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好氧堆肥中通风工艺与参数研究进展
时间:2020-10-01 12:17 点击次数:
概要通风是影响好氧肥料过程中温度变化、微生物活性、气体成分、水分除去和产品质量的最重要参数,文章总结了好氧肥料中通风工艺与参数研究进展。主要结论如下:好氧肥料有三种通风方式,即自然通风、被动通风和强迫通风,其中强迫通风在肥料科学研究和肥料工程中应用于较多。定点进-关口周期循环掌控、氧含量反馈控制和仅次于氧消耗率反馈控制是好氧肥料中典型的三种通风掌控方式,定点进-关口周期循环掌控和氧含量反馈控制方式被指出是在工厂化肥料中应用于的标准掌控方式,仅次于氧消耗率反馈控制是一种新型的掌控方式,掌控效果较好,但在实际工程中仍未被应用于。肥料通风速率因原料和肥料形式有所不同而有所不同,研究结果指出通风速率为0.2~0.6 L.min-1.kg-1有机物质具备较好的应用于效果。加热是一种类似的肥料通风方式,在加热过程中,通过分子蔓延和能量梯度驱动空气质量运动,从而为堆体供给充足的氧气,这一方式在槽式和反应器肥料中应用于较多。实际肥料工程中,条垛式肥料一般采行翻堆融合自然通风工艺,槽式肥料采行分段强迫通风工艺,反应器肥料一般采行间歇式通风工艺;条垛式和槽式肥料建议翻堆频率为1 d 1次,槽式和反应器肥料建议通风速率为0.05~0.2 m3.min-1.m-3有机物质。好氧肥料是在有氧条件下,好氧微生物对有机废弃物展开水解、分解成、吸取和转化成的过程。影响肥料烘烤的因素很多,但肥料的水分(水)、通透性(气)和温度(温)是其中的关键掌控因素,一般来说把水、气、温称作肥料三要素,三者相互影响,相关联。对于好氧肥料来讲,通风系统的设计是一个十分最重要的环节。通过掌控通风速率,可以超过调节堆体温度的目的,从而为微生物生长新陈代谢活动获取较好的环境。在肥料过程中,通风有三个主要目的,分别是供氧、除湿和降温。具体表现在,通风为好氧微生物的生长交配和新陈代谢活动获取氧气以已完成肥料过程;在温度较高条件下通风可以除去滑基质中的水分,空气被肥料基质冷却后,蒸发掉部分水分,使肥料物料获得干化;通风可以除去有机质分解成产生的热量,以掌控过程温度。肥料过程中,通风方式和通气量(即曝气工艺和参数)的掌控至关重要,它不仅不会影响到肥料效率、产品品质和气体废气等方面,还不会影响肥料运营成本。本文总结概括了国内外肥料通风工艺与参数研究结果,对比分析了实验室条件下和实际工程中曝气参数之间的关系,以期为通风工艺和参数在肥料中的合理应用于获取参照。1 肥料通风工艺1.1 肥料通风工艺类型肥料从形式上可以分成条垛式肥料、槽式肥料和反应器肥料,每种肥料类型可以融合工艺特点自由选择通风工艺。Neklyudov等将肥料通风工艺总结为以下3种类型:(1)自然通风。不使用任何通风设备或辅助设施,在考虑到风向的前提下通过自然风构建堆体供氧。(2)被动通风。堆体底部铺有通风管,管上腾出通气孔,堆体根据风向图水平布置,保证空气需要顺着风向通过管道转入堆体内部,从而构建被动通风。(3)强迫通风。通过通风管道将空气运送至堆体,可利用曝气风机或其他能使堆体超过好氧状态的设备。强迫通风和被动通风对通风速率拒绝有所不同,二者皆具备各自的优缺点,参见表格1。一般而言,被动通风和自然通风工艺常用于条垛式肥料,强迫通风工艺常用于槽式肥料和反应器肥料系统。1.2 肥料通风掌控方式在肥料科学研究和实际工程中,强迫通风方式被广泛应用。为了构建最佳通风效率,减少能耗,必须在有所不同的肥料工艺中自由选择合适的通风掌控方式以构建对肥料过程的合理掌控。