有機(jī)固體廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)王月伶;劉訓(xùn)東;蔣建國(guó);段鳳魁;孫艷;楊宏偉【摘要】根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，設(shè)計(jì)了有機(jī)固體廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置.介紹了有機(jī)固體廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)造、功能及實(shí)驗(yàn)效果.實(shí)驗(yàn)裝置功能完備臊作方便,進(jìn)行堆肥實(shí)驗(yàn)時(shí)不受室溫和季節(jié)影響.％Theexperimentaldeviceoftheorganicsolidwastesaerobiccompostingwasdesignedforexperimentteaching.Thestructure,propertiesandexperimentaleffectsoftheexperimentaldeviceoftheorganicsolidwastesaerobiccompostingwereintroduced.【期刊名稱】《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》【年(卷)，期】2012(029)012【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P65-67)【關(guān)鍵詞】有機(jī)固體廢物;實(shí)驗(yàn)裝置;好氧堆肥【作者】王月伶瀏訓(xùn)東;蔣建國(guó);段鳳魁;孫艷;楊宏偉【作者單位】清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100084;清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京100084;清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京100084;清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京100084;清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京100084;清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京100084【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】X705;G4841堆肥隨著有機(jī)固體廢物的累積及污染問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，對(duì)它的處理、處置已經(jīng)成為目前最重要的問(wèn)題和最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。目前，國(guó)內(nèi)外有機(jī)固體廢物處理方式主要有3種：填埋、焚燒和生物處理［1］。生物處理是依靠自然界的微生物的作用，通過(guò)生物轉(zhuǎn)化，將固體廢物中易于生物降解的有機(jī)組分轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)肥料、沼氣或其他轉(zhuǎn)化產(chǎn)品（如飼料蛋白、乙醇或糖類）等，從而達(dá)到固體廢物無(wú)害化或綜合利用［2］。堆肥是有機(jī)固體廢物生物處理技術(shù)的一種，作為大規(guī)模處理固體廢物的常用方法得到了廣泛應(yīng)用，并已經(jīng)取得較成熟的經(jīng)驗(yàn)［3］。堆肥過(guò)程就是利用自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，有控制地促進(jìn)可被生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過(guò)程。通過(guò)堆肥處理，可以將有機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)肥料或土壤調(diào)節(jié)劑，實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化，且這些堆肥的最終產(chǎn)物已經(jīng)穩(wěn)定化，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成危害。因此，堆肥是有機(jī)廢物穩(wěn)定化、資源化和無(wú)害化處理的有效方法之一［4］。根據(jù)處理過(guò)程中起作用的微生物對(duì)氧氣要求的不同，堆肥可分為好氧堆肥法和厭氧堆肥法。好氧堆肥法是在有氧的條件下，通過(guò)好氧微生物的作用使有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣谧魑镂丈L(zhǎng)的有機(jī)物的方法［5］。有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)是固體廢物處理、處置工程實(shí)驗(yàn)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)堆肥實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解堆肥技術(shù)的典型過(guò)程及技術(shù)特征。原堆肥實(shí)驗(yàn)設(shè)備是一個(gè)容積為100L的圓桶，外面用海綿作為保溫層，采用奧氏氣體分析儀檢測(cè)排放的氧氣和二氧化碳濃度。用這套堆肥設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作不便，實(shí)驗(yàn)受室溫度和季節(jié)影響較大，實(shí)驗(yàn)課不能與理論課同步進(jìn)行，有機(jī)物降解不徹底，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果常與實(shí)驗(yàn)原理不符，排氣污染室內(nèi)環(huán)境，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在室內(nèi)進(jìn)行堆肥實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)堆肥效果有明顯影響?？