利用新型高温好氧堆肥器提高鸡粪谷壳有机肥肥效

晏琛; 曹雷鹏; 刘玉环; 阮榕生; 宁武建; 刘晓成; 李锐

doi:10.12030/j.cjee.202008103

利用新型高温好氧堆肥器提高鸡粪谷壳有机肥肥效

1.
南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，生物质转化教育部工程研究中心，南昌 330047
2.
明尼苏达大学生物制品与生物系统工程系，圣保罗市 55108，美国
3.
江西天韵农业开发股份有限公司，南昌 330052

作者简介: 晏琛(1996—)，男，硕士研究生。研究方向：食品(含生物质)资源高效转化与利用。E-mail：1475399596@qq.com

通讯作者: 曹雷鹏(1986—)，男，博士，助理研究员。研究方向：食品及农业废弃物资源化利用。E-mail：caoleipeng2@163.com;

基金项目:
国家自然科学基金资助项目(21466022，21878139)；南昌大学食品科学与技术国家重点实验室自由探索项目(SKLF-ZZB-201915)
中图分类号: X713

Effect of new high temperature aerobic composting device on maturation of chicken manure and rice chaff

1.
State Key Laboratory of Food Science and Technology, Engineering Research Center for Biomass Conversion, Ministry of Education, Nanchang University, Nanchang 330047, China
2.
Biological Products and Ecological Engineering, University of Minnesota, Paul 55108, United States
3.
Jiangxi Tianyun Agricultural Development Co. Ltd., Nanchang, 330052, China

Corresponding author: CAO Leipeng, caoleipeng2@163.com ;

摘要: 针对传统堆肥器存在堆肥时间长、环境污染严重等问题，开发快速、无臭、环保型堆肥器对促进粪污肥料化具有重要意义。研发的新型高温好氧堆肥器主要包括4个部分：控制面板、发酵罐(50 L有效容积)、空压机通风系统(0.15 m³·s⁻¹排气量和40 L气容量)、氨气吸收系统(188 L容积及内部成阶梯环形吸收模式)。利用新型高温好氧堆肥器对鸡粪谷壳进行堆肥处理，并采用盆栽实验探明鸡粪谷壳有机肥和回收的磷酸铵镁(MAP)的肥效。结果表明，鸡粪谷壳物料(C/N=25)在在新型高温好氧堆肥器中堆肥处理40 d后，可形成黑色无臭味、圆球状及无有害菌群的堆肥产物；且所得产物中营养成分含量分别为50.53%有机质、1.86% TN、1.56% TP(P₂O₅)及1.59% TK(K₂O)，其指标均达到了国家有机肥料标准(NY 525-2012)。盆栽实验表明，以施肥后空心菜的产量及多糖含量为肥效指标，施用鸡粪谷壳堆肥产物的肥效高于施用化肥获得的肥效；而且，通过氨吸收塔回收氨气产生的MAP可有效提高堆肥产物的整体肥效。该研究结果可为新型高温好氧堆肥器的技术优化提供参考。
- 好氧堆肥 /
- 鸡粪 /
- 谷壳 /
- 有机肥 /
- 氨回收 /
- 磷酸铵镁
Abstract: In view of the problems of long composting time and serious environmental pollution in traditional composting device, the development of rapid, odorless and environmentally-friendly composting device is great significance for promoting livestock manure into organic fertilizer. The new high-temperature aerobic composting device mainly included four parts: control panel, fermenter (50 L active volume), and air compressor ventilation system (0.15 m³·s⁻¹ discharge capacity and 40 L gas tank capacity), ammonia absorption system (188 L volume, patterns of internal ladder ring absorption), which was used to produce chicken manure-rice chaff organic fertilizer. The fertilizer efficiency of recovered magnesium ammonium phosphate (r-MAP) in chicken manure-rice chaff organic fertilizer was investigated by pot experiments. Under the optimal conditions for 40 d composting of chicken manure and rice chaff (C/N=25), the products showed the black odorless, no harmful flora, and spherical features. Moreover, the nutrients of products were 50.53% organic matter, 1.86% TN, 1.56% TP (P₂O₅), 1.59% TK (K₂O), which basically met the national organic fertilizer (NY525-2012). The yield and polysaccharide content of water spinach obtained from chicken manure and rice chaff organic fertilizer were higher than that of chemical fertilizer. The recovery of magnesium ammonium phosphate (MAP) from ammonia recovery system could effectively improve the overall fertilizer efficiency of organic fertilizer. The results will provide a theoretical basis for the further popularization and application of the new high temperature aerobic composting device.
- aerobic composting /
- chicken manure /
- rice chaff /
- organic fertilizer /
- ammonia recovery /
- magnesium ammonium phosphate