Maulini-Duran等总结较为了3种通风掌控方式,即:定点进-关口周期循环掌控、氧含量反馈控制和仅次于氧消耗率反馈控制,前两种掌控方式被指出是在工厂化肥料中应用于的标准掌控方式,第三种掌控方式是Puyuelo发明者的一种近期的通风掌控方式,还并未在实际工程中应用于。定点进-关口周期循环掌控:这是在好氧条垛肥料中应用于最普遍的通风掌控方式,通风设备的运营用预先设置好的时间间隔展开周期循环掌控。Ruggieri等在试验中将通风时间间隔设置以定用5 L·min-1的速率通风5 min,再行用0.2 L·min-1的速率通风25 min,周期循环,以此来维持堆体一直正处于好氧状态。氧含量反馈控制:这种掌控方式是通过测量肥料系统废气的废气中氧气的浓度来展开对系统,它一般来说必须原作氧气浓度对系统点来保持系统中的氧气含量,氧对系统点被相同为11.5%~12.5%(指氧气在空气中的体积比,V/V)。在实际工程中,当氧气含量高于11.5%时,控制器命令通风设备以3 L·min-1的高通量展开通风;当氧气含量低于12.5%时,控制器命令通风设备以0.2 L·min-1的较低通量展开通风;当氧气含量介于11.5%~12.5%之间时,控制器不对通风设备做到任何命令以保持当前通风量。仅次于氧消耗率反馈控制:这种掌控方式通过取得一种自动控制通风规则,使填体内的微生物具备最佳活性,以此测出的使肥料好氧微生物维持最佳活性的通风参数被称作氧气消耗率。在肥料过程中,控制器首先测得氧气消耗率,然后监测氧气消耗率的变化,由氧气消耗率的变化要求减小、增大或维持通风量恒定。通过这种方式,控制系统有规则的将空气流输出堆体,使堆体中的好氧微生物在整个肥料过程中始终保持较高的活性。除了以上3种掌控方式外,经常勤学等还总结了以下几种掌控方式。(1)时间-温度控制:利用设置在堆体中的温度传感器产生的掌控信号,调节通风速率或风机电源,以保持堆体温度在原作温度附近。在肥料初期,堆体由时间控制器掌控,容许堆体温度下降,当温度增高至高温原作点(55~60 ℃)时,风机持续打开,以减少堆体温度;当温度减少至低温原作点时,增大通风速率。该掌控方式可以使填体长时间维持在适合的温度范围,从而使肥料更佳地超过无害化。(2)温度和氧气含量反馈控制:这种掌控方式以温度和氧含量作为掌控因素,首先确认温度原作点Tsp(60 ℃)和氧含量原作点Osp(0.10 kg O2·m-3),当温度小于Tsp且氧气小于Osp时打开高速风机,当温度小于Tsp且氧气大于Osp时打开高速风机,当温度大于Tsp且氧气大于Osp时打开高速风机,当温度大于Tsp且氧气小于Osp时打开短距离风机,通过这几种条件下的通风掌控使肥料过程所有阶段达到最佳的温度和氧含量。在上述通风掌控方式中,定点进-关口周期循环掌控方式和时间-温度牵头通风掌控方式在实际工程中应用于最广泛。随着监测技术和信息化水平的提升,肥料系统强迫通风的掌控方式将不会不断涌现、大大升级。但所有肥料通风掌控方式的目的都是为了构建:(1)使堆体维持好氧状态,仅次于程度地充分发挥好氧微生物的活性;(2)确保肥料产品超过无害化拒绝,减少挥发性物质的获释量;(3)提升肥料效率,减少能耗。2 肥料通风与加热参数2.1 肥料通风速率在强迫通风中,通风速率因原料有所不同而有所不同:对畜禽粪便而言,通风速率为0.89~1.9 L·min-1·kg-1有机物质;对城市垃圾和污泥肥料而言,通风速率范围为0.20~1.33 L·min-1·kg-1有机物质。在被动通风中,堆体通风速率会过于大,一般为0.04~0.08 L· min-1·kg-1有机物质。Keener等指出,农业废弃物通风速率必须0.3~ 0.9 L·min-1·kg-1有机物质。