王媛媛. 湖北农业科学. 2011(21)
本文编号：3626970
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