化工、电厂、石油、冶金、机械、轻纺、食品等工业生产过程中易产生水雾、酸雾或油雾等气态污染物。雾气本身所含污染物质与空气中杂质混合后，密度增大，很难扩散，会对大气环境造成极大影响。上述污染物若与二氧化硫混合形成酸雾、与氯气水解形成盐酸烟雾，还会对人群健康造成更大危害^[1]。因此，应在工业生产中，选择性能和运行皆可靠的除雾设备，以减少此类气态污染物的排放^[2]。

旋流器因结构简单、操作方便、分离效率高等优点广泛地应用于各个工业部门，一般可以分离粒径为1~10 μm的颗粒。其中，对于5~10 μm以上的颗粒，其分离效率较高^[3-4]；当液滴粒径小于5 μm时，其分离效率较低。而静电除雾器则利用静电作用实现带电荷的颗粒分离，对于5 μm以下的颗粒也有很好的捕捉效果。因此，若将旋流除雾与静电除雾结合起来，可形成静电-旋流耦合分离器并应用到除雾中。与静电除雾器相比，耦合设备占地面积小、成本更低、效率更高；与旋流除雾器相比，耦合设备中有高压静电场，解决了旋流除雾器不利于捕集微细粉尘(粒径小于5 μm)的弊端，除雾效率更高。所以，静电-旋流耦合除雾器适用于中小型工业及民用锅炉、建材、冶金、化工等行业的污染治理和物料回收。

旋流除雾器的入口风速越大，产生离心力越大，分离效率则更高，一般为12~25 m·s⁻¹；然而，为保证雾滴有足够时间停留以获得足量电荷，提高静电力的作用，故静电除雾器的风速选择较低，一般在2 m·s⁻¹以下；另外，雾滴荷电量还与雾滴粒径、电压大小有关。因此，选择合适的入口风速及工作电压是保证静电-旋流耦合除雾器高效工作的关键。本研究通过选择不同粒径的雾滴及不同的工作电压，考察不同入口风速下的除雾效率，以期获得对不同粒径雾气的最优入口风速和工作电压，为静电-旋流耦合除雾器的优化设计提供参考。

1. 静电-旋流耦合除雾器的结构和工作原理

静电-旋流耦合除雾器中的电场是在电极棒(阴极)和雾滴收集面(阳极)之间。当放电极接入高压电源，收集面接地，两极之间会形成强大电场。当雾气进入静电除雾器内后，大量空气分子被电离，产生负离子，这些负离子向收集面运动^[5]。静电-旋流耦合除雾器的结构及主要尺寸如图1所示。其中，筒体直径D为100 mm；溢流口直径D_o为50 mm；底流口直径D_u为20 mm；旋流器高度L为488 mm；筒体长度L_s为200 mm；溢流口插入深度L_o为122 mm；物料入口为50 mm×25 mm的长方形。

