農(nóng)業(yè)廢棄物好氧發(fā)酵技術(shù)與智能控制設(shè)備研究

目錄
第1篇 過程與機(jī)理
第1章 好氧發(fā)酵過程中微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性分析 2
1.1 概述 2
1.1.1 畜禽糞便產(chǎn)生及處理現(xiàn)狀 2
1.1.2 好氧發(fā)酵工藝發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.1.3 好氧發(fā)酵過程中國內(nèi)外微生物多樣性研究進(jìn)展 4
1.2 單一原料筒倉式堆肥反應(yīng)器好氧發(fā)酵過程中微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性 6
1.2.1 基本情況介紹 6
1.2.2 豬糞反應(yīng)器好氧發(fā)酵過程中理化指標(biāo)變化規(guī)律 8
1.2.3 小結(jié) 16
1.3 添加菌劑對條垛式牛糞堆肥過程中微生物多樣性的影響 17
1.3.1 條垛式牛糞堆肥試驗(yàn)點(diǎn)情況介紹 17
1.3.2 條垛式牛糞堆肥試驗(yàn)處理 17
1.3.3 條垛式牛糞堆肥過程中微生物多樣性研究 18
1.4 全國堆肥樣品微生物群落結(jié)構(gòu)、核心微生物組及潛在病原菌調(diào)研 24
1.4.1 全國有機(jī)肥企業(yè)調(diào)研基本情況介紹 24
1.4.2 調(diào)研樣品理化及腐熟度指標(biāo)結(jié)果分析 24
1.4.3 調(diào)研樣品微生物群落結(jié)構(gòu)結(jié)果分析 26
1.4.4 調(diào)研樣品多樣性及核心微生物組結(jié)果分析 26
1.4.5 調(diào)研樣品潛在病原菌相對豐度結(jié)果分析 28
1.4.6 小結(jié) 28
1.5 結(jié)論與展望 30
參考文獻(xiàn) 30
第2章 好氧堆肥發(fā)酵過程中基于整合宏組學(xué)的功能微生物作用機(jī)理分析 33
2.1 概述 33
2.1.1 驅(qū)動好氧堆肥發(fā)酵過程的功能微生物群落 33
2.1.2 整合宏組學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 34
2.1.3 整合宏組學(xué)技術(shù)揭示好氧堆肥功能微生物群落的研究進(jìn)展 34
2.2 農(nóng)業(yè)廢棄物條堆堆肥功能微生物群落組成及作用機(jī)理 34
2.2.1 試驗(yàn)設(shè)置 34
2.2.2 檢測方法 35
2.2.3 天然玉米秸稈堆肥中的功能微生物群落 36
2.2.4 小麥秸稈堆肥中的功能微生物群落 43
2.3 畜禽糞便條堆堆肥功能微生物組成及作用機(jī)理 46
2.3.1 試驗(yàn)設(shè)置 46
2.3.2 檢測方法 46
2.3.3 天然雞糞條堆堆肥中的功能微生物群落 47
2.3.4 天然牛糞條堆堆肥中的功能微生物群落 52
2.4 發(fā)酵罐堆肥功能微生物組成及作用機(jī)理 56
2.4.1 試驗(yàn)設(shè)置 56
2.4.2 檢測方法 57
2.4.3 發(fā)酵罐堆肥中功能微生物群落的組成及演替 57
2.5 結(jié)論與展望 65
參考文獻(xiàn) 65
第3章 豬糞秸稈聯(lián)合堆肥過程中溫室氣體排放規(guī)律及原位控制 70
3.1 概述 70
3.1.1 有機(jī)廢棄物現(xiàn)狀 70
3.1.2 高溫堆肥的基本原理 71
3.1.3 堆肥化過程中溫室氣體和氨氣排放規(guī)律 72
3.2 強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)中溫室氣體排放規(guī)律及影響因素 74
3.2.1 溫度變化 75
3.2.2 化學(xué)指標(biāo)變化 77
3.2.3 NH3排放規(guī)律 78
3.2.4 CH4排放規(guī)律 79
3.2.5 N2O排放規(guī)律 80
3.2.6 物料平衡分析和溫室效應(yīng)分析 81
3.3 條垛翻堆系統(tǒng)中溫室氣體排放規(guī)律及影響因素 83
3.3.1 溫度變化 84
3.3.2 發(fā)芽指數(shù)變化 85
3.3.3 NH3排放規(guī)律 87
