蔡旺煒　舉健　陳俐慧　白春瑋　吳向前　王為木

）摘要：廚余垃圾易腐敗變質(zhì)，具有肥料化利用的良好條件，其產(chǎn)生具有量小、分散和持續(xù)性的特點。動態(tài)堆肥進料、出料具有連續(xù)性，既適于中小規(guī)模堆肥，又在廚余垃圾處理中具有良好的應(yīng)用前景。動態(tài)堆肥反應(yīng)器具有完成堆肥全過程、物料自動轉(zhuǎn)運、堆肥產(chǎn)品貯納、方便取樣測溫、供氣流量和攪拌頻率可調(diào)控等功能特性，內(nèi)部環(huán)境可視，結(jié)構(gòu)可拆卸組裝。根據(jù)“總體—模塊”進行設(shè)計，分別從“空載—模擬負載—堆肥試驗”對動態(tài)堆肥反應(yīng)器“機械性能—可控性能—堆肥效果”進行測評，結(jié)果認為，該反應(yīng)器滿足了設(shè)計需求，適用于廚余垃圾動態(tài)堆肥基礎(chǔ)試驗研究，具有一定工程應(yīng)用基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：廚余垃圾；動態(tài)堆肥；反應(yīng)器；設(shè)計；測評

中圖分類號： X799.3文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）01-0329-03

收稿日期：2013-05-22

基金項目：河海大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（國家級）（編號：201205XCX014）。

作者簡介：蔡旺煒（1991—），男，廣西昭平人，從事城市生活垃圾“三化”處理技術(shù)研究。E-mail：caiwangwei2010@163.com。

通信作者：王為木，博士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)生物環(huán)境領(lǐng)域研究。E-mail：wangwm@hhu.edu.cn。廚余是指食物殘余和食品加工廢料，是餐廚垃圾中的固體廢棄物[1]，其主要理化特性有含水率、有機質(zhì)、油脂和鹽分含量高，含多種微量元素，易腐易臭，具有資源化利用的良好條件，但若不及時妥當處理，會對環(huán)境產(chǎn)生諸多負面影響[2]。據(jù)估計，2000年我國城市廚余垃圾年產(chǎn)量超過4 500萬t，且長期以混合收集填埋為主要處理方式，餐飲業(yè)廚余垃圾則主要由城郊禽畜養(yǎng)殖場收集，直接用于禽畜養(yǎng)殖，目前已經(jīng)暴露出較為嚴重的環(huán)境和食品安全問題，廚余垃圾無害化、資源化、減量化處理已日益為人們所關(guān)注[1，3]。家庭廚余垃圾的產(chǎn)生普遍具有量小、分散和持續(xù)性的特點，給城市生活垃圾的收集、運輸和處理造成較大的困難。

動態(tài)好氧堆肥是指允許實時進料、出料的堆肥技術(shù)，具有周期較短、操作簡單、產(chǎn)品品質(zhì)較好等優(yōu)點[2]，尤其可以滿足及時處理原料的需要，避免原料的積累，在家庭或社區(qū)使用可以處理廚余垃圾，能夠有效避免廚余垃圾的腐敗，保護環(huán)境。動態(tài)堆肥要求盡可能減小反應(yīng)器中處于不同轉(zhuǎn)化階段的物料相互之間彼此影響，這就使得反應(yīng)器一般結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且內(nèi)部可調(diào)控程度要求較高，因而更適用于中小規(guī)模的堆肥處理。目前，國內(nèi)有關(guān)廚余垃圾動態(tài)堆肥和動態(tài)堆肥反應(yīng)器的研究報道較少。

好氧堆肥中，原料經(jīng)一定預(yù)處理后進入不同的反應(yīng)器系統(tǒng)中，雖然受堆肥規(guī)模、通風(fēng)方式和反應(yīng)器構(gòu)造的影響，所經(jīng)歷的堆肥過程不完全相同，但是，都應(yīng)達到堆肥基本的腐熟標準[4-9]。筆者根據(jù)“總體設(shè)計—模塊設(shè)計（主體箱模塊—攪拌模塊—輔助箱模塊—供排氣模塊）”的思路設(shè)計了一款處理能力為5 kg/d的小型廚余動態(tài)堆肥反應(yīng)器，并進行了性能測評，以期為廚余垃圾動態(tài)堆肥試驗研究提供一種實用的反應(yīng)器系統(tǒng)。

1總體設(shè)計

1.1功能需求

設(shè)計一款用于實驗室動態(tài)堆肥小試研究的微生物反應(yīng)器，應(yīng)具有完成堆肥全過程、物料自動轉(zhuǎn)運、堆肥產(chǎn)品貯納、方便取樣測溫、供氣流量和攪拌頻率可調(diào)控等功能特性，內(nèi)部環(huán)境可視，結(jié)構(gòu)可拆卸組裝。

1.2約束條件

承重：以日投放5 kg原料，發(fā)酵周期16 d，貯納4 d，且無減容計算，物料總重上限為100 kg。環(huán)境溫度：小型反應(yīng)器只能達到中溫堆肥[4-7]，內(nèi)環(huán)境最高溫難以超過60 ℃，外環(huán)境取決于南京當?shù)貧鉁?，最低?5 ℃計算。