图 1 静电-旋流除雾器结构简图

Figure 1. Sketch of an electrostatic-cyclone demister

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静电-旋流耦合除雾器的除雾原理是：首先，雾滴在运动过程中会带上电荷，并在电场力作用下向收集面运动^[6]，形成液膜，最后在重力作用下从底流口排出；同时，根据旋流器的工作原理，当雾滴从入口切向进入旋流器后，在里面形成旋转流场，在旋流离心力的作用下向壁面运动；由于该离心力的方向与前述电场力的方向一致，故雾状颗粒同时受到双重力的作用，从而加速向收集面的迁移。

2. 数学模型以及数值模拟方法

2.1 流场模型

本模拟采用的Fluent流体仿真软件，应用范围极广，但该软件没有静电场模块。为准确描述静电场和流场耦合对颗粒分离的影响，使模拟更加完整，用文献[7]给出部分代码编写UDF来模拟静电场^[8]。流体流动遵守能量守恒方程、热力学第二定律、动量守恒定律和质量守恒定律等物理学规律。电除雾器内流体中含有大量电荷，流体本身也会受到电场力的作用，故电除雾器内的流场也被称为电流场，可用RNGk-ε湍流模型进行有效求解^[9-10]。RNGk-ε模型由瞬态N-S方程推导而来，与标准k-ε模型相比，RNGk-ε模型更适用于存在强流线弯、漩涡和旋转的流场计算^[11]。k方程和ε方程分别见式(1)和(2)。通过修改湍流粘度来修正湍流受主流场旋转和漩涡的影响，如式(3)所示。

$\frac{\partial }{{\partial }_{t}}\left(\rho k\right)+\frac{\partial }{{\partial }_{{x}_{i}}}\left({\rho ku}_{i}\right)=\frac{\partial }{{\partial }_{{x}_{i}}}\left({\alpha }_{k}{\mu }_{eff}\frac{\partial k}{{\partial }_{{x}_{i}}}\right)+{G}_{k}+{G}_{b}-\rho \varepsilon -{Y}_{M}+{S}_{k}$

$(1)$

$\frac{\partial }{{\partial }_{t}}\left(\rho k\right)+\frac{\partial }{{\partial }_{{x}_{i}}}\left({\rho \varepsilon u}_{i}\right)=\frac{\partial }{{\partial }_{{x}_{i}}}\left({\alpha }_{k}{\mu }_{eff}\frac{\partial \varepsilon }{{\partial }_{{x}_{i}}}\right)+{C}_{1\varepsilon }\frac{\varepsilon }{k}\left({G}_{k}+{C}_{3e}{G}_{b}\right)-{C}_{2\varepsilon }\rho \frac{{\varepsilon }^{2}}{k}-{R}_{\varepsilon }+{S}_{\varepsilon }$

$(2)$

式中： ${C}_{1\varepsilon }$ 为默认常量， ${C}_{1\varepsilon }$ =1.42； ${C}_{2\varepsilon }$ 为默认常量， ${C}_{2\varepsilon }$ =1.68； ${\alpha }_{k}$ 为k方程的湍流Pr数 ${\alpha }_{k}$ ≈1.393； ${\alpha }_{\varepsilon }$ 为ε方程的湍流Pr数 ${\mathrm{\alpha }}_{\mathrm{\varepsilon }}$ ≈1.393； ${\mu }_{eff}$ 为有效动力粘度， ${\mu }_{eff}$ = $\mu +\mathrm{\rho }{C}_{\mu }\dfrac{{k}^{2}}{\varepsilon }，{C}_{\mu }$ =0.084 5(kg·(m·s)⁻¹)； ${R}_{\varepsilon }$ 为ε方程中的附议项(kg·(m·s²)⁻¹)。

${\mu }_{t}={\mu }_{t0}f\left({\alpha }_{s},\varOmega ,\frac{k}{\varepsilon }\right)$

$(3)$

式中： $\varOmega$ 为特征旋转量； ${\mu }_{t0}$ 为未修正湍流粘度(kg·(m·s)⁻¹)； ${\alpha }_{s}$ 为常数， ${\alpha }_{s}$ =0.07。