3.3.4 N2O排放規(guī)律 88
3.3.5 CH4排放規(guī)律 89
3.3.6 物料平衡分析和溫室效應(yīng)分析 90
3.4 磷酸和鎂鹽添加對堆肥溫室氣體排放的影響 91
3.4.1 溫度變化 92
3.4.2 NH3排放規(guī)律 92
3.4.3 CH4排放規(guī)律 93
3.4.4 N2O排放規(guī)律 94
3.4.5 晶體分析 95
3.4.6 物料平衡分析 96
3.5 硝化抑制劑和酶抑制劑對堆肥溫室氣體排放的影響 97
3.5.1 溫度變化 98
3.5.2 NH3排放規(guī)律 98
3.5.3 N2O排放規(guī)律 100
3.5.4 CH4排放規(guī)律 101
3.5.5 物料平衡分析 102
3.6 腐熟堆肥覆蓋對堆肥溫室氣體排放的影響 102
3.6.1 溫度變化 103
3.6.2 NH3排放規(guī)律 104
3.6.3 N2O排放規(guī)律 104
3.6.4 CH4排放規(guī)律 105
3.6.5 物料平衡分析 106
3.7 結(jié)論與展望 107
參考文獻(xiàn) 107
第4章 竹炭對牛糞堆肥氮素?fù)p失的影響 112
4.1 概述 112
4.2 竹炭對牛糞堆肥腐熟規(guī)律的影響 113
4.2.1 竹炭對牛糞堆肥溫度的影響 113
4.2.2 竹炭對牛糞堆肥 pH的影響 114
4.2.3 竹炭對牛糞堆肥含水率的影響 115
4.2.4 竹炭對牛糞堆肥 C/N的影響 115
4.3 竹炭對牛糞堆肥 NH3排放通量的影響 116
4.4 竹炭對牛糞堆肥過程氮素?fù)p失的影響 116
4.5 竹炭對牛糞堆肥微生物群落結(jié)構(gòu)的影響 117
4.5.1 細(xì)菌群落差異 117
4.5.2 真菌群落演替 121
4.6 結(jié)論與展望 126
參考文獻(xiàn) 127
第2篇　關(guān)鍵技術(shù)
第5章 農(nóng)業(yè)廢棄物高溫堆肥原料數(shù)據(jù)庫及配方研究與應(yīng)用 130
5.1 概述 130
5.1.1 農(nóng)業(yè)廢棄物的現(xiàn)狀 130
5.1.2 堆肥原料的來源 132
5.1.3 國內(nèi)外研究進(jìn)展 132
5.1.4 研究意義與內(nèi)容 134
5.2 堆肥原料調(diào)研 135
5.2.1 調(diào)研地點(diǎn)分布 135
5.2.2 樣品采集和分類 135
5.2.3 測試指標(biāo)和方法 136
5.2.4 堆肥原料理化性質(zhì) 136
5.2.5 動物糞便養(yǎng)分含量變化趨勢 159
5.2.6 基于 C/N對原料進(jìn)行劃分 159
5.2.7 基于 pH對原料進(jìn)行劃分 160
5.2.8 基于堆肥總養(yǎng)分和 N/P2O5值調(diào)整堆肥用量 160
5.3 堆肥原料養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)庫 161
5.3.1 數(shù)據(jù)來源 161
5.3.2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 161
5.4 堆肥原料配方軟件 163
5.4.1 功能結(jié)構(gòu) 163
5.4.2 模塊參數(shù) 164
5.4.3 計(jì)算方法 165
5.4.4 對外接口 166
5.4.5 實(shí)現(xiàn)效果 167
5.5 堆肥原料配方設(shè)計(jì) 174
5.5.1 原料選擇 174
5.5.2 配方設(shè)計(jì) 174
5.6 結(jié)論與展望 177
參考文獻(xiàn) 178
第6章 農(nóng)業(yè)廢棄物好氧發(fā)酵智能感知技術(shù)研究進(jìn)展 179
6.1 概述 179
6.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題 180
6.2.1 研究現(xiàn)狀 180
6.2.2 存在問題 187
6.3 堆體多點(diǎn)溫度傳感器 188
6.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 188
6.3.2 傳感器精度校準(zhǔn) 188
6.3.3 響應(yīng)時間測試 189
