CN110987237A - 一种好氧堆肥过程中堆体内含水率实时监测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种好氧堆肥过程中堆体内含水率实时监测的方法，具体步骤如下：(1)堆肥物料的准备：取堆肥过程中物料作为样品；(2)堆体物料容重分析：取一定体积量筒，分几次加入等量同一物料，每次夯10下，计算物料容重；(3)TDR监测仪在堆体中的放置与数据获取：将探杆固定到一定体积容器中，重复步骤(2)，开始运行；(4)TDR测定堆体含水率的标准曲线建立和参数校正：不同含水率的物料在重量法及TDR输出信号得到的含水率作曲线比较，校正TDR参数；(5)校正后TDR对好氧堆肥堆体含水率的实时监测：将探杆固定到填有物料的装置中，定时记录数据。与传统好氧堆肥过程中堆体内含水率监测的方法相比，本发明具有实时性强，精确度高的特点。
Description
技术领域
本发明属于有机固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种有机固废好氧堆肥过程中堆体含水率实时监测的方法。
背景技术
好氧堆肥是处理有机固废的主要方法之一。近年来，固体废弃物的产量越来越大，根据国家统计局数据显示：2017年我国工业固体废物产生量累计331592.1万吨，同比增长7.24％。这些固体废弃物主要包括畜禽粪便、城市污泥、园林废弃物和生活垃圾等。我国目前的主要处理方式有卫生填埋、焚烧和堆肥。普遍认为好氧堆肥是较好的处理方式。因为好氧堆肥过程可有效处理有机固体废弃物，使其生成养分含量高的有机肥或者用作土壤改良剂，实现固体废弃物无害化、减量化、稳定化、资源化，但堆肥过程中仍存在着堆体向环境排放臭气和温室气体等有害尾气的问题。这些尾气的产生和排放不仅对污染大气环境、加剧温室效应，并且会带走堆体中的氮磷等，从而降低堆料肥力。
研究表明，含水率是影响好氧堆肥过程的主要因素之一。在堆肥化过程中，由于水分影响微生物的生长繁殖过程，因此堆体中含水率对堆肥整个过程影响很大：水分不能过低，水分过低会不利于微生物的生长，降低堆肥效率；而水分过高，则会堵塞堆料中的空隙，阻碍氧气进入，氧气不足会导致堆体厌氧发酵，使有机物温度和分解速率明显下降并且产生甲烷和氧化亚氮等气体。尽管实时监测好氧堆肥过程中堆体内含水率对于维持良好的堆肥过程运行具有重要意义，但目前仍缺乏相关的监测方法。
土壤水分测定的方法较为成熟，国内外的土壤水分测定方法主要有以下几种：时域反射法(TDR)，土壤水分传感器法，称重法，中子法，γ射线法。土壤中水分实时分析方法的发展为好氧堆肥过程中堆体含水率的监测技术开发提供了良好的基础，可以借鉴至堆体含水率监测过程。TDR法是上世纪80年代发展起来的一种土壤水分测定方法，中文为时域反射仪。TDR是由信号发生系统、信号接收系统、信号处理系统等三个系统组成。由探竿发出电磁波沿多孔介质传播，当电磁波阻抗发生变化时就会发生反射，信号接收系统接收反射回来的反射波并记录，信号处理系统通过分析电磁波在测试探头中的传播时间(反映于反射波形中)来确定被测多孔介质的介电常数，再利用多孔介质介电常数计算模型来确定多孔介质含水量。TDR测量独立性较强，其测量结果与多孔介质类型、密度、温度基本无关，因此，TDR测定方法的精确度极高。而且还有很重要的一点就是，TDR能在结冰下测定多孔介质含水率，这是其他方法无法比拟的。
与本发明相关的国内专利主要为CN109100396A，其公开了一种在线测量固体含水率的装置及方法。首先是开发一种在线测量固体含水率的装置，该系统包括电极机构、电极驱动机构、水平滑台、固体检测开关和控制系统，在该装置基础上根据不同含水率的固体的电阻率不同，通过测量指定长度和截面积，开发一种在线监测含水率的方法。其优点是可实现对生产线上固体的含水率进行在线测量。其缺点是此方法基于该装置，应用范围不够广泛，且其原理是利用电阻变化反映含水率，结果易受温度变化影响。
与上述方法相比，TDR由探杆发出电磁波沿多孔介质传播，当电磁波阻抗发生变化时就会发生反射，信号接收系统接收反射回来的反射波并记录，信号处理系统通过分析电磁波在测试探头中的传播时间(反映于反射波形中)来确定被测多孔介质的介电常数，再利用多孔介质介电常数计算模型来确定多孔介质含水量。此方法具有较强的独立性，其结果与土壤类型、密度、温度基本无关，因此，TDR测定方法的精确度极高。目前，尚未有使用TDR法监测堆肥物料重量含水率的专利报道。本发明与其在具体实施过程中，存在着显著优势，具体表现在：本发明使用TDR法与堆肥物料容重结合起来监测堆肥物料重量含水率，先得到常数k，经校准后测量，大大提高其准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机固废好氧堆肥过程中堆体含水率实时监测的方法。机固废好氧堆肥过程中堆体内含水率对于维持良好的堆肥过程运行具有重要意义。实时监测能及时反映堆体内含水率变化，以便于对堆体参数的控制，提高堆肥的效率和质量。
为了解决上述的技术问题，本发明采用了如下技术方案：
(1)堆肥物料的准备：取堆肥过程中升温期、高温期和腐熟期堆料作为样品，分别取各阶段其中一部分测其含水率。