偨Y(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)原有堆肥實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在的問(wèn)題，充分考慮實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求，結(jié)合課程建設(shè)，設(shè)計(jì)加工了有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置。新設(shè)計(jì)的堆肥實(shí)驗(yàn)裝置操作方便，功能完善，實(shí)驗(yàn)效果良好，提高了課程整體的教學(xué)質(zhì)量。2有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)造有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置主要由反應(yīng)罐、攪拌裝置、供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、不銹鋼架組成，裝置的示意圖見圖1。反應(yīng)罐由不銹鋼材質(zhì)制成，在2層不銹鋼中間填充珍珠巖作為保溫層。反應(yīng)罐由罐體和罐蓋組成，罐體為圓柱形，有效容積為100L，在距罐體底部200mm處用布?xì)獍宸指?，布?xì)獍迳厦鏋槎逊史磻?yīng)室，下面為布?xì)馐也⒂糜趦?chǔ)存滲濾液；罐體底部有滲濾液排放口和進(jìn)氣口，在布?xì)獍迳戏?50mm處留有取樣口。罐壁兩側(cè)對(duì)稱地分布著溫度探頭插口，罐蓋上有視窗和出氣口。攪拌裝置由電機(jī)、攪拌軸、攪拌槳3部分組成。攪拌槳焊接在攪拌軸上，攪拌軸下部放在罐體底部中央的半圓形凹槽內(nèi)，攪拌軸通過(guò)攪拌套件與攪拌電機(jī)連接，電機(jī)通過(guò)吊輪可以升降。氣路系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、流量計(jì)、電熱板、溫度傳感器、排氣管路和氣體分析管路組成。電路控制箱可以對(duì)電機(jī)的攪拌速度、攪拌時(shí)間、供氣溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)分析及記錄系統(tǒng)由溫度傳感器、氣體檢測(cè)柜、數(shù)據(jù)傳輸線及微機(jī)組成，可以對(duì)反應(yīng)溫度、排氣口的氧氣和二氧化碳濃度進(jìn)行分析并記錄。反應(yīng)罐和電機(jī)安裝在不銹鋼架上，在不銹鋼架的底部裝有方向滑輪，可以移動(dòng)裝置。圖1有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置示意圖3有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置功能與原有堆肥實(shí)驗(yàn)設(shè)備及文獻(xiàn)報(bào)道的堆肥設(shè)備［6-13］相比，新設(shè)計(jì)的有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置功能完備、操作方便。反應(yīng)罐具有良好的密封性，罐蓋處、取樣口處和溫度探頭插口處均有密封墊圈，堆肥產(chǎn)生的氣體不會(huì)泄漏，避免了對(duì)室內(nèi)空氣的污染。整個(gè)反應(yīng)罐及罐蓋采用珍珠巖作保溫材料，保溫性能良好，在反應(yīng)初期，有利于反應(yīng)的快速啟動(dòng)，并能使反應(yīng)物料在高溫階段維持較長(zhǎng)時(shí)間，有利于有機(jī)物的快速降解，并殺死病原微生物，在環(huán)境溫度較低時(shí)堆肥反應(yīng)也可以順利進(jìn)行。供氣溫度和流量可調(diào)，在寒冷季節(jié)進(jìn)行堆肥實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以給供氣加熱，使反應(yīng)快速啟動(dòng)。在反應(yīng)進(jìn)入高溫階段，通過(guò)調(diào)節(jié)供氣流量以調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，避免溫度過(guò)高影響微生物的生命活動(dòng)，使反應(yīng)處于最佳溫度范圍內(nèi)，既可以使有機(jī)物快速降解，又能有效殺死病原微生物?？梢栽诜磻?yīng)進(jìn)行過(guò)程中對(duì)反應(yīng)物料進(jìn)行攪拌，通過(guò)控制箱可以調(diào)節(jié)攪拌的強(qiáng)度和時(shí)間。通過(guò)攪拌使物料混合均勻，減少局部厭氧區(qū)的形成，有利于有機(jī)物的徹底降解，減少惡臭氣體的產(chǎn)生。堆肥反應(yīng)的溫度、排氣口的氧氣和二氧化碳濃度通過(guò)溫度探頭和氣體分析傳感器自動(dòng)分析并記錄。學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)查看這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，了解實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。發(fā)酵罐的下側(cè)設(shè)有取樣口，方便對(duì)反應(yīng)物料取樣分析。通過(guò)發(fā)酵罐中部的旋轉(zhuǎn)軸可以將發(fā)酵罐旋轉(zhuǎn)，便于填裝和取出反應(yīng)物料。4實(shí)驗(yàn)效果固體廢物處理、處置工程實(shí)驗(yàn)在秋季學(xué)期開課。