立式好氧堆肥反应器设计及堆肥性能研究

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针对好氧堆肥反应器搅拌不均造成的堆肥腐熟度均一性差,且堆肥过程中微生物空间演变规律研究尚不深入等问题,本文设计了一种立式强制通风好氧堆肥反应器,利用Fluent对搅拌过程中物料的运动流场进行模拟分析和试验验证。分析了堆肥过程中堆体腐熟度的空间分布特征以及在堆肥过程中微生物群落的演变规律,以期为有机固体废弃物实际堆肥工程运行提供参考。立式好氧堆肥反应器有效容积为1 m3、内设3层桨式叶片(叶片中间至末端倾斜45°)、外壁设有50 mm保温层,底部设有孔径为10 mm的通气筛,反应器直径为1100 mm,高为1350 mm,搅拌轴直径为50 mm,搅拌叶片直径为850 mm,进料口直径为400 mm,出料口直径为260mm,取样口直径为60 mm。利用Fluent软件对反应器内部流场进行模拟,结果表明物料的运动状态与实际情况相符,且在叶片倾斜45°处,能够提高物料逆向轴向循环运动,实现堆肥过程中物料均匀化。以香菇菌渣和鲜鸡粪质量比4:1混合为堆肥物料对反应器进行性能试验验证,中层堆体温度最先达到高温期55℃以上,其次为上层堆体、下层堆体,高温期持续时间满足GB7959-2012;O2含量介于13.1%~20.02%,堆体处于好氧状态;上、下层堆体生菜种子发芽指数较中层堆体先达到80%,堆肥结束时上、中、下层堆体的种子发芽指数分别为 112.03%、112.03%和 109.46%,完全腐熟;三层堆体的 pH、VS、TN、TC、P、K、EC、C/N、温度、O2含量、CO2浓度等指标无显著差异(p>0.05),与数值模拟结果一致,即达到均一化腐熟效果。另外,各层堆料的pH均在5.5~8.5之间,重金属(Cu、Zn、Cr、Pb和Cd)含量均符合国家农用有机肥标准。香菇菌渣与鸡粪堆肥过程中,上层细菌优势菌属为Tuberibacillus、Parapedobacter、Paenibacillus,中层优势菌属为 Tuberibacillus、Parapedobacter、Pseudoxanthomonas,下层优势菌属为Kurthia、Parapedobacter、Sphingobacterium;古菌优势菌属上、中、下三层相同,均为 Methanobrevibacter、Methanocorpusculum 和 CandidatusMethanoplasma,其中上层的古菌菌属在第13天以后未检出,中层在第19天后未被检出,下层在第28天后未检出。Parapedobacter 和 Moheibacter 与 O2、pH、GI 和 TN 呈正相关,Bordetella与pH相关性最大,Paenibacillus与pH相关性最大;Weissella、Bacillus和Lysinibacillus与CO2和温度的相关性最大。古菌在属水平上与EC、CO2和TEMP相关性最大的是Bacillus,与VS、MC、TC和C/N相关性最大的是Acinetobacter。
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