1.3原理方案

反應(yīng)器原理方案示意圖見圖1。反應(yīng)器系統(tǒng)分為主體箱、攪拌、輔助箱、供排氣及支架等5個模塊進行設(shè)計、制作和組裝，在主體箱底部和輔助箱底部的隔層下分別設(shè)有供氣布氣層。主體箱的3個倉室同時進行間歇性攪拌；在輔助箱中進行深化腐熟，這是降溫腐熟的延續(xù)和發(fā)展，有助于提高堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)；反應(yīng)倉室間的物料轉(zhuǎn)運是反應(yīng)器運行后自動完成的。圓角框既表示堆肥階段，也代表反應(yīng)倉室，每個倉室都應(yīng)允許進行取樣測溫；除標明了供、排氣的箭頭外，其余箭頭均表示物料轉(zhuǎn)運方向。

2模塊設(shè)計

2.1主體箱

由于內(nèi)環(huán)境可視化需求，保證結(jié)構(gòu)剛度，應(yīng)選用10 mm厚有機玻璃為主體箱材料，因堆肥需攪拌，故主體箱應(yīng)為圓柱形。主體箱分為上、中、下3個倉室，物料在各倉室停留時間有所不同，且在倉室間可自動轉(zhuǎn)運，因此隔層構(gòu)件應(yīng)具備調(diào)節(jié)物料轉(zhuǎn)運速率的功能。上、中隔層設(shè)計為螺旋傾斜結(jié)構(gòu)形式，開缺口，其開合度可調(diào)；下隔層為一側(cè)傾斜，低處與輔助箱隔層相接。根據(jù)式（1）計算主體箱總有效容積應(yīng)在62.5～150 L，各倉室有效容積為上15.7～37.5 L、中23.5～62.5 L、下23.3～50 L。

V=5/ρ×t/（1）

式中：V為有效容積，L；5指反應(yīng)器處理能力，kg/d；ρ指物料密度，取0.8 g/cm3；t為停留時間，d；Φ指有機負荷率，為物料體積與有效容積比，對倉室堆肥，50%～80%較適宜。

根據(jù)所選材料和加工條件，確定主體箱內(nèi)徑為38 cm、高75 cm；螺旋傾斜隔層選用2 mm有機玻璃板，均勻分布開 1 mm 孔，以利于通氣和滲瀝液下滴，開30°扇形缺口，上隔層缺口外沿高度差設(shè)為5 cm，中隔層缺口外沿高度差設(shè)為 3 cm。下隔層高側(cè)離箱底5 cm，低側(cè)離箱底3 cm，底部為滲瀝液收集層和供氣布氣層。攪拌軸外套筒外徑為2.5 cm。攪拌葉體積忽略不計。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，由式（2）驗算主體箱總有效容積為77.9 L，滿足式（1）計算結(jié)果。上、中、下倉室高度（從隔層最低處算起）根據(jù)原理圖中物料停留時間大致分別確定為20、25、27 cm，根據(jù)高度分別算得各倉室實際有效容積為上21.6 L、中27 L、下29.2 L，均滿足式（1）計算結(jié)果。endprint

V′=111 000[π14（d2-D2）h-112∑π14d2Δh-π14d2hh+hl12]（2）

式中：V′為實際有效容積，L；d、D分別為箱體內(nèi)徑和攪拌軸套筒外徑，cm；Δh為螺旋隔層缺口高度差，cm；系數(shù)1/2是指每個螺旋隔層所占容積為高度Δh圓柱體體積的一半；hh、hl分別指下層高側(cè)和低側(cè)距箱底高度，cm。

上隔層最低處對應(yīng)下隔層最高處，缺口對應(yīng)箱壁處設(shè)置可移動扇形擋板以控制缺口開合度，隔層構(gòu)件由箱體內(nèi)壁支點和攪拌軸套筒支點共同支撐，可拆卸。在各倉室隔層高度適中位置對應(yīng)的箱壁上開取樣測溫口，可開閉。箱體上置箱蓋，通過法蘭與箱體連接，箱蓋上設(shè)進料口、排氣口，排氣口接尾氣處理裝置，箱蓋中心設(shè)攪拌軸上軸承。當外環(huán)境溫度較低時，箱體外壁可覆上保溫材料。

2.2攪拌

對應(yīng)于主體箱3個倉室，設(shè)置上、中、下3層攪拌葉，幾何形狀、尺寸均相同，為滿足可拆卸要求，攪拌葉焊接在攪拌軸套筒上，套筒與攪拌軸對應(yīng)位置均開孔，用長螺栓將套筒固定在攪拌軸上。每層攪拌部件均設(shè)計為倒“四”平面形狀，左右各2個扇葉，呈中心對稱，扇葉為圓柱面，經(jīng)試驗，該幾何形狀能較好滿足物料得到翻動且在隔層移動較慢的堆肥要求。攪拌軸為實心合金鋼棒，上下軸承分別固定在箱蓋、箱底。

