【摘要】：傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)廢棄物處理方式包括燃燒、傾倒、填埋等,其對養(yǎng)分和微量元素的利用率較低,并在處理過程中產(chǎn)生溫室氣體、細顆粒污染物和垃圾滲濾液等有害物質(zhì),對大氣、土壤、水造成嚴重污染。生物質(zhì)的肥料化利用,可以將生物質(zhì)資源取之于土地而用之于土地,改善土壤肥力,是目前所提倡的方式。常規(guī)的直接還田肥料化作業(yè),有悖于作物生長的農(nóng)藝需求,對作物產(chǎn)量產(chǎn)生負面影響,同時易產(chǎn)生二次污染。好氧堆肥是一種可以安全高效間接化處理農(nóng)業(yè)廢棄物的方式,減少環(huán)境污染,實現(xiàn)生物質(zhì)資源的循環(huán)利用。本課題進行好氧堆肥多場反應機理研究,通過建立數(shù)學模型對好氧堆肥的關鍵參數(shù)進行模擬,針對內(nèi)部溫度、含氧量的不均勻,設計螺帶-螺桿式堆肥反應器,促進均質(zhì)化反應,提高好氧堆肥反應效率。本課題來源于2016年江蘇省重點研發(fā)計劃(現(xiàn)代農(nóng)業(yè))項目“基于工廠化全密閉環(huán)境的秸稈綠色高值肥料化智能處理關鍵技術研究(項目編號:BE2016245)”。本文根據(jù)好氧堆肥反應“質(zhì)量-熱量-動量”耦合特性,考慮溫度、含氧量及質(zhì)量等對微生物活性的影響,對圓柱坐標系下反應器中物料的熱量傳遞、氧氣擴散進行分析,得到二維坐標系下溫度、含氧量、底物濃度、好氧微生物濃度的數(shù)學表達式,并確定其邊界條件,建立多場耦合作用下的反應器中好氧堆肥反應數(shù)學模型,進行仿真模擬,得到不同高度的溫度、含氧量變化曲線。本文針對由于好氧堆肥反應器內(nèi)部存在著溫度、含氧量等環(huán)境參數(shù)的軸向差異,而導致產(chǎn)品難以均質(zhì)化的問題,基于堆肥反應熱力學、動力學原理,設計螺帶-螺桿式好氧堆肥反應器。根據(jù)計算流體動力學理論,通過建立螺帶-螺桿式好氧堆肥反應器內(nèi)部流場有限元模型,利用專業(yè)CFD仿真軟件Fluent對20、40、60、80r/min轉速下的內(nèi)部流場進行模擬分析,得到了流場壓力、流速以及流體跡線圖,確定反應器的轉速。本文以是否翻堆攪拌為變量,以好氧堆肥反應器在堆肥過程中上、中、下三層的表觀現(xiàn)象、溫度、酸堿度、氧濃度、全碳、全氮、全磷、全鉀含量、碳氮和種子發(fā)芽指數(shù)為堆肥質(zhì)量主要參數(shù),對螺帶-螺桿堆肥反應器進行性能測試,結果表明:溫度和含氧量的變化趨勢基本和數(shù)學模型基本一致;采用螺帶-螺桿式進行翻堆可以促進物料軸向流動,減少溫度、含氧量的軸向差異;上、中、下3層的50℃以上的時間分別為7.3、6.8、5.5 d,反應過程中氧氣含量的體積分數(shù)均大于8%;各層堆料的最終碳氮比介于15～20之間,種子發(fā)芽指數(shù)均大于88%,因此該反應器可以實現(xiàn)好氧堆肥的無害化、均質(zhì)化。并對不同時期的堆肥物料進行掃描電鏡分析,得到牛糞和秸稈顆粒的變化規(guī)律。
【圖文】：

１．３．１好氧堆肥原理逡逑好氧堆肥是在高溫有氧條件下，有機物質(zhì)被好氧菌吸收、氧化、分解的一個過程ｔ２１］。逡逑其反應機理如圖１－１［２２］所示：逡逑合成邐細胞物質(zhì)逡逑ｍｃＷｍ邋＊邋一，（微生繁殖）逡逑堆肥有機物逡逑Ｃ、Ｈ、０、Ｎ、Ｐ、Ｓ邐？逡逑氧，微生物邐．—邋邋邋邐—邐—．．．邋．逡逑邐邋邐；邐Ｉ邋ｔ逡逑氧化分解邐邋Ｃ０２ｘ邋ｈ２ｏ．邋ｎｈ３邐爐抒逡逑異化作用邐Ｐ0４３－．邋Ｓ0４２＇邋ｉ逡逑排入環(huán)境邐轉化為能量逡逑圖１－１堆肥反應機理逡逑在堆肥反映過程中，其反應速率主要受以下幾個因素影響：逡逑ｉ．逡逑

３逡逑（１邋）溫度逡逑堆肥過程按照溫度可以分為四個階段，如圖１－２所示。第一階段在１５－３５°Ｃ之間，好氧逡逑嗜溫細菌等開始進行有機物的分解，這些微生物利用可溶性且易于吸收的化合物生成糖、逡逑氨基酸和脂質(zhì)等，微生物代謝活動產(chǎn)生放熱反應，增加堆肥溫度，可達到６５－８５°Ｃ。在此逡逑過程中，，嗜溫微生物的活性降低逐漸被嗜熱微生物所取代，在這樣的溫度下，有害細菌和逡逑種子等將被消滅。之后，隨著能源的耗盡，堆肥溫度降低至１５－３５°Ｃ之間，嗜溫細菌將進逡逑行二次繁殖，分解剩余的糖、纖維素和半纖維素等。在最后的階段，溫度趨于穩(wěn)定，形成逡逑腐殖質(zhì)［２３－２５］。逡逑Ｔｒｑ逡逑Ｉ邐｜邐，逡逑７０—邐Ｉ邐＿邋ｃｏ＾ｈａｎＨｓ邋ｉ逡逑６５－邐：邐：邐：逡逑Ｉ逡逑４０＿邋／ｆ邋：ｌ邋ｐＨ逡逑１８＇，丨邋Ｐ邐ｉ邋：
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S224.2;X71

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