畜禽糞便好氧堆肥質熱耦合傳遞多孔介質模型

《畜禽糞便好氧堆肥質熱耦合傳遞多孔介質模型》是依託中國農業大學，由黃光群擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：畜禽糞便好氧堆肥質熱耦合傳遞多孔介質模型
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：黃光群
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

近年來，工廠化好氧堆肥逐漸成為我國畜禽糞便資源化、無害化和減量化利用的重要途徑。利用數學建模的方法，研究和表征好氧堆肥有機質降解過程氧氣濃度、微生物反應、溫度和水分含量等動態變化和機理，對於最佳化工藝和提高堆肥效率具有重要意義。本項目針對我國畜禽糞便工廠化條垛式高溫好氧堆肥方式，基於多孔介質理論和傳熱傳質耦合理論，微觀顆粒反應動力學機理研究和巨觀堆體空間梯度差異物理表征相結合，並採用先進的試驗分析手段，系統研究畜禽糞便工廠化好氧堆肥過程基質降解、氧氣吸收、微生物反應、溫度和含水量等動態變化規律，建立基於微觀顆粒多孔介質結構的反應動力學模型和基於巨觀堆體質熱耦合傳遞多孔介質模型以及數值模擬平台，科學闡述有機質降解與主要影響因素間的相關關係以及與氣體減排的相互作用機制，為科學指導堆肥過程工藝最佳化和控制、減少二次污染確保生產生態安全提供理論依據。

結題摘要

近年來，工廠化好氧堆肥逐漸成為我國畜禽糞便資源化、無害化和減量化利用的重要途徑。利用數學建模的方法，研究和表征好氧堆肥有機質降解過程氧氣濃度、微生物反應、溫度和水分含量等動態變化和機理，對於最佳化工藝和提高堆肥效率具有重要意義。本項目針對我國畜禽糞便工廠化條垛式高溫好氧堆肥方式，開發了多功能智慧型化好氧堆肥模擬試驗系統和研發攜帶型線上監測設備，為深入開展項目研究提供先進平台條件；藉助雷射粒度分析儀和顯微紅外成像系統等現代分析手段，首次成功試驗表征了好氧堆肥微觀骨架顆粒關鍵參數，為更好地揭示堆肥反應機理和開展數值模擬提供了方法學支撐；基於多孔介質理論和傳熱傳質耦合理論，微觀顆粒反應動力學機理研究和巨觀堆體空間梯度差異物理表征相結合，並採用先進的試驗分析手段，系統研究了畜禽糞便工廠化好氧堆肥過程基質降解、氧氣吸收、微生物反應、溫度和含水量等動態變化規律；基於規模化高溫好氧堆肥試驗和物理、化學、生物學多元特性表征，建立了基於微觀顆粒多孔介質結構的以耗氧速率為核心的反應動力學模型以及數值模擬平台。科學闡述有機質降解與主要影響因素間的相關關係以及與氣體減排的相互作用機制，並通過數值模擬為科學指導堆肥過程工藝最佳化和控制、減少“二次污染”確保生產生態安全提供理論依據。項目實施期間，項目負責人2013年入選北京市高等學校“青年英才計畫”，培養已畢業的博士研究生和碩士研究生各1名，在國內外學術期刊發表SCI和EI收錄研究論文7篇，獲授權國家專利3項，獲準國家計算機軟體著作權2項，達到了預期目標。