攪拌由250 W變頻電機帶動，可在3～20 r/min范圍內(nèi)調(diào)控，輸出轉(zhuǎn)矩120～790 N·m。攪拌頻率 4～8 r/min，攪拌方向可變換。為實現(xiàn)自動間歇性攪拌，攪拌機通過定時插座與電源相接，由定時插座設(shè)定通電時刻、時長。

2.3輔助箱

根據(jù)式（1）計算輔助箱有效容積應(yīng)為15.7～62.5 L，深化腐熟有機負荷率取80%計算。考慮到主體箱尺寸和結(jié)構(gòu)特點，確定輔助箱長、寬、高分別為40、20、25 cm，其實際有效容積約為20 L，用10 mm有機玻璃板粘合成，通過法蘭與主體箱連接，出料口采用滑槽提拉式閘門開合。箱內(nèi)底部設(shè)置布氣層，輔助箱不設(shè)排氣口，空氣由布氣層進入堆體，離開堆體后經(jīng)主-輔連接口進入主體箱，向上運動由排氣口離開反應(yīng)器，如此可保證主體箱上兩層的供氧量。

2.4供-排氣

堆肥過程中，通風(fēng)有3個作用：供氧、散熱和去除水分。完整的通風(fēng)系統(tǒng)包括通風(fēng)結(jié)構(gòu)與裝置。風(fēng)源由風(fēng)機提供，系統(tǒng)運行時需要確定風(fēng)量和風(fēng)速。另外，在風(fēng)機選型時壓力也是考慮因素之一。參考楊延梅[10]的計算方法，求得最大通風(fēng)量為47 L/min，參考席北斗等[11]的計算，風(fēng)壓降估算為 800 Pa。正壓強制通風(fēng)的堆肥效果良好[12]，且結(jié)構(gòu)和操作都較簡單，故采用鼓風(fēng)機進行正壓強制通風(fēng)，風(fēng)機應(yīng)滿足最大供氣量大于50 L/min，風(fēng)壓降1 000 Pa左右，供氣量可調(diào)。用量程為100 L/min的玻璃轉(zhuǎn)子流量計進行供氣量監(jiān)測?？諝庥晒艿肋M入布氣層，為使出氣均勻，布氣層內(nèi)氣管的水平兩側(cè)開若干2 mm左右氣孔，氣管末端堵上。

堆肥會產(chǎn)生數(shù)10種揮發(fā)性物質(zhì)，其中硫化氫、甲硫醇、1，3-二甲基苯和鄰二甲苯與臭氣濃度極顯著相關(guān)[13]，堆肥氮素損失是必然存在的，產(chǎn)生的氨氣也是尾氣具有異味的重要原因[14]。因此，堆肥尾氣不宜直接排放到空中，尾氣通過反應(yīng)器排氣口后，可先通過盛裝有活性炭的容器，利用活性炭的吸附特性進行初步處理，若仍有較明顯異味，可先后通過堿液和酸液進行進一步處理。

2.5支架

支架的作用主要是承受堆肥時整個反應(yīng)器的重量和固定電機，支架下還可放置風(fēng)機。選用3.0號普通等邊角鋼焊接而成，電機通過螺旋固定在專設(shè)的1根槽鋼上。

3性能測評

性能測評由空載測評、模擬負載測評和堆肥測評3個部分組成?？蛰d測評為反應(yīng)器組裝完成后進行的開機試驗，連續(xù)運行3 h，主要檢測其機械性，包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、震動、噪聲。模擬負載測評為以含水率與經(jīng)預(yù)處理廚余垃圾相當?shù)匿從樨撦d，進行容積負荷率分別為50%和80% 2次模擬負載開機試驗，每次3 h，主要檢測其可控性與穩(wěn)定性，包括攪拌、通風(fēng)和物料的自動轉(zhuǎn)運。堆肥測評即進行1次周期為15 d的堆肥試驗，2013年4月10日至4月25日于河海大學(xué)農(nóng)業(yè)工程實驗中心實驗室內(nèi)進行，前8 d投料4 kg/d左右，試驗記錄了堆體溫度的變化，測定了堆肥前后物料的含水率、pH值、C/N比，根據(jù)堆肥腐熟標準進行反應(yīng)器堆肥性能的評價。

3.1機械性能

空載試驗時，攪拌構(gòu)件與攪拌軸轉(zhuǎn)動一致性較好，無相對錯動及震動現(xiàn)象，攪拌軸能繞其軸心平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。隔層構(gòu)件與攪拌構(gòu)件之間無直接接觸，在后者套筒與前者之間的承接套筒的轉(zhuǎn)動未造成隔層構(gòu)件的明顯震動。反應(yīng)器箱體震動由電機運行引起，由于轉(zhuǎn)速較小，故震動非常微弱，鼓風(fēng)機不固定在支架上，其震動不影響箱體。噪聲由鼓風(fēng)機運行造成，在其附近環(huán)境噪聲可達75 dB左右，超過人體安全值50 dB，考慮到使用中采用的是間歇性通風(fēng)，且此次設(shè)計風(fēng)機的選用需考慮后續(xù)研究應(yīng)用，故其風(fēng)壓較大，因此噪聲也較大，但對周邊室內(nèi)環(huán)境影響仍在可接受范圍內(nèi)，室外噪聲在35 dB左右，而實際工程應(yīng)用中，可換用風(fēng)壓和噪聲較小的風(fēng)機。進行模擬負載測評和堆肥測評時，也關(guān)注了上述指標，除隔層板受重力作用有些許彎曲外，其他均良好。綜上，該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好，震動微弱，噪聲較大但對環(huán)境影響不大。