采用DPM模型双向耦合计算静电-旋流除雾器内的两相流动：用近壁面函数考虑雾滴和壁面作用；用随机游走模型考虑液滴在湍流中的扩散现象；用动态曳力模型考虑雾滴在流场中的变形而引起的曳力变化。

2.2 电晕电场模型

空间电荷影响下的电场分布可由泊松方程(式(4))和电流连续性方程(式(5))来描述^[12]。

$\nabla E=\frac{{\rho }_{i}}{{\varepsilon }_{0}}$

$(4)$

式中：E为电场强度(V·m⁻¹)； ${\rho }_{i}$ 为空间电荷密度，(C·m⁻³)； ${\varepsilon }_{0}$ 为气体介电常数，8.85×10⁻¹² C²·N⁻¹·m⁻²。

$\nabla j=\nabla \left({j}_{p}+{j}_{i}\right)=0$

$(5)$

式中：j为总电流密度(A·m⁻²)； ${j}_{p}$ 为带电尘粒电流密度(A·m⁻²)； ${j}_{i}$ 为离子电流密度(A·m⁻²)。

假设电晕放电稳定，电流连续性方程见式(6)。联立式(4)和(6)求解电场强度分布。而Fluent中没有电场物理模型，故必须通过用户自定义函数加载电场的作用。

$\nabla {j}_{i}=0$

$(6)$

2.3 颗粒运动模型

在静电旋流除雾过程中，由于电晕放电系统中分布了大量荷电离子，雾滴进入后在电场作用及扩散作用下会荷电，因此，除了电场力，雾滴还会受到流体曳力及重力的作用^[13]。由牛顿第二定律求得颗粒的运动方程见式(7)。

$\frac{{du}_{d}}{dt}=\frac{18\mu }{{\rho }_{p}{d}_{p}^{2}}{C}_{D}\frac{{Re}_{p}}{24}\left(u-{u}_{d}\right)+\frac{g\left({\rho }_{p}-\rho \right)}{{\rho }_{p}}+Eq$

$(7)$

式中： ${C}_{D}$ 为曳力系数； $\mu$ 为气体粘度(Pa·s)； ${\rho }_{p}$ 为雾滴密度(kg·m⁻³)；d_p为雾滴直径(m)； ${Re}_{p}$ 为相对雷诺数； ${u}_{d}$ 为雾滴速度(m·s⁻¹)；u流体运动速度(m·s⁻¹)；ρ流体密度(kg·m⁻³)；q带电离子单位荷电量(C)；E为电场强度(V·m⁻¹)。

2.4 颗粒荷电模型

雾滴荷电分为电场荷电和扩散荷电2种方式。其中，电场荷电指离子在电场力作用下和雾滴碰撞，使得雾滴荷电；扩散荷电指离子的扩散使得雾滴荷电。直径小于0.15 μm的雾滴荷电以扩散荷电为主；大于0.5 μm的雾滴主要为电场荷电。本研究中涉及的雾滴粒径大都大于1 μm，故仅考虑电场荷电^[14]。雾滴荷电方程见式(8)。模型中的电场力通过电场强度与颗粒带电量的乘积计算得到，算式将通过自定义UDF来实现。

$q=3\pi {\varepsilon }_{0}{d}_{p}^{2}\frac{{\varepsilon }_{r}}{{\varepsilon }_{r}+2}{E}_{0}$

$(8)$

式中：d_p为雾滴直径(m)； ${\varepsilon }_{r}$ 为相对介电常数(1.000 590)； ${\varepsilon }_{0}$ 为真空介电常数，8.85×10⁻¹²C²·N⁻¹·m⁻²； ${E}_{0}$ 为荷电电场强度(V·m⁻¹)。

