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黑龙江省秸秆和畜禽粪便产量巨大且利用率低,严重威胁其生态环境。好氧堆肥是一种处理秸秆和畜禽粪便的有效方法,但黑龙江地处寒区,好氧堆肥面临堆体难以自然升温、堆体维持高温困难、堆肥设备能耗过高及堆肥周期过长等问题。本研究从寒区好氧堆肥实际情况出发,构建一套效率高、能耗低、经济性和可操作性好的好氧堆肥余热回收系统,充分利用堆肥余热,减小寒区低温对好氧堆肥的限制,提升好氧堆肥效率。本文的主要研究内容及结论如下:
(1)采用控制变量法研究好氧堆肥通风量(0m3/(min·m3)、0.05m3/(min·m3)、0.20m3/(min·m3)、0.35m3/(min·m3))、通风频率(0min/h、10min/h、20min/2h、30min/3h)对好氧堆肥效率的影响。研究结果表明,通风量为0.20m3/(min·m3)、通风频率为20min/2h实验组在温度、含水率、有机质、C/N、pH、EC等方面均表现出绝对优势;堆体最高温度达到61℃、50℃以上维持了5.37天。
(2)在好氧堆肥系统中引入板翅式余热回收系统,系统研究不同环境温度下(环境温度11.4~13.4℃、环境温度7.1~8.6℃),余热回收对好氧堆肥效率的影响。研究结果表明,余热回收可有效提升好氧堆肥效率,具体表现为堆体升温更快、高温期维持时间更长、堆体最高温度更高;余热回收实验组在含水率、有机质、C/N、pH、EC等方面也表现出绝对优势。环境温度为11.4~13.4℃时,余热回收实验组堆体温度达50℃用时1.62天、堆体温度50℃以上维持7.15天、堆体最高温度为63.8℃;与正常堆肥实验组相比,余热回收实验组堆体温度达50℃用时缩短0.55天、堆体温度50℃以上维持时间多1.42天、堆体最高温度高2.8℃。环境温度为7.1~8.6℃时,余热回收实验组堆体最高温度为62.4℃,50℃以上维持5.61天。正常堆肥实验组堆体最高温度为41.2℃,不符合无害化要求。
(3)应用ANSYS对余热回收换热过程进行仿真及验证。研究结果表明,余热回收可有效提升空气温度,余热回收仿真准确率达91%以上。环境温度为11.4~13.4℃时,最高可以使空气提高4.72℃;环境温度为7.1~8.6℃时,最高可以使空气提高5.46℃。
(1)采用控制变量法研究好氧堆肥通风量(0m3/(min·m3)、0.05m3/(min·m3)、0.20m3/(min·m3)、0.35m3/(min·m3))、通风频率(0min/h、10min/h、20min/2h、30min/3h)对好氧堆肥效率的影响。研究结果表明,通风量为0.20m3/(min·m3)、通风频率为20min/2h实验组在温度、含水率、有机质、C/N、pH、EC等方面均表现出绝对优势;堆体最高温度达到61℃、50℃以上维持了5.37天。
(2)在好氧堆肥系统中引入板翅式余热回收系统,系统研究不同环境温度下(环境温度11.4~13.4℃、环境温度7.1~8.6℃),余热回收对好氧堆肥效率的影响。研究结果表明,余热回收可有效提升好氧堆肥效率,具体表现为堆体升温更快、高温期维持时间更长、堆体最高温度更高;余热回收实验组在含水率、有机质、C/N、pH、EC等方面也表现出绝对优势。环境温度为11.4~13.4℃时,余热回收实验组堆体温度达50℃用时1.62天、堆体温度50℃以上维持7.15天、堆体最高温度为63.8℃;与正常堆肥实验组相比,余热回收实验组堆体温度达50℃用时缩短0.55天、堆体温度50℃以上维持时间多1.42天、堆体最高温度高2.8℃。环境温度为7.1~8.6℃时,余热回收实验组堆体最高温度为62.4℃,50℃以上维持5.61天。正常堆肥实验组堆体最高温度为41.2℃,不符合无害化要求。
(3)应用ANSYS对余热回收换热过程进行仿真及验证。研究结果表明,余热回收可有效提升空气温度,余热回收仿真准确率达91%以上。环境温度为11.4~13.4℃时,最高可以使空气提高4.72℃;环境温度为7.1~8.6℃时,最高可以使空气提高5.46℃。