3.2可控性能

模擬負載測評以容積負荷率分50%和80%兩級進行，主要是為避免一次負載過大可能造成的反應(yīng)器不可逆損壞，開機試驗表明其在容積負荷率為80%時仍運行良好，故根據(jù)80%一級的開機試驗進行可控性與穩(wěn)定性評價。攪拌頻率最高可達15 r/min，攪拌方向變換由調(diào)速器接線方式轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，改變攪拌方向可明顯改變物料在倉室內(nèi)的移動速率。物料由上一倉室轉(zhuǎn)運到下一倉室的速率主要由隔層板缺口的開合度決定，當小至一定程度時，物料將難以跌落至下一層。實際最大供氣量為90 L/min，最高氣壓0.1 MPa，供氣在可調(diào)范圍內(nèi)較穩(wěn)定，在隔層缺口全關(guān)閉的情況下，仍能在排氣口明顯感覺到空氣持續(xù)均勻排出，說明隔層板的透氣性良好。綜上，該反應(yīng)器能實現(xiàn)攪拌和通風(fēng)在需求范圍內(nèi)調(diào)控，攪拌和通風(fēng)較穩(wěn)定，物料轉(zhuǎn)運速率可控。endprint

3.3堆肥效果

通過堆肥試驗，測評該反應(yīng)器對堆肥內(nèi)環(huán)境的可控程度，從底物腐熟程度分析反應(yīng)器堆肥性能。從河海大學(xué)研究生食堂一次性取原料，食物殘余破碎，葉梗菜梆剪碎，添加鋸末調(diào)節(jié)含水率和C/N比，投料前接種復(fù)合菌劑[2]。

堆體溫度變化過程見圖2。各倉室堆體的溫度變化與原理方案存在差別，總體上，溫度高低關(guān)系實際為上倉室<中倉室<下倉室<輔助箱，主要升溫階段為下倉室-輔助箱。原因有二，主要是堆肥規(guī)模小，未采取加溫保溫措施，散熱較大，故每次投加的物料未能快速起反應(yīng)；另外微生物對堆體環(huán)境的適應(yīng)需要一定時間，且試驗中物料在上、中倉室的停留時間僅為設(shè)計的最短時間。堆制6 d通風(fēng)比率從0.5 L/（kg·min）調(diào)至2 L/（kg·min）進行間歇性供氣，7 d時恢復(fù)，堆體溫度發(fā)生明顯下降，說明反應(yīng)器對通風(fēng)的調(diào)節(jié)是有效的。堆體溫度在9 d時開始維持在25 ℃左右，較室溫高5 ℃以上。因堆制9 d上、中倉室2倉室已基本無物料，測溫只進行到堆制8 d。

烘干法測含水率、精密pH計測pH值、H2SO4-HClO4改進定氮法[15]測全氮、重鉻酸鉀容量法測有機碳[16]，堆肥前后物料的理化指標見表1。原料的pH值適中，故預(yù)處理主要進行含水率的調(diào)節(jié)，因廚余垃圾含水率較大，故添加了較多的鋸末，導(dǎo)致C/N偏高。對比腐熟標志，底物的降解率和pH值均符合要求，C/N比不降反升的原因是葉梗菜梆和鋸末的纖維素與木質(zhì)素含量較高，而堆肥規(guī)模較小，且未采取加溫保溫措施，最高溫偏低，故纖維素和木質(zhì)素降解率較低，導(dǎo)致有機碳含量升高。基于底物減量率計算，堆肥過程反應(yīng)器排出水分10 kg以上，底物有機碳減量0.86 kg，氮素減量0.033 kg。反應(yīng)器內(nèi)基本完整實現(xiàn)了底物腐熟的全過程，調(diào)節(jié)攪拌頻率對物料轉(zhuǎn)運量影響不大，轉(zhuǎn)運量主要由隔層缺口開合度決定。試驗期間，室內(nèi)無明顯異味，尾氣處理裝置中活性炭的濕度和氣味產(chǎn)生明顯變化。表1堆肥前后物料的主要理化指標比較

腐殖質(zhì)115.5169.6419.05153.2510.77169腐熟標志1降解率>38%118～911115～20

綜上，該反應(yīng)器內(nèi)可基本實現(xiàn)堆肥腐熟的全過程，通風(fēng)調(diào)節(jié)堆肥過程性能良好，攪拌頻率可調(diào)，物料轉(zhuǎn)運量可控，主要不足在于保溫性能欠佳，可由箱體外覆保溫材料和加熱供氣彌補。