3. 结果与讨论

3.1 处理量对压力降的影响及流场模拟的验证

压力降又称压力损失，是衡量旋流器消耗能量大小的技术经济指标。旋流器本身没有动力设备，流体通过入口速度在旋流器中获得离心力，然后通过消耗流体压力获得能量以实现分离。在其他条件一定的情况下，压力降越低，旋流器能量损失就越低。实验中溢流口的压力等于大气压，故压力降即为入口压力表压。通过对比实验与模拟计算分别得到的压力降，可间接验证模拟的可靠性。由图2可知，压力降会随着处理量的增大而增大，且模拟曲线与实验曲线变化趋势一致，说明模拟具有一定可靠性。

图 2 处理量与压力降关系图

Figure 2. Relationship between processing volume and pressure drop

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3.2 入口速度对雾滴去除率的影响

由图3可知，在不同电压下，入口速度对除雾效率的影响不同，主要分为2个阶段。当电场电压小于20 kV时，静电旋流器除雾效率会随着入口速度的增加而增加。这是因为：当施加电场电压小于20 kV时，电晕极未达到电晕电压、或是由于电压较小导致电场力较小，故静电力的影响很小，此时主要的分离作用为离心分离，与普通旋流器的入口速度对除雾效率的影响规律一致。金向红等^[15]对气液旋流分离器的研究中发现，当入口风速达到一定值后，分离效率会下降。其主要原因有：1)随着进口流速的增加，进口与气体出口间的短路流不断增强，部分未被分离的液滴随短路流进入溢流管，使得分离效率下降；2)随着流速的增加，旋流强度也会增强，原旋流器内壁面的液体表面会出现一定的湍流扩散，产生气雾夹带现象，部分雾滴进入旋流器内旋流，会随着溢流口排出，使得分离效率降低；3)随着流速的增大，旋流器内的湍流强度增加，在强旋湍流作用下液滴发生破碎现象，使分离难度增加。

图 3 不同入口速度在各电压下的除雾效率(雾滴粒径为5 μm)

Figure 3. Demisting efficiency of different inlet speeds at various voltages (fog droplet size 5 μm)

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当电场电压大于20 kV时(见图3)，除雾效率随入口速度的增大呈先增大后减小的趋势，在入口速度为10 m·s⁻¹时呈现“拐点”。与普通旋流器不同的是，这个“拐点”是由静电力的影响所造成。当入口风速较低时，离心力的除雾作用较小，静电力的除雾作用较大，但两种力综合作用下的总除雾效率仍然较低；当入口风速达到10 m·s⁻¹时，两种作用的综合效果达到最佳，能保持较高的除雾效率；而当入口风速继续增大时，离心力增强，但雾滴在旋流器内停留时间减少，荷电效果不佳，此时主要作用为离心分离，静电除雾作用减小，两者综合作用下的除雾效率有所下降。因此，入口速度的大小决定了雾滴所受离心力的大小，也决定了雾滴在旋流器中的停留时间，从而决定了雾滴所受电场力的大小。

综上所述，为了获得较高的除雾效率，应保证离心力与电场力对除雾效果的综合作用，选择合适的入口速度。从模拟结果看，本静电-旋流耦合除雾器的最佳入口速度为8~12 m·s⁻¹。

3.3 电压大小对雾滴去除效率的影响

在静电-旋流耦合除雾器中，影响电场力最主要的因素是电压。由图4可知，电场电压越高，电场强度越大，荷电粒子受到的电场力越大，分离效率也就越好^[16]。因此，提高电场电压，有利于提高静电-旋流耦合除雾器的效率。当施加的电场电压较低时(如小于20 kV)，电晕极起晕放电的程度太弱，电场强度也较低(见图4(a))，雾滴的荷电量和电场力都较小，故受到静电力作用较小，对除雾起主要作用的仍是离心力；当电压大于等于20 kV时，电晕极附近电场强度增大(见图4(b)~(d))，场强梯度很大，电晕极起晕放电程度增强，雾滴的荷电量和电场力较大，此时起主要作用的是离心力和静电力的共同作用，所以，静电-旋流耦合除雾器的除雾效率比不加电压时有明显的提升。

