随着社会经济的发展,环境问题日益突出。污泥承载着污水中一半以上的污染物质,如得不到有效处理,将对环境造成二次污染。堆肥技术以其成熟、稳定的特点,发展成为广泛应用的主流污泥处理技术之一。目前国内大中型污泥处理项目主要采用以翻堆机为核心设备的动态槽式堆肥工艺,但现阶段的翻堆机设计多采用半理论/半经验设计法、类比法、直觉法等传统设计方法,存在理论依据不充分、无法实现定制化设计、动力参数模型单一等问题,易造成翻抛机动力不足引发“憋停”现象或功率过大引起资源浪费。本次研究基于SACT堆肥工艺中的滚筒式翻堆机工况,深入开展堆肥物料阻力特性研究,旨在通过开展堆肥物料力学性能研究补充翻堆机设计理论,优化SACT工艺运行参数,提高系统适应性。本次研究取得的主要研究成果包括:1)提出堆肥物料阻力特性指标,建立抗剪强度与物料参数的数学模型τ=f(物料参数体系),并选择7项参数组成物料参数体系,确定了堆体高度、温度、含水率、密度、粒径分布5项参数制定试验方案。2)首次开展关于SACT工艺的物料特性研究,在洛阳污泥处理厂进行堆体抗剪强度和物料参数现场试验,取得有效数据420组。3)提出一种抗剪强度检测方法,设计了非标试验设备VST140、150型十字板剪切仪,实测极限扭矩数据与理论值误差8.15%,验证了设备用于抗剪强度原位测量的可靠性。4)通过EDEM离散元软件进行出料端VST150剪切试验仿真模拟,建立物料参数与仿真模型参数关联性,修正模型参数,仿真得到的极限扭矩值与实测值误差9.3325%。5)通过BP神经网络算法建立抗剪强度预测模型,即输入堆体高度、温度、含水率、密度四项参数预测抗剪强度值,预测结果与实测值平均误差11.35%。6)本次研究得到SACT工艺堆体抗剪强度分布规律:最大值出现在距发酵仓进料端14~20m处,次大值出现在出料端堆体最高处,平均比值约为1.3。本次研究从理论、试验、实测、数值模拟和BP神经网络多个方面开展堆肥物料力学性能研究。十字板剪切仪适用于已有堆肥现场,通过测量出料端极限扭矩,结合其分布规律,预测整仓抗剪强度最大值和所处位置;EDEM仿真模型适用于单一物料状态下,由物料参数推导抗剪强度;BP神经网络预测模型适用于建立数据库,由抗剪强度反向推导各项物料参数变化规律,对翻堆机设计和工艺参数优化提供方案。本次研究对翻堆机设计理论的完善和堆肥项目智能化设计具有现实意义。