舊堆肥實(shí)驗(yàn)設(shè)備供氣溫度不可調(diào)，只能為反應(yīng)提供室溫氣體，且設(shè)備的保溫性能差，為保證堆肥反應(yīng)順利啟動(dòng)，實(shí)驗(yàn)課必須先于理論課進(jìn)行；由于還沒有系統(tǒng)地學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目及所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的意義了解不透徹，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中較被動(dòng)，缺少積極主動(dòng)的探討；舊堆肥設(shè)備沒有專門的取樣口，取樣分析困難；當(dāng)反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，需要人工攪拌反應(yīng)物料以降低溫度；堆肥產(chǎn)生的氣體對(duì)感官有強(qiáng)烈刺激，由于沒有排氣系統(tǒng)，堆肥產(chǎn)生的刺激氣味嚴(yán)重污染實(shí)驗(yàn)室環(huán)境；舊堆肥設(shè)備不能得到腐熟度很好的堆肥產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，實(shí)驗(yàn)效果不理想，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性。新設(shè)計(jì)的有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置功能完備，操作方便。用這套裝置進(jìn)行堆肥實(shí)驗(yàn)，不受室溫、季節(jié)影響，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)可以與理論課學(xué)習(xí)同步進(jìn)行；良好的保溫性能，可以對(duì)供氣溫度加熱，即使冬季也可以用這套裝置順利進(jìn)行堆肥實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)能快速啟動(dòng)；堆體內(nèi)部溫度高于55°C的時(shí)間可以達(dá)到5天，能有效殺死病原微生物，使堆肥產(chǎn)品達(dá)到衛(wèi)生學(xué)要求；具有攪拌功能；可以根據(jù)反應(yīng)需要調(diào)節(jié)供氣量和供氣溫度，良好的保溫性能，使有機(jī)物快速高效降解。用有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行堆肥實(shí)驗(yàn)，微生物學(xué)檢測(cè)結(jié)果和種子發(fā)芽率均好于舊堆肥設(shè)備，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論知識(shí)吻合。用新設(shè)計(jì)的堆肥實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行好氧堆肥實(shí)驗(yàn)，改善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，符合實(shí)際教學(xué)的需要，提高了課堂教學(xué)效率，激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣和積極性，提高了課程整體的教學(xué)質(zhì)量。5結(jié)束語(yǔ)設(shè)計(jì)的有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置已應(yīng)用于4屆本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。裝置操作方便，性能穩(wěn)定，明顯改善了教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了很好的實(shí)驗(yàn)效果和教學(xué)效果。有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)裝置不僅應(yīng)用于本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還為學(xué)院承擔(dān)的科研項(xiàng)目服務(wù)，在完成教學(xué)任務(wù)之余，用這套裝置開展堆肥方面的科研工作，不僅可以進(jìn)行有機(jī)廢物好氧堆肥實(shí)驗(yàn)，還可以用于有機(jī)廢物的厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)(References)[1]黃得揚(yáng)，陸文靜，王洪濤有機(jī)固體廢物堆肥化處理的微生物學(xué)機(jī)理研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2004,5(1):12-18.[2]徐曉軍，管錫君，羊依金.固體廢物污染控制原理與資源化技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2007.[3]蔣建國(guó).固體廢物處置與資源化[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.[4]陳琨柏.固體廢物處理與處置工程學(xué)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005.[5]馬文漪，楊柳燕.環(huán)境微生物工程[M].南京：南京大學(xué)出版社，1998.[6]楊延梅.有機(jī)固體廢物好氧堆肥反應(yīng)器的設(shè)計(jì)[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008,27(6)：1155-1159.[7]韓濤，任連海.餐廚垃圾高效好氧堆肥小試裝置及機(jī)理研究[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2008,16(3):4-6.[8]韓濤，任連海，張相鋒，等.餐廚垃圾高溫好氧堆肥小試研究[J].北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006,24(3):1-4.[9]任連海，何亮，寧娜，等.餐廚垃圾高效好氧堆肥過(guò)程參數(shù)的影響因素研究[J].北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010,28(5):40-44.[10]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?fù)p失研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006,29(12):54-56