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在好氧高温堆肥过程中,通风供氧是影响堆肥成败和效率的关键因素之一,而氧气消耗动态对于了解和调控堆肥进程具有重要意义。国内外关于堆肥过程中氧气及通风控制的研究较少,且缺乏系统性和应用性。本论文系统研究了在强制通风静态垛堆肥系统中,不同废弃物在不同条件下,采用时间-温度反馈方式进行自动控制时,堆肥过程中的氧气消耗动态及氧气、温度的时空变化特征,旨在进一步优化堆肥控制过程,加速堆肥的工业化推广应用。试验中得出的结论如下:
耗氧速率在堆肥过程中呈现出先升高再降低的变化趋势,到堆肥后期趋于稳定,在堆肥进入高温期前先于温度达到最大值。造纸污泥堆肥中,增加木屑的用量将导致耗氧速率值变大;当堆体规模扩大时,耗氧速率值也变大。
造纸污泥工厂化堆肥过程中,升温期和堆肥结束时,耗氧速率值与温度值的分布区域接近;但在高温期,其分布区域不一致。
CTB堆肥自动控制系统补充氧气的能力较好,通风后堆体氧气含量基本能恢复到17%以上。增加调理剂用量能够改善堆体透气性,提高通风后氧气能够恢复到的最高含量。在不同阶段,通风后恢复到最高氧气含量所需的时间相差1~3min。堆体中间部位的供氧效果略差,而在工厂化堆肥时,堆体纵向边缘部位的供氧效果最好,仓门附近的供氧效果最差,其所需的充氧时间更长;堆体的不均匀性大于中试规模。
增加堆高能够明显提高堆体下层的温度,并延长堆体高温期的持续时间,同时将导致耗氧速率值变大。在造纸污泥堆肥中,当堆体高度由1.5m增加到1.8m时,最大耗氧速率值增大了1倍;增加堆高将降低堆体透气性,导致供氧效果变差、供氧时间延长、最低氧气含量值大为降低。而采用分层布气的方式能够很好地解决高堆体条件下的供氧问题。
使用定时-温度反馈自动控制系统进行通风时,堆体最低氧气含量随着堆肥的进行呈先减小再增高的趋势;但如果最低氧气含量的初始值很低,则表现为逐渐升高的趋势。在中试条件下,当堆高为1.5m时,该通风控制方式对氧气的控制效果很好,最低氧气含量在堆肥过程中大于5%。若增加堆体高度,或者扩大到工厂化规模,则该控制方式对好氧状态的控制效果略差,尤其是对堆肥前期的控制需要改善,所需的通风频率需要增大。
最后,本论文在前人对堆肥过程研究的基础上,结合堆肥工程实际情况,从各种变量间的平衡及其对反应动力学过程的影响入手,提出了好氧堆肥过程中氧气含量变化的理论模型,旨在使好氧堆肥的理论更加完善,并能够更好地指导实践。