4結(jié)論

堆肥反應(yīng)器內(nèi)，物料基本完成了腐熟的全過程，堆肥過程內(nèi)部狀況可視，可取樣測溫，供氣、攪拌和物料轉(zhuǎn)運可調(diào)控，反應(yīng)器系統(tǒng)運行機械性良好，自動運行性能滿足需求，環(huán)境影響較小，總體上較好地滿足了設(shè)計需求，適用于廚余垃圾動態(tài)堆肥基礎(chǔ)試驗研究，具有一定工程應(yīng)用基礎(chǔ)。

通過控制物料轉(zhuǎn)運可在不同程度上分隔處于不同轉(zhuǎn)化階段的物料，供氣和攪拌的同一性保證了不同倉室堆體受外源干擾的一致性。因此，對動態(tài)堆肥而言，該反應(yīng)器既能有效區(qū)分進料的先后，同時提供對比性較好的內(nèi)環(huán)境，在此基礎(chǔ)上，可進行動態(tài)堆肥過程的相關(guān)研究，以加深對動態(tài)堆肥機制的認識。另外，還可利用該反應(yīng)器研究原料組成、配比及預(yù)處理對堆肥過程和結(jié)果的影響，研究供氣與攪拌及外環(huán)境對堆肥的影響。

該反應(yīng)器選用的材料、器件和加工方式均為工程上常用的，故該反應(yīng)器具有工程應(yīng)用的良好物質(zhì)基礎(chǔ)?；趧討B(tài)堆肥理論進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化并利用控制面板進行調(diào)控，將具有良好

的工程利用前景，若得以推廣，將有助于改善城市廚余垃圾因具有量小、分散和持續(xù)性的產(chǎn)生特點而造成的收集、運輸和處理難題，為城市的良好運行提供保障。

參考文獻：

[1]張振華，汪華林，胥培軍，等. 廚余垃圾的現(xiàn)狀及其處理技術(shù)綜述[J]. 再生資源研究，2007（5）：31-34.

[2]邵蕾，周傳斌，曹愛新，等. 家庭廚余垃圾處理技術(shù)研究進展[J]. 中國人口·資源與環(huán)境，2011，21：414-418.

[3]嚴太龍，石英. 國內(nèi)外廚余垃圾現(xiàn)狀及處理技術(shù)[J]. 城市管理與科技，2004，6（4）：165-166，172.

[4]田寧寧，柯建明，王凱軍. 臥式旋轉(zhuǎn)型污泥好氧堆肥裝置的研制[J]. 中國給水排水，2001，17（1）：19-22.

[5]錢湧根. 間歇式動態(tài)好氧堆肥處理技術(shù)[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程，1998，6（2）：43-45.

[6]石春芝，鄭宗坤，蒲一濤，等. 立式發(fā)酵倉堆肥處理城市垃圾工藝特性[J]. 深圳大學(xué)學(xué)報：理工版，2002，19（2）：8-12.

[7]王麗莉，涂淑蘭，路鵬，等. 冬季動態(tài)槽式堆肥溫度的空間變異[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，26（11）：1838-1844.

[8]王順利，許廷武，王愛偉，等. 雞糞槽式動態(tài)堆肥物料理化性質(zhì)變化研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（3）：219-222.

[9]張智，劉瀏. 臥式螺旋污泥好氧動態(tài)堆肥技術(shù)的研究[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006，7（3）：112-116.

[10]楊延梅. 有機固體廢物好氧堆肥反應(yīng)器的設(shè)計[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，27（6）：1155-1159.

[11]席北斗，劉鴻亮，孟偉，等. 翻轉(zhuǎn)式堆肥反應(yīng)裝置設(shè)計研究[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4（9）：85-88.

[12]丁湘蓉. 強制通風(fēng)堆肥技術(shù)處理農(nóng)村生活垃圾的可行性研究[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，19（1）：54-58.

[13]張紅玉，鄒克華，楊金兵，等. 廚余垃圾堆肥過程中惡臭物質(zhì)分析[J]. 環(huán)境科學(xué)，2012，33（8）：2563-2568.

[14]楊延梅，張相鋒，楊志峰，等. 廚余好氧堆肥中的氮素轉(zhuǎn)化與氮素損失研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，29（12）：54-56.

[15]梁運攀，胡喜巧，張曉軍，等. 有機肥料全氮測定方法的比較與探討[J]. 科技信息，2011（27）：29-30.

[16]農(nóng)業(yè)部. NY 525—2002有機肥料[S]. 北京：中國標準出版社，2002. 許愛霞，錢余芹. 發(fā)酵菌劑對雞糞堆肥發(fā)酵的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：332-333.endprint

3.3堆肥效果

通過堆肥試驗，測評該反應(yīng)器對堆肥內(nèi)環(huán)境的可控程度，從底物腐熟程度分析反應(yīng)器堆肥性能。從河海大學(xué)研究生食堂一次性取原料，食物殘余破碎，葉梗菜梆剪碎，添加鋸末調(diào)節(jié)含水率和C/N比，投料前接種復(fù)合菌劑[2]。

