城市生活垃圾好氧堆肥用滚筒式生物反应器的研制
本文针对城市生活垃圾好氧堆肥工艺进行了堆肥所需的滚筒式生物反应器的研制。研究了近年来国内外城市生活垃圾好氧堆肥技术及装置的发展，分析了好氧堆肥工艺中的影响堆肥效果的几种可控因素，主要包括温度、有机质组分含量、水分含量、PH值、C/N及通风供氧量等。
根据城市生活垃圾好氧堆肥的工艺要求，完成了对滚筒式生物反应器的结构设计，主要包括反应器筒体的结构设计、筒体内抄板的设计及布置、滚圈的结构设计、支承装置的结构设计以及传动装置的选用及设计。采用ANSYS软件对滚筒式生物反应器结构应力进行有限元法模拟分析。求解结果:筒体出现应力最大值位置在首端支承装置与筒体下方接触处，符合强度要求。
对反应器支承装置进行了接触问题的理论研究，并用ANSYS软件对反应器的支承装置的应力进行模拟分析。求解结果得知应力最大值出现的区域在滚圈与托轮接触的区域，形状呈矩形，符合赫兹接触理论，并且支承装置的应力最大值在许用应力值范围之内，符合强度要求。
用FLUENT软件对滚筒式生物反应器的内部流场进行了模拟分析。通过对不同结构抄板筒体模型内部流场情况的比较可知:推进抄板段筒体内物料的轴向推进速度最大，两种不同角度阻料抄板段筒体内物料的轴向推进速度最小，证明了螺旋式推进抄板对物料的推进作用以及两种不同角度阻料抄板对物料轴向移动的阻止作用;通过对不同转速条件下推进抄板筒体内部流场模拟结果的对比得知，随着转速的不断增大，物料受到的搅动不断增大，物料相与空气相之间的混合情况越剧烈;对不同物料填充率的模拟结果对比，得出:填充率为15％时，物料的轴向推进效果及与空气的混合效果最佳。
滚筒式生物反应器加工完成后，对其进行了安装及试运转以及初步试验。利用滚筒式反应器对城市生活垃圾、垃圾与脱水污泥混合物、垃圾与废纸三种不同的物料进行好氧堆肥试验，比较物料在不同的处理时间下对滚筒式生物反应器堆肥效果的影响。试验结果表明:处理时间为2天的物料有机质组分的减量化效果最佳，生活垃圾及垃圾与脱水污泥混合物料好氧堆肥的产物比垃圾与废纸混合物堆肥的产物更适合作为后续厌氧消化产气过程的原料。
本文在滚筒式生物反应器的研制上取得了初步的成果，对未来进一步优化反应器结构，提高城市生活垃圾的堆肥效率具有一定的指导作用。
城市生活垃圾;好氧堆肥;滚筒式生物反应器;滚圈结构设计;流场模拟
北京化工大学
硕士
流体机械及工程
王奎升
2013
中文
X705;TQ052
131
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）