(2)堆体物料容重分析：取固定体积量筒，分3次向量筒内加入同一堆肥物料，每次加入的量基本保持一致，并且每次加完后将管子夯10下，将量筒上部空余处用同一物料填满，称出质量计算容重(g/mL)，此容重的数值作为校正系数k1。
(3)TDR监测仪在堆体物料中的放置与数据获取：取直径为110mm，高为700mm的PVC管，一端用塑料布封住，向管内倒入一层堆肥物料，将水分探杆插入PVC管，保持其在中心位置，分3次向PVC管内加入同一堆肥物料，每次加入的量基本保持一致，并且每次加完后将管子夯10下，在最后一次夯完后，将管子上部空余处用同一物料填满，TDR探测仪开始实时检测物料的体积含水率θ，在上位机中将检测仪获得的体积含水率θ乘以校正系数k1，得到物料的重量含水率W1。水分检测仪监测期间保持水分探杆位置不变。
(4)TDR测定堆体含水率的标准曲线建立和参数校正：用不同重量含水率的污泥进行校准，将水分检测仪实时监测到的重量含水率W与通过重量法得到的污泥重量含水率W’共同建立标准曲线，获得校正参数k2，计算污泥的重量含水率W2＝W1×k2；
(5)校正后TDR对好氧堆肥堆体含水率的实时监测：将堆肥物料准备好填至装置后将水分检测器的探杆插入固定到堆肥装置中堆体的不同位置，根据堆体不同位置设置不同校正参数k3，实时监测物料的重量含水率W3＝W2×k3，其中k3推荐值为2.0(堆体上部)、1.0(堆体中部)、0.67(堆体下部)，每隔一定时间记录一次数据。
本发明具有显著的有益效果：
1.本发明采用TDR法测量污泥堆肥物料的重量含水率，将TDR法和堆肥物料容重变化结合起来，其测量结果与物料密度、温度基本无关，只与物料容重有关，排除了很多外界干扰，精确度极高。
2.本发明可以对堆体含水率进行实时监测，每隔一定时间记录一次数据，能及时反映堆体含水率变化情况。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
图2容重系数校正后堆体含水率测定值。
图3不同容重系数堆体含水率测定值。
具体实施方式
实施例
本实施例所用的脱水污泥取自桂林上窑污水处理厂，米糠购于雁山镇田园米厂。具体操作流程如下：
(1)取堆肥过程中堆料作为样品，取其中一部分测其含水率，测得其含水率为39.9％。
(2)堆体物料容重分析：取200ml量筒，分3次向量筒内加入同一堆肥物料，每次加入的量基本保持一致，并且每次加完后将管子夯10下，将量筒上部空余处用同一物料填满，称出质量计算容重，其容重为0.39。
(3)TDR监测仪在堆体物料中的放置与数据获取：取直径为110mm，高为700mm的PVC管，一端用塑料布封住，向管内倒入一层堆肥物料，将水分探杆插入PVC管，保持其在中心位置，分3次向PVC管内加入同一堆肥物料，每次加入的量基本保持一致，并且每次加完后将管子夯10下，在最后一次夯完后，将管子上部空余处用同一物料填满，期间保持水分探杆位置不变，设置运行程序。设置完成后即可开始运行。每秒记录一次数据。
(4)TDR测定堆体含水率的标准曲线建立和参数校正：用不同的含水率的污泥测量，输出信号得到的含水率作一曲线，与实际含水率建立的曲线比较，得出系数k＝1，此时k较为稳定。
(5)校正后TDR对好氧堆肥堆体含水率的实时监测：将堆肥物料准备好填至装置后将水分检测器的探杆插入到装置中，即可开始运行。每秒记录一次数据。
(6)脱水污泥取自桂林上窑污水处理厂，米糠购于雁山镇田园米厂，测得含水率分别为84.5％、10.9％，按混合污泥含水率为60％的比例混合，混合后污泥测得55.3％，堆肥，系统自动记录数据。
(7)取一定体积样品污泥，称出其质量，得出样品污泥容重为0.75g/mL；
(8)将水分检测器的探杆插入到样品污泥中，设置运行程序。设置完成后即可开始运行。每秒记录一次数据，部分数据记录见表1。
表1：装置运行时含水率检测器读数表
Claims (2)
1.一种好氧堆肥过程中堆体内含水率实时监测的方法，其特征在于以下步骤：
(1)堆肥物料的准备：取堆肥过程中堆料作为样品，取其中一部分用重量法测其含水率；
(2)堆体物料容重分析：取固定体积量筒，分3次向量筒内加入同一堆肥物料，每次加入的量基本保持一致，并且每次加完后将管子夯10下，将量筒上部空余处用同一物料填满，称出质量计算容重；
(3)TDR监测仪在堆体物料中的放置与数据获取：取一定体积容器，向容器内倒入一层堆肥物料，将水分探杆插入容器中，重复步骤(2)，期间保持水分探杆位置不变；
(4)TDR测定堆体含水率的标准曲线建立和参数校正：用不同的含水率的堆肥物料测量，输出信号得到的含水率作一曲线，与重量法测得的含水率建立的曲线比较，得出系数k，对TDR参数进行校正；
(5)校正后TDR对好氧堆肥堆体含水率的实时监测：将堆肥物料准备好填至装置后将水分检测器的探杆插入到装置中，设置运行程序，设置完成后即点击开始运行，每隔一定时间记录一次数据。
2.根据权利要求1所述的好氧堆肥过程中堆体内含水率实时监测方法，其特征在于：物料在相同的容重下测其含水率。
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