螺带-螺杆式搅拌好氧堆肥反应器研制及应用效果

第34卷第24期农业工程学报Vol.34No.242322018年12月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringDec.2018螺带-螺杆式搅拌好氧堆肥反应器研制及应用效果缪宏1,2，杨铮1，王蒙1，陈学好3，张瑞宏1，刘思幸1（1.扬州大学机械工程学院，扬州225000；2.农业部现代农业装备重点实验室，南京210014；3.扬州大学园艺与植物保护学院，扬州225000）摘要：针对目前堆肥反应器存在的原料呈压实块状、通气性能差、通风阻力大、产品难以均质化等问题，设计了螺带-螺杆式好氧堆肥反应试验装置，采用计算流体力学方法对螺带-螺杆搅拌作用的搅拌流场进行了数值模拟分析，并进行了好氧堆肥性能试验。通过流场的数值模拟，揭示了螺杆-螺带式搅拌叶片对物料具有很好的搅拌及轴向流动性能，堆肥试验结果表明：上、中、下3层的50℃以上的时间分别为7.3、6.8、5.5d，反应过程中氧气体积分数均大于8%，各层堆料的最终碳氮比介于15～20之间，发芽指数均大于88%，重金属含量符合农用标准的要求，因此该反应器可以实现好氧堆肥的无害化、均质化。关键词：堆肥；装备；性能试验；螺带-螺杆；反应器doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.24.028中图分类号：S491文献标志码：A文章编号：1002-6819(2018)-24-0232-07缪宏，杨铮，王蒙，陈学好，张瑞宏，刘思幸.螺带-螺杆式搅拌好氧堆肥反应器研制及应用效果[J].农业工程学报，2018，34(24)：232－238.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.24.028http://www.tcsae.orgMiaoHong,YangZheng,WangMeng,ChenXuehao,ZhangRuihong,LiuSixing.Developmentanditsapplicationeffectofaerobiccompostbioreactorwithhelicalribbonandscrewimpeller[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2018,34(24):232－238.(inChinesewithEnglishabstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.24.028http://www.tcsae.org0引言近年来，随着中国禽畜养殖业的快速发展，对生态环境造成了巨大挑战。据统计，目前中国的禽畜粪便产量约为38亿t，居全国重点污染排放领域之首[1]。利用好氧堆肥可实现这些有机固体废弃物的减量化、资源化和无害化处理[2-5]，其可以分为包括静态堆肥、槽式堆肥、条垛式堆肥、反应器堆肥[6-7]等，其中，反应器的堆肥方式因其具有堆肥周期短、占地面积小、作业环境好等优点成为目前研究热点，具有良好的应用前景[8-10]。目前国内外立式堆肥反应器发展较为成熟，好氧堆肥反应是一个“质量-热量-动量”的复杂传递过程[11-14]，对于堆肥反应机理的基础研究尚不够深入，而目前可用于实验室模拟堆肥反应的试验装置如韩鲁佳、张安琪等研发的实验室小型堆肥反应装置[15-16]、GuillermoVidriales-Escobar等研发的管状堆肥反应器[17]、NaotoShimizu等研发处理牛粪堆肥的强制通风反应器[18]、Lashermes等设计的小型智能好氧堆肥反应器系统[19]等这些立式反应器结构简单，有效缩短堆肥反应时间，改善堆肥反应环境，但由于物料重力堆积作用，存在着原收稿日期：2018-06-11修订日期：2018-10-02基金项目：江苏省科技计划项目（BE2016346）；农业部现代农业装备重点实验室开放基金项目（HT20160359）；江苏省自然科学基金项目（20170500，18KJB460032）；江苏省农业“三新工程”项目（NJ2018-07）；扬州市科技项目（YZ2017052，YZ2017279）；扬州大学科技创新基金项目（2017CXJ021）扬州大学研究生培养创新工程项目（XKYCX17_042）作者简介：缪宏,副教授，博士，主要从事生物质资源化利用技术、智能农业方面的研究。Email：mh0514@163.com料呈压实块状、通气性能差、通风阻力大、产品难以均质化等缺点。针对这些问题，本文研制螺带-螺杆式好氧堆肥反应器，较为详细地探讨了该反应装置的结构特点及其运行性能。1螺带-螺杆式好氧堆肥反应装置的设计根据好氧堆肥过程的工艺特点设计试验装置，如图1