图 4 不同电压下电场强度分布图

Figure 4. Electric field intensity distribution of different voltages

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3.4 不同粒径雾滴在电场作用下的去除率

加上电场后的静电-旋流耦合除雾器的分离效率提升明显，其除雾性能优于普通的旋流除雾器；且施加的电压越高，除雾效率也越高。然而，电场电压不能无限度地提高，受电晕极与集尘极间距等条件的限制，两极间电压过高时，会发生电场击穿，使静电-旋流耦合除雾器不能正常工作。因此，本设备最高工作电压设置为60 kV。图5为入口速度10 m·s⁻¹、电压为0~60 kV时各粒度雾滴的去除效率。由图5可知，随电压的增加，对1 μm雾滴的去除效率从5.3%增加到45.6%；对3 μm雾滴的去除效率从43.7%增加到67.6%；对8 μm雾滴的去除效率从68.2%增加到89.3%；对10 μm雾滴的去除效率从78.1%增加到96.1%。上述结果说明，电场作用对于粒径大于5 μm的(尤其是8 μm以上)雾滴去除效率影响较小，而对于5 μm以下(尤其是3 μm以下)雾滴的去除效率影响更明显。这是由于小粒径的雾滴受离心力较小，仅靠离心力捕集分离效率很低；施加电压后，小粒径雾滴比大粒径雾滴更容易荷电，雾滴同时受到旋流离心力和电场力的作用，故除雾效率大幅提高。因此，静电-旋流耦合除雾器能更好地分离小粒径雾滴。

图 5 不同粒径雾滴在各电压下的去除率

Figure 5. Removal rates of droplets of different particle sizes at various voltages

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4. 结论

1)在旋流器内添加稳定工作电压，形成静电-旋流耦合除雾器。在模拟的入口风速和雾滴粒径范围内，静电-旋流耦合除雾器的除雾效率与不加电压相比，有明显提升。

2)当入口风速为8~12 m·s⁻¹时，静电-旋流除雾器除雾效率达到最高，表明此时装置的离心分离和静电分离的综合作用最强，且随着电压的升高除雾效率亦升高。

3)利用该耦合装置分离3 μm以下雾滴的提升效果明显高于分离5 μm以上的雾滴。雾滴粒径越大，除雾效率提升却越小。这说明，静电-旋流耦合除雾器能更好地分离小粒径雾滴，对于粒径3 μm以下雾滴的分离效率提升明显。

图 1 新型高温好氧堆肥器设计图及实体图

Figure 1. Illustration and stereogram of new high-temperature aerobic composting device

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图 2 鸡粪谷壳物料在新型高温好氧堆肥器中堆肥过程中形貌图变化

Figure 2. Changes of chicken manure and rice chaff morphology during composting in new high-temperature aerobic composting device

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图 3 鸡粪谷壳粉堆肥过程中堆体温度、水分及pH变化

Figure 3. Change of temperature, moisture and pH in chicken manure and rice chaff during composting

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图 4 鸡粪谷壳高温好氧堆肥过程中种子发芽率的变化

Figure 4. Change of germination rate seed during high temperature aerobic composting of chicken manure and rice chaff

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图 5 堆肥过程中的微生物情况

Figure 5. Microorganism in composting process

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图 6 不同肥料条件栽培下30 d空心菜生长情况对比

Figure 6. Comparison of growth of water spinach for 30 d under different fertilizer conditions

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图 7 不同肥料条件栽培下30 d空心菜鲜重和可溶性糖含量的对比

Figure 7. Comparison of fresh weight and soluble sugar content of water spinach for 30 d under different fertilizer conditions

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图 8 MAP对小白菜生长情况的影响

Figure 8. Effect of magnesium ammonium phosphate (MAP) on growth of Chinese cabbage

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表 1 鸡粪和谷壳的化学特性

Table 1. Chemical properties of chicken manure and rice chaff

供试原料	碳/%	氮/%	碳氮比	含水量/%	pH
鸡粪	18.87±0.95	1.51±0.14	12.49±0.32	40.34±1.24	8.82±0.52
谷壳	41.00±2.34	<0.30	>136	10.23±0.58	—