堆體溫度變化過程見圖2。各倉室堆體的溫度變化與原理方案存在差別，總體上，溫度高低關(guān)系實際為上倉室<中倉室<下倉室<輔助箱，主要升溫階段為下倉室-輔助箱。原因有二，主要是堆肥規(guī)模小，未采取加溫保溫措施，散熱較大，故每次投加的物料未能快速起反應(yīng)；另外微生物對堆體環(huán)境的適應(yīng)需要一定時間，且試驗中物料在上、中倉室的停留時間僅為設(shè)計的最短時間。堆制6 d通風(fēng)比率從0.5 L/（kg·min）調(diào)至2 L/（kg·min）進行間歇性供氣，7 d時恢復(fù)，堆體溫度發(fā)生明顯下降，說明反應(yīng)器對通風(fēng)的調(diào)節(jié)是有效的。堆體溫度在9 d時開始維持在25 ℃左右，較室溫高5 ℃以上。因堆制9 d上、中倉室2倉室已基本無物料，測溫只進行到堆制8 d。

烘干法測含水率、精密pH計測pH值、H2SO4-HClO4改進定氮法[15]測全氮、重鉻酸鉀容量法測有機碳[16]，堆肥前后物料的理化指標見表1。原料的pH值適中，故預(yù)處理主要進行含水率的調(diào)節(jié)，因廚余垃圾含水率較大，故添加了較多的鋸末，導(dǎo)致C/N偏高。對比腐熟標志，底物的降解率和pH值均符合要求，C/N比不降反升的原因是葉梗菜梆和鋸末的纖維素與木質(zhì)素含量較高，而堆肥規(guī)模較小，且未采取加溫保溫措施，最高溫偏低，故纖維素和木質(zhì)素降解率較低，導(dǎo)致有機碳含量升高?；诘孜餃p量率計算，堆肥過程反應(yīng)器排出水分10 kg以上，底物有機碳減量0.86 kg，氮素減量0.033 kg。反應(yīng)器內(nèi)基本完整實現(xiàn)了底物腐熟的全過程，調(diào)節(jié)攪拌頻率對物料轉(zhuǎn)運量影響不大，轉(zhuǎn)運量主要由隔層缺口開合度決定。試驗期間，室內(nèi)無明顯異味，尾氣處理裝置中活性炭的濕度和氣味產(chǎn)生明顯變化。表1堆肥前后物料的主要理化指標比較

腐殖質(zhì)115.5169.6419.05153.2510.77169腐熟標志1降解率>38%118～911115～20

綜上，該反應(yīng)器內(nèi)可基本實現(xiàn)堆肥腐熟的全過程，通風(fēng)調(diào)節(jié)堆肥過程性能良好，攪拌頻率可調(diào)，物料轉(zhuǎn)運量可控，主要不足在于保溫性能欠佳，可由箱體外覆保溫材料和加熱供氣彌補。

4結(jié)論

堆肥反應(yīng)器內(nèi)，物料基本完成了腐熟的全過程，堆肥過程內(nèi)部狀況可視，可取樣測溫，供氣、攪拌和物料轉(zhuǎn)運可調(diào)控，反應(yīng)器系統(tǒng)運行機械性良好，自動運行性能滿足需求，環(huán)境影響較小，總體上較好地滿足了設(shè)計需求，適用于廚余垃圾動態(tài)堆肥基礎(chǔ)試驗研究，具有一定工程應(yīng)用基礎(chǔ)。

通過控制物料轉(zhuǎn)運可在不同程度上分隔處于不同轉(zhuǎn)化階段的物料，供氣和攪拌的同一性保證了不同倉室堆體受外源干擾的一致性。因此，對動態(tài)堆肥而言，該反應(yīng)器既能有效區(qū)分進料的先后，同時提供對比性較好的內(nèi)環(huán)境，在此基礎(chǔ)上，可進行動態(tài)堆肥過程的相關(guān)研究，以加深對動態(tài)堆肥機制的認識。另外，還可利用該反應(yīng)器研究原料組成、配比及預(yù)處理對堆肥過程和結(jié)果的影響，研究供氣與攪拌及外環(huán)境對堆肥的影響。

該反應(yīng)器選用的材料、器件和加工方式均為工程上常用的，故該反應(yīng)器具有工程應(yīng)用的良好物質(zhì)基礎(chǔ)?；趧討B(tài)堆肥理論進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化并利用控制面板進行調(diào)控，將具有良好

的工程利用前景，若得以推廣，將有助于改善城市廚余垃圾因具有量小、分散和持續(xù)性的產(chǎn)生特點而造成的收集、運輸和處理難題，為城市的良好運行提供保障。

參考文獻：

[1]張振華，汪華林，胥培軍，等. 廚余垃圾的現(xiàn)狀及其處理技術(shù)綜述[J]. 再生資源研究，2007（5）：31-34.

[2]邵蕾，周傳斌，曹愛新，等. 家庭廚余垃圾處理技術(shù)研究進展[J]. 中國人口·資源與環(huán)境，2011，21：414-418.

[3]嚴太龍，石英. 國內(nèi)外廚余垃圾現(xiàn)狀及處理技術(shù)[J]. 城市管理與科技，2004，6（4）：165-166，172.