6.3.4 堆體溫濕度一體傳感器 189
6.4 堆體含水量傳感器 190
6.4.1 研發(fā)原理 191
6.4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 192
6.4.3 傳感器電路設(shè)計(jì)方案 192
6.4.4 傳感器探頭建模與仿真模擬 193
6.4.5 堆體含水量采集系統(tǒng)性能試驗(yàn) 196
6.5 堆體O2傳感器 198
6.5.1 單點(diǎn)堆體O2傳感器 199
6.5.2 多點(diǎn)堆體O2傳感器 200
6.6 堆體臭氣傳感器 203
6.6.1 硬件結(jié)構(gòu) 203
6.6.2 器件選型 203
6.6.3 堆體臭氣部分采集電路設(shè)計(jì) 204
6.6.4 軟件設(shè)計(jì)流程 209
6.6.5 堆肥數(shù)據(jù)融合 211
6.6.6 氣體傳感器校準(zhǔn) 217
6.7 結(jié)論與展望 219
參考文獻(xiàn) 220
第7章 農(nóng)業(yè)廢棄物好氧發(fā)酵智能控制關(guān)鍵技術(shù) 223
7.1 概述 223
7.1.1 農(nóng)業(yè)廢棄物好氧發(fā)酵過程控制技術(shù)與裝備研究進(jìn)展 223
7.1.2 課題主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線 227
7.2 多點(diǎn)好氧堆肥試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化 230
7.2.1 好氧堆肥環(huán)境的控制 230
7.2.2 多點(diǎn)好氧堆肥試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 231
7.2.3 試驗(yàn)材料與方法 238
7.2.4 樣品測定的方法 239
7.2.5 多點(diǎn)好氧堆肥試驗(yàn)裝置性能驗(yàn)證及優(yōu)化 240
7.3 基于 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的好氧堆肥過程控制研究 246
7.3.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 246
7.3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立與擬合結(jié)果 246
7.3.3 好氧堆肥過程控制模型預(yù)測性能驗(yàn)證試驗(yàn) 248
7.4 好氧堆肥智能控制系統(tǒng)的研發(fā)與試驗(yàn) 249
7.4.1 下位機(jī)控制器的設(shè)計(jì)與開發(fā) 249
7.4.2 好氧堆肥數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì) 252
7.4.3 上位機(jī)監(jiān)測軟件的開發(fā) 253
7.5 好氧堆肥過程智能控制系統(tǒng)性能測試與驗(yàn)證 256
7.5.1 好氧發(fā)酵自動控制系統(tǒng)的驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì) 256
7.5.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析 257
7.6 結(jié)論與展望 259
參考文獻(xiàn) 260
第8章 好氧發(fā)酵過程重金屬溯源及減控技術(shù) 264
8.1 概述 264
8.2 全國畜禽糞肥重金屬含量調(diào)研及溯源 265
8.2.1 調(diào)研方法 265
8.2.2 全國畜禽糞肥重金屬含量 265
8.2.3 不同原料糞肥重金屬含量 265
8.2.4 畜禽糞肥重金屬溯源 267
8.2.5 畜禽糞肥重金屬風(fēng)險評價 268
8.3 重金屬形態(tài)變化及影響因素分析 269
8.3.1 不同發(fā)酵工藝對重金屬形態(tài)變化的影響 269
8.3.2 好氧發(fā)酵過程重金屬形態(tài)變化特征 272
8.3.3 好氧發(fā)酵工藝參數(shù)對重金屬形態(tài)變化的影響 273
8.4 生物炭鈍化重金屬機(jī)理研究 275
8