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表 2 物料堆肥期间表观状态的变化

Table 2. Changes of apparent state of materials during composting

堆肥时间/d	气味	色泽	形状
1	粪尿味	灰褐色	块状
2	臭味较淡	灰褐色	块状
5	臭味较浓	灰褐色	粒状
11	臭味强烈	褐色	粒状
34	臭味较浓	褐色	球状
39	臭味较淡	黑色	球状
40	无臭味	黑色	球状

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表 3 鸡粪谷壳有机肥理化指标和国标的对比

Table 3. Comparison of physicochemical indexes of chicken manure-rice chaff organic fertilizer with national standard

对比项目	有机质/%	TN/%	TP/%	TK/%	TNPK/%	水分/%	pH
鸡粪谷壳有机肥	50.53±0.12	1.86±0.31	3.27±0.53	1.57±0.12	6.71±0.85	29.24±0.44	8.46±0.11
国标(NY 525-2012)^[13]	≥45	—	—	—	≥5.0	≤30	5.5~8.5

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期刊类型引用(6)

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2.	毛禹，夏军强，周美蓉，邓珊珊. 近20年长江中游监利—汉口河段氮、磷负荷时空变化特征分析. 环境科学. 2024(09): 5204-5213 . 百度学术
3.	卜思凡，余香英，张文博，熊津晶，吴华财，潘文兴. 基于PMF模型的粤西典型流域氨氮污染特征分析. 环境保护科学. 2024(06): 104-109 . 百度学术
4.	黄燏，阙思思，罗晗郁，蒋晖. 长江流域重点断面水质时空变异特征及污染源解析. 环境工程学报. 2023(08): 2468-2483 . 本站查看
5.	薛弘涛，余香英，陈晓丹，许泽婷. 深圳河口溶解氧变化规律及其影响因素研究. 环境生态学. 2023(11): 88-94 . 百度学术
6.	张悦. 近海流域溶解氧的影响因素分析. 中国资源综合利用. 2023(11): 111-113 . 百度学术

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1. 静电-旋流耦合除雾器的结构和工作原理
2. 数学模型以及数值模拟方法
2.1 流场模型
2.2 电晕电场模型
2.3 颗粒运动模型
2.4 颗粒荷电模型
3. 结果与讨论
3.1 处理量对压力降的影响及流场模拟的验证
3.2 入口速度对雾滴去除率的影响
3.3 电压大小对雾滴去除效率的影响
3.4 不同粒径雾滴在电场作用下的去除率
4. 结论

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近年来，畜禽养殖过程中产生的大量粪污引起了严重的环境污染，已严重阻碍了畜禽养殖业的可持续发展^[1-2]。未经处理的畜禽粪污富含致病菌且成分不稳定，在储存过程中会释放大量甲硫醇、氨气、硫化氢和丙烯醛等10多种恶臭有毒还原性气体，严重危及人畜健康^[3-4]。然而，畜禽粪污作为一种富含氮、磷、钾等营养物质的有机固体废物，又是可用于促进农作物生长的重要肥料资源^[5-6]。堆肥技术主要是通过微生物对畜禽粪污中不稳定的有机物质进行降解，生成稳定的腐殖质类物质，从而将其转化为高价值有机肥料，实现畜禽粪污的资源化利用^[7-8]。畜禽粪污堆肥处理不仅可以解决环境污染问题，而且所得的肥料有助于改善土壤环境、提高土壤肥力，对实现畜禽业及农业可持续发展具有重要意义^[9]。

好氧堆肥法可有效地脱臭及灭菌，有利于肥料的养分保持，是我国畜禽粪便处理的主要方式。然而，现有的好氧堆肥反应器在堆肥过程中存在非自动化、物料腐熟度差异大、控温困难、氮损失严重等缺陷，限制了好氧堆肥反应器的广泛应用^[10-11]。因此，加快低成本、环保型、高效自动化堆肥反应器的开发，对促进畜禽粪污肥料化应用尤为重要。