[4]田寧寧，柯建明，王凱軍. 臥式旋轉(zhuǎn)型污泥好氧堆肥裝置的研制[J]. 中國給水排水，2001，17（1）：19-22.

[5]錢湧根. 間歇式動態(tài)好氧堆肥處理技術(shù)[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程，1998，6（2）：43-45.

[6]石春芝，鄭宗坤，蒲一濤，等. 立式發(fā)酵倉堆肥處理城市垃圾工藝特性[J]. 深圳大學(xué)學(xué)報：理工版，2002，19（2）：8-12.

[7]王麗莉，涂淑蘭，路鵬，等. 冬季動態(tài)槽式堆肥溫度的空間變異[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，26（11）：1838-1844.

[8]王順利，許廷武，王愛偉，等. 雞糞槽式動態(tài)堆肥物料理化性質(zhì)變化研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（3）：219-222.

[9]張智，劉瀏. 臥式螺旋污泥好氧動態(tài)堆肥技術(shù)的研究[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006，7（3）：112-116.

[10]楊延梅. 有機固體廢物好氧堆肥反應(yīng)器的設(shè)計[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，27（6）：1155-1159.

[11]席北斗，劉鴻亮，孟偉，等. 翻轉(zhuǎn)式堆肥反應(yīng)裝置設(shè)計研究[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4（9）：85-88.

[12]丁湘蓉. 強制通風(fēng)堆肥技術(shù)處理農(nóng)村生活垃圾的可行性研究[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，19（1）：54-58.

[13]張紅玉，鄒克華，楊金兵，等. 廚余垃圾堆肥過程中惡臭物質(zhì)分析[J]. 環(huán)境科學(xué)，2012，33（8）：2563-2568.

[14]楊延梅，張相鋒，楊志峰，等. 廚余好氧堆肥中的氮素轉(zhuǎn)化與氮素損失研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，29（12）：54-56.

[15]梁運攀，胡喜巧，張曉軍，等. 有機肥料全氮測定方法的比較與探討[J]. 科技信息，2011（27）：29-30.

[16]農(nóng)業(yè)部. NY 525—2002有機肥料[S]. 北京：中國標準出版社，2002. 許愛霞，錢余芹. 發(fā)酵菌劑對雞糞堆肥發(fā)酵的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：332-333.endprint

3.3堆肥效果

通過堆肥試驗，測評該反應(yīng)器對堆肥內(nèi)環(huán)境的可控程度，從底物腐熟程度分析反應(yīng)器堆肥性能。從河海大學(xué)研究生食堂一次性取原料，食物殘余破碎，葉梗菜梆剪碎，添加鋸末調(diào)節(jié)含水率和C/N比，投料前接種復(fù)合菌劑[2]。

堆體溫度變化過程見圖2。各倉室堆體的溫度變化與原理方案存在差別，總體上，溫度高低關(guān)系實際為上倉室<中倉室<下倉室<輔助箱，主要升溫階段為下倉室-輔助箱。原因有二，主要是堆肥規(guī)模小，未采取加溫保溫措施，散熱較大，故每次投加的物料未能快速起反應(yīng)；另外微生物對堆體環(huán)境的適應(yīng)需要一定時間，且試驗中物料在上、中倉室的停留時間僅為設(shè)計的最短時間。堆制6 d通風(fēng)比率從0.5 L/（kg·min）調(diào)至2 L/（kg·min）進行間歇性供氣，7 d時恢復(fù)，堆體溫度發(fā)生明顯下降，說明反應(yīng)器對通風(fēng)的調(diào)節(jié)是有效的。堆體溫度在9 d時開始維持在25 ℃左右，較室溫高5 ℃以上。因堆制9 d上、中倉室2倉室已基本無物料，測溫只進行到堆制8 d。

烘干法測含水率、精密pH計測pH值、H2SO4-HClO4改進定氮法[15]測全氮、重鉻酸鉀容量法測有機碳[16]，堆肥前后物料的理化指標見表1。原料的pH值適中，故預(yù)處理主要進行含水率的調(diào)節(jié)，因廚余垃圾含水率較大，故添加了較多的鋸末，導(dǎo)致C/N偏高。對比腐熟標志，底物的降解率和pH值均符合要求，C/N比不降反升的原因是葉梗菜梆和鋸末的纖維素與木質(zhì)素含量較高，而堆肥規(guī)模較小，且未采取加溫保溫措施，最高溫偏低，故纖維素和木質(zhì)素降解率較低，導(dǎo)致有機碳含量升高。基于底物減量率計算，堆肥過程反應(yīng)器排出水分10 kg以上，底物有機碳減量0.86 kg，氮素減量0.033 kg。反應(yīng)器內(nèi)基本完整實現(xiàn)了底物腐熟的全過程，調(diào)節(jié)攪拌頻率對物料轉(zhuǎn)運量影響不大，轉(zhuǎn)運量主要由隔層缺口開合度決定。試驗期間，室內(nèi)無明顯異味，尾氣處理裝置中活性炭的濕度和氣味產(chǎn)生明顯變化。表1堆肥前后物料的主要理化指標比較

