内循环式浆料好氧发酵反应器的流场与传热分析及其参数优化

石贵振，王永江

华中农业大学工学院，武汉 430070

反应器式好氧堆肥技术作为农业废弃物减量化、无害化和资源化的重要技术之一[1-2]，是国内外广泛应用于处理畜禽粪污的一种有效手段。堆肥反应器是一个密闭式的系统，具有对外界环境依赖性小、占地面积少、可实现连续和稳定处理物料等优点，在环境保护和促进农业绿色可持续发展方面具有重要的应用价值[3-4]。常规的堆肥反应器大都以畜禽粪尿为原料，再添加粉碎后的农作物秸秆作为调理剂。这种混合而成的半固态堆料(含水率为55% ～ 70%)为多孔介质结构[5]，具有一定的孔隙率，以保证好氧环境。但这种堆肥方式原料预处理过程繁杂，发酵周期漫长，增加了经济成本与时间成本。相关研究表明，在保证氧气充分和有机底物充足的条件下，物料的含水率越高，微生物的繁殖代谢速率越快[5-6]。为利用粪浆料含水率高、流动性强和便于管道输送等优点，内循环式浆料好氧发酵反应器拟直接采用浆料状粪污作为发酵原料，合理结合工程技术手段，确保粪浆料在氧气充分、水分充足和温度适宜的环境下进行好氧发酵，以期在简化发酵工艺的同时，有效提高有机质的降解速率，获得有机碳被消耗的粪水混合物[6-8]。开展内循环式浆料好氧发酵反应器的研究，对实现粪浆料的高效处理具有一定意义。

目前，现有的浆料直接好氧消化反应器主要由加热系统、搅拌系统和曝气系统组成。张帆等[9]采……