[发明专利]一种好氧堆肥堆体空气阻流区分布特征的检测方法

说明书

本发明公开了一种好氧堆肥堆体空气阻流区分布特征的检测方法，其具体步骤如下：(1)用半开状塑料柱从堆肥过程堆体中采集物料样品，转移放置至气体示踪柱内；(2)在圆形或方形的示踪柱中，以N₂作为载气，在一定流量条件下狄拉克脉冲输入一定体积H₂或He等示踪气体，在示踪柱出口收集载气与示踪气体的混合气体样品并分析示踪气体浓度，得到物料示踪气体的时间‑浓度分布函数；(3)将上述时间‑浓度分布函数导入STANMOD‑CXTFIT，按照两流区模型进行反演计算，获得堆体物料流动区比率系数和气体交换系数，用于表征堆体空气阻流区分布特征。本发明主要用于有机固废好氧堆肥过程中堆体空气阻流区分布特征的检测及影响因素研究，为堆肥工艺优化提供研究方法。

技术领域

本发明属于有机固体废弃物技术领域，特别是涉及一种有机固体废弃物好氧堆肥堆体物料空气阻流区分布特征的检测方法。

背景技术

目前，我国每年产生的有机固废数量巨大。据统计，2020年仅全国禽畜粪便和易腐城市生活垃圾的产生量就分别超过40亿吨和1亿吨。此外，还有城市污水厂运行过程中产生的约6000～8000万吨(含水率80％)的剩余污泥。因此，有机固废的资源化利用，是环境治理领域的重要内容。好氧堆肥是一种重要的有机固废资源化处理的方式，目前已在实际工程中得到广泛应用。通过好氧堆肥处理，有机固废中病原体被有效杀灭，其有机物可被转化为腐殖质，形成养分含量高、腐殖化的堆肥，可作为有机肥或者土壤改良剂进行土地利用。尽管堆肥处理具有无害化、资源化的优势，但堆肥过程中仍然存在一些问题，特别是堆体向外排放臭气和温室气体等有害尾气，容易形成二次污染。如果不能有效控制堆体有害尾气的产生和排放，将对大气环境造成严重污染，并加剧温室效应。

有害尾气中的硫化物、甲烷和氧化亚氮等通常由厌氧菌或者兼性厌氧菌生成，其在堆肥过程中的产生与堆体物料中广泛存在的厌氧微区环境有关。在堆肥过程中，堆体内形成的厌氧微区环境可分为两类：颗粒厌氧区与和空气阻流厌氧区。

第一类厌氧微区的形成与物料颗粒表面向内部传递O₂时存在有机质消耗和传质阻力有关，其分布位置在堆体物料颗粒内部。好氧堆肥物料主要由堆肥处理的固废原料和调理剂组成，可看成是不同颗粒大小和形状的颗粒。当通过通风、翻堆或者自然供氧等方式给堆体供氧时，O₂沿着物料颗粒直径从表面向中心扩散，需氧微生物对O₂的快速消耗造成氧浓度在颗粒内部逐渐下降。当颗粒大小达到毫米量级时，颗粒内的有机物快速消耗和传质阻力共同作用，使物料颗粒从外向内分别形成好氧和厌氧区域，在其内部形成厌氧核心。

第二类厌氧微区则与堆体物料颗粒之间封闭、半封闭孔隙构成的空气阻流区有关。微观上，堆肥物料中含有不同大小、不同形状的湿颗粒，颗粒之间存在大量孔隙，具有多孔介质特点。由于物料颗粒间存在着相互挤压和堆叠作用，使堆体局部产生大量封闭、半封闭的孔隙，阻碍空气流通，使O₂传质受阻，颗粒之间内形成微观的空气阻流区。堆体中的温度、物料的含水率、曝气量、物料粒径分布和压实程度是影响空气阻流区的主要因素。这些因素可以分别影响阻流区与流动区的分布及两者间内外气体交换系数、堆体空隙率和调节通风供氧效率，从而直接改变空气阻流厌氧区分布和间接影响堆体内颗粒厌氧区的范围。在工艺条件方面，堆肥处理过程中的调理剂添加、通风策略和翻堆等工艺操作通过对上述因素产生复合作用，从而共同改变空气阻流区特征，导致局部堆体颗粒厌氧区分布变化，从而改变了影响堆肥过程中堆体堆体颗粒内有害尾气的产生和释放特征。

在了解堆体空气阻流区的分布特征及影响因素的基础上，可通过工艺优化减少堆体内的空气阻流区，改善通风效率、降低堆体厌氧区分布，从而消减有害尾气的排放。因此，有效的堆体内空气阻流区分布特征检测方法是通过该技术路径减少堆体有害尾气排放的基础。但是，目前尚未见关于堆体内空气阻流区分布特征检测方法的报道。

发明内容