猪粪好氧堆肥过程有机质降解和热量平衡模型-农业机械学报.PDF

２０１１年 １０月 农 业 机 械 学 报 第 ４２卷 第 １０期 猪粪好氧堆肥过程有机质降解和热量平衡模型 王永江　黄光群　韩鲁佳 （中国农业大学工学院，北京 １０００８３） 　　【摘要】　依据有机质降解一级动力学方程和系统热量平衡方程，充分考虑猪粪好氧堆肥有机质降解的梯次性 对数学建模的影响，建立了反应器好氧堆肥过程有机质降解 Ｍｏｎｏｄ模型和热量平衡模型。有机质降解 Ｍｏｎｏｄ模型 考虑了温度、含水率、氧体积分数和自由空域４种因素对降解系数的影响，其中温度作为最主要影响因素；热量平 衡模型中主要考虑了对流、传导的热量传递方式。利用实验室好氧堆肥反应器进行的模型验证试验结果表明：堆 肥试验实测值与模型模拟值表现出较好的一致性，有机质降解的实测值与模型模拟值的相对标准误差为 １３０２％， 温度变化的实测值与模型模拟值的相对标准误差为９９％。 关键词：猪粪　好氧堆肥　有机质降解　热量平衡　数学模型 中图分类号：Ｓ１４１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１１）１００１２１０４ ＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆＯｒｇａｎｉｃＭａｔｔｅｒＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄＴｈｅｒｍａｌＢａｌａｎｃｅ ｄｕｒｉｎｇＰｉｇＳｌｕｒｒｙＡｅｒｏｂｉｃＣｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ＷａｎｇＹｏｎｇｊｉａｎｇ　ＨｕａｎｇＧｕａｎｇｑｕｎ　ＨａｎＬｕｊｉａ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｍａｌｂａｌａｎｃｅｗｅｒｅｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒ ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｗｉｔｈｒｅｓｐｅｃｔｔｏｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｖｏｌａｔｉｌｅｓｏｌｉｄ（ＢＶＳ）ａｎｄｔｈｅｌａｗｏｆｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｄｅｇｒａｄｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｓｔａｇｅｓ．Ｆｏｒｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔ，ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｆｒｅｅａｉｒｓｐａｃｅｗｅｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓｋｅｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｔｏｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅ．Ｆｏｒｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆ ｔｈｅｒｍａｌｂａｌａｎｃｅ，ｆｏｒｃｅｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓｔｈｅｍａｉｎｈｅａｔｒｅｍｏｖａｌｆｏｒｍ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｍｏｄｅｌｓ，ａｎａｅｒｏｂｉｃｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｉｇｓｌｕｒｒｙｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄ． Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｏｘｙｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔ，ｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗｅｒｅａｌｌｍｏｎｉｔｏｒｅｄｉｎｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｃｏｕｌｄｂｅｈｅｌｐｆｕｌｆｏｒｇｕｉｄｉｎｇｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｐｉｇｓｌｕｒｒｙ，Ａｅｒｏｂｉｃｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ，Ｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，Ｔｈｅｒｍａｌｂａｌａｎｃｅ， Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ 要指标［３］，建立好氧堆肥过程中有机质降解和热量 　　引言