腐殖質(zhì)115.5169.6419.05153.2510.77169腐熟標志1降解率>38%118～911115～20

綜上，該反應(yīng)器內(nèi)可基本實現(xiàn)堆肥腐熟的全過程，通風(fēng)調(diào)節(jié)堆肥過程性能良好，攪拌頻率可調(diào)，物料轉(zhuǎn)運量可控，主要不足在于保溫性能欠佳，可由箱體外覆保溫材料和加熱供氣彌補。

4結(jié)論

堆肥反應(yīng)器內(nèi)，物料基本完成了腐熟的全過程，堆肥過程內(nèi)部狀況可視，可取樣測溫，供氣、攪拌和物料轉(zhuǎn)運可調(diào)控，反應(yīng)器系統(tǒng)運行機械性良好，自動運行性能滿足需求，環(huán)境影響較小，總體上較好地滿足了設(shè)計需求，適用于廚余垃圾動態(tài)堆肥基礎(chǔ)試驗研究，具有一定工程應(yīng)用基礎(chǔ)。

通過控制物料轉(zhuǎn)運可在不同程度上分隔處于不同轉(zhuǎn)化階段的物料，供氣和攪拌的同一性保證了不同倉室堆體受外源干擾的一致性。因此，對動態(tài)堆肥而言，該反應(yīng)器既能有效區(qū)分進料的先后，同時提供對比性較好的內(nèi)環(huán)境，在此基礎(chǔ)上，可進行動態(tài)堆肥過程的相關(guān)研究，以加深對動態(tài)堆肥機制的認識。另外，還可利用該反應(yīng)器研究原料組成、配比及預(yù)處理對堆肥過程和結(jié)果的影響，研究供氣與攪拌及外環(huán)境對堆肥的影響。

該反應(yīng)器選用的材料、器件和加工方式均為工程上常用的，故該反應(yīng)器具有工程應(yīng)用的良好物質(zhì)基礎(chǔ)?；趧討B(tài)堆肥理論進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化并利用控制面板進行調(diào)控，將具有良好

的工程利用前景，若得以推廣，將有助于改善城市廚余垃圾因具有量小、分散和持續(xù)性的產(chǎn)生特點而造成的收集、運輸和處理難題，為城市的良好運行提供保障。

參考文獻：

[1]張振華，汪華林，胥培軍，等. 廚余垃圾的現(xiàn)狀及其處理技術(shù)綜述[J]. 再生資源研究，2007（5）：31-34.

[2]邵蕾，周傳斌，曹愛新，等. 家庭廚余垃圾處理技術(shù)研究進展[J]. 中國人口·資源與環(huán)境，2011，21：414-418.

[3]嚴太龍，石英. 國內(nèi)外廚余垃圾現(xiàn)狀及處理技術(shù)[J]. 城市管理與科技，2004，6（4）：165-166，172.

[4]田寧寧，柯建明，王凱軍. 臥式旋轉(zhuǎn)型污泥好氧堆肥裝置的研制[J]. 中國給水排水，2001，17（1）：19-22.

[5]錢湧根. 間歇式動態(tài)好氧堆肥處理技術(shù)[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程，1998，6（2）：43-45.

[6]石春芝，鄭宗坤，蒲一濤，等. 立式發(fā)酵倉堆肥處理城市垃圾工藝特性[J]. 深圳大學(xué)學(xué)報：理工版，2002，19（2）：8-12.

[7]王麗莉，涂淑蘭，路鵬，等. 冬季動態(tài)槽式堆肥溫度的空間變異[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，26（11）：1838-1844.

[8]王順利，許廷武，王愛偉，等. 雞糞槽式動態(tài)堆肥物料理化性質(zhì)變化研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（3）：219-222.

[9]張智，劉瀏. 臥式螺旋污泥好氧動態(tài)堆肥技術(shù)的研究[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006，7（3）：112-116.

[10]楊延梅. 有機固體廢物好氧堆肥反應(yīng)器的設(shè)計[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，27（6）：1155-1159.

[11]席北斗，劉鴻亮，孟偉，等. 翻轉(zhuǎn)式堆肥反應(yīng)裝置設(shè)計研究[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4（9）：85-88.

[12]丁湘蓉. 強制通風(fēng)堆肥技術(shù)處理農(nóng)村生活垃圾的可行性研究[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，19（1）：54-58.

[13]張紅玉，鄒克華，楊金兵，等. 廚余垃圾堆肥過程中惡臭物質(zhì)分析[J]. 環(huán)境科學(xué)，2012，33（8）：2563-2568.

[14]楊延梅，張相鋒，楊志峰，等. 廚余好氧堆肥中的氮素轉(zhuǎn)化與氮素損失研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，29（12）：54-56.

[15]梁運攀，胡喜巧，張曉軍，等. 有機肥料全氮測定方法的比較與探討[J]. 科技信息，2011（27）：29-30.

[16]農(nóng)業(yè)部. NY 525—2002有機肥料[S]. 北京：中國標準出版社，2002. 許愛霞，錢余芹. 發(fā)酵菌劑對雞糞堆肥發(fā)酵的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：332-333.endprint