本研究采用可调控式新型高温好氧堆肥器，以谷壳(粉)作为堆肥辅料，分析鸡粪谷壳在堆肥过程中的理化性质，并利用吸收塔将堆肥过程中释放的氨气转化为磷酸铵镁(MAP)，再添加至鸡粪谷壳有机肥料中，从而生产出优质商品有机缓释肥料。

3. 结论

1)新型高温好氧堆肥装置可以回收堆肥过程中释放的氨气，形成的MAP可作为肥料。

2)鸡粪谷壳混合物(C/N=25)在新型堆肥器堆肥处理40 d后，可形成黑色无臭味、无有害菌群、圆球状的有机肥，其养分基本达到我国有机肥料标准(NY 525-2012)。

3)鸡粪谷壳有机肥能够缓慢并稳定地释放氮磷钾等植物生长所需的营养元素，有利于空心菜对营养物的吸收；新型堆肥器回收氨气产生的MPA添加至鸡粪谷壳有机肥中，可进一步提高有机肥的整体肥效。

参考文献 (26)

利用新型高温好氧堆肥器提高鸡粪谷壳有机肥肥效

作者简介: 晏琛(1996—)，男，硕士研究生。研究方向：食品(含生物质)资源高效转化与利用。E-mail：1475399596@qq.com

通讯作者: 曹雷鹏(1986—)，男，博士，助理研究员。研究方向：食品及农业废弃物资源化利用。E-mail：caoleipeng2@163.com;

Effect of new high temperature aerobic composting device on maturation of chicken manure and rice chaff

Corresponding author: CAO Leipeng, caoleipeng2@163.com ;

1. 静电-旋流耦合除雾器的结构和工作原理

2. 数学模型以及数值模拟方法

2.1 流场模型

2.2 电晕电场模型

2.3 颗粒运动模型

2.4 颗粒荷电模型

3. 结果与讨论

3.1 处理量对压力降的影响及流场模拟的验证

3.2 入口速度对雾滴去除率的影响

3.3 电压大小对雾滴去除效率的影响

3.4 不同粒径雾滴在电场作用下的去除率

4. 结论

期刊类型引用(6)

其他类型引用(5)

计量

出版历程

利用新型高温好氧堆肥器提高鸡粪谷壳有机肥肥效

通讯作者: 曹雷鹏(1986—)，男，博士，助理研究员。研究方向：食品及农业废弃物资源化利用。E-mail：caoleipeng2@163.com;

English Abstract

Effect of new high temperature aerobic composting device on maturation of chicken manure and rice chaff

Corresponding author: CAO Leipeng, caoleipeng2@163.com ;

全文HTML

1.1. 供试原料

1.2. 实验装置

1.3. 堆肥和取样

1.4. 肥料有效性的盆栽实验

1.5. 分析方法

2.1. 堆肥过程物料表观变化

2.2. 堆肥过程中物料温度、水分及pH的变化

2.3. 堆肥时间对种子发芽率(GI)的影响

2.4. 堆肥过程中微生物多样性分析

2.5. 鸡粪谷壳有机肥的肥效

2.6. 新型高温好氧堆肥器回收氨气产生MAP的肥效

目录

全文HTML

1.1. 供试原料

1.2. 实验装置

1.3. 堆肥和取样

1.4. 肥料有效性的盆栽实验

1.5. 分析方法

2.1. 堆肥过程物料表观变化

2.2. 堆肥过程中物料温度、水分及pH的变化

2.3. 堆肥时间对种子发芽率(GI)的影响

2.4. 堆肥过程中微生物多样性分析

2.5. 鸡粪谷壳有机肥的肥效

2.6. 新型高温好氧堆肥器回收氨气产生MAP的肥效