对于城市垃圾而言,Nickolas等指出通风速率为0.06~0.4 L·min-1·kg-1有机物质是较为合理的。Rasapoor等研究结果表明,对于城市垃圾废弃物而言,开始烘烤时通风速率维持在0.6 L·min-1·kg-1有机物质,烘烤后期通风速率再降0.4 L·min-1·kg-1有机物质是最合理的。对于畜禽粪便肥料来说,也有涉及研究者得出了通风速率引荐范围。Hong等研究指出,在牛粪和秸秆混合肥料中,通风速率为0.87~1.07 L·min-1·kg-1有机物质较为适合;Li等用牛粪和稻秸肥料,研究结果表明0.25 L·min-1·kg-1有机物质通风速率效果最差;Lau等用于猪粪肥料,得出结论通风速率引荐范围为0.04~0.08 L·min-1·kg-1有机物质。Shen等用于鸡粪肥料,得出结论0.1 m3·min-1·m-3的通风速率不利于温室气体的排放量。Chowdhury等在用于畜禽粪便和秸秆肥料中自由选择了高通风速率0.44 L·min-1·kg-1和较低通风速率0.22 L·min-1·kg-1两个参数,研究结果表明较低通风速率不利于增加氮素损失,且N2O没明显变化。由此可知,在有所不同的研究条件下,由于原料性质和肥料方式有所不同,得出结论的通风速率也有所不同,表格2对文献中的通风速率展开了汇总。我国制订的《生活垃圾堆肥处置技术规范》CJJ 52—2014标准中,引荐曝气参数为0.05~0.2 m3· min-1·m-3有机物质,经折算,对应值为0.22~0.88 L· min-1·kg-1有机物质。由表格2由此可知,有所不同原料、有所不同工艺条件下肥料过程中所必须的通风速率不一样。经较为分析找到,通风速率参数基本都在0.2~0.6 L·min-1·kg-1有机物质之间,因此,在实际肥料工程中可将此范围内的通风速率参数作为参考值。2.2 肥料翻堆与通风肥料过程中,通过翻堆或加热也能构建堆体通风,这种方式在条垛式肥料中应用于较多。刷填是通过卡住、加热等方式使堆料、水分、温度和氧气等超过均一化,还可以起着供给空气、混合物漆、弥漫水蒸气的起到。对于强迫通风式肥料系统和很多烘烤仓肥料系统,供氧的起到过程十分明晰,比如,相同通风量的堆垛系统,鼓风机通入空气,使之穿越堆垛,借以获取必须互相交换的空气。但对于没通风的条垛肥料系统,主要的通气机制是通过加热来补足氧气。一般情况下,翻堆频率低,肥料原料可更进一步均一化、细粒化,再行通过翻堆供给空气,减缓肥料化原料和微生物的表面改版起到,增进好氧烘烤。同时,通过翻堆可以冷却水蒸气,引发原料中的水分含量上升。但若翻堆频率过低,烘烤中已加剧的原料的散热量也减少,反而使烘烤温度减少。因此,要根据肥料原料中有机物的含量和翻堆设备,原作最合适的翻堆频率,通过刷堆来提高肥料效果,增进烘烤。Wei等研究指出,肥料过程中翻堆和通风不利于氮素的转化成。一般通过加热条垛而互相交换权利孔隙中的空气并无法符合空气市场需求。如果不强迫通风,在加热过程中,供应的氧气通过两种方式转入条垛孔隙内部,一种是通过分子蔓延,另一种是通过能量梯度驱动下的空气质量运动。分子蔓延的速率和肥料所需的氧气供应速率相比较快,而且随着含水率的减少,蔓延的速率减少。总体而言,分子蔓延在通风方面起到受限。由于分子蔓延是不现实的氧气运送机制,很似乎只有通过能量梯度驱动空气质量运动才能供给充足的氧气。在条垛或者反应器内部,气体的温度和湿度低,而周围环境的空气温度和湿度较低,两者的密度劣产生向下的浮力,从而引发自然通风。在不展开强迫通风的条垛或反应堆中,自然通风是多数氧气传送的驱动力。周期性的机械翻堆对自然通风的效率有相当大影响,这是由于翻堆减少了肥料物料的权利孔隙,在物料颗粒尺寸恒定的情况下,权利孔隙必要与自然通风亲率涉及。Rasapoor等对比研究了静态墩强迫通风、翻堆、静态墩自然通风和翻堆融合自然通风四种工艺对城市垃圾堆肥化学系性质的影响,结果表明:静态墩自然通风虽然能耗低于,但肥料效果不理想;翻堆和静态墩强迫通风两种工艺的都能超过较好的肥料效果,但能耗偏高;翻堆融合自然通风工艺能耗稍高于静态墩自然通风工艺,且在增加CO2废气和提升肥料品质方面皆有很好的效果,可以在肥料工程中替代翻堆工艺。肥料实际生产中,通风、加热是运营管理的最重要因素。用于密封隧道式和密封容器式的烘烤设施时,对原材料的水分展开调整之后,再行把它投放密闭式的烘烤设施中,展开翻堆通风掌控。一般情况下,在横型烘烤设施中,加热的频率为1~2次.d-1,在密闭式的烘烤设备中为5~20次.d-1。3 国内肥料工程中通风与加热参数自由选择目前我国常用的好氧肥料工艺主要有:条垛式肥料、槽式肥料和反应器肥料。条垛式肥料是一种典型的开放式肥料,其特征是将混合好的原料排列成条垛,并通过机械周期性地刷抛掷展开烘烤。槽式肥料一般在宽而较宽的被称作“槽”的地下通道内展开,槽壁上方铺设有轨道,在轨道上加装翻堆机,可对物料展开翻搅,槽的底部铺设有曝气管道可对堆料展开通风曝气,是一类将强迫通风与定期翻堆结合的肥料系统。

好氧堆肥中通风工艺与参数研究进展

反应器肥料指将有机废弃物置放集出入漆、曝气、加热和除臭为一体的密闭式反应器内展开好氧烘烤的一种肥料工艺。工程实践中与研究结果表明,三种肥料工艺所使用的通风和加热参数有所不同,明确可参看表格3。在实际工程中,条垛式肥料一般不设置通风系统,而是通过翻堆或加热补足氧气;建议在高温烘烤期每日翻堆一次,在二次烘烤期可根据工艺必须减少加热频率,借以水分的除去。槽式肥料中一般采行分段曝气工艺,在一次烘烤过程中的烘烤前期采行较小的通风速率(如0.05 m3·min-1·m-3),在烘烤中后期随着微生物活动的强化和耗氧速率的减少渐渐增大通风速率(如0.1 m3·min-1·m-3);在二次烘烤过程中可根据工艺市场需求自由选择通风速率,如须要较慢除去水分,可更进一步增大通风速率(如0.2 m3·min-1·m-3)。反应器肥料一般采行间歇通风工艺,如采行进30 min/停车30 min、进40 min/停车20 min等掌控模式,建议通风速率为0.05~0.2 m3·min-1·m-3,实际运营中可根据堆体温度和出料水分含量调整通风与加热参数。4 结论(1)好氧肥料有三种通风方式,强迫通风在肥料研究和肥料实际工程中应用于较多,是现代化肥料中必须考虑到的最重要因素之一。(2)好氧肥料中典型的通风掌控方式有三种,定点进-关口周期循环掌控和氧含量反馈控制方式被指出是在工厂化肥料中应用于的标准掌控方式;仅次于氧消耗率反馈控制效果最差、能耗低于,但在实际工程中还没被应用于。(3)肥料原料有所不同、肥料形式有所不同,适当的通风速率就有所不同,通过总结大量研究结果,指出0.2~0.6 L· min-1·kg-1有机物质的通风速率参数具备较好的应用于效果,获得了较多的研究检验,在肥料通风参数中具备较好的参考价值。(4)实际肥料工程中,条垛式肥料一般采行翻堆融合自然通风工艺,建议翻堆频率为1 d 1次;槽式肥料采行分段强迫曝气工艺,一次烘烤期间建议通风速率为0.05~0.2 m3·min-1·m-3,二次烘烤期间建议通风速率为0.1~0.2 m3·min-1·m-3,建议翻堆频率为1 d 1次;反应器肥料一般采行间歇式通风和加热工艺,建议通风速率为0.05~0.2 m3·min-1·m-3。通风与加热协同展开在槽式和反应器肥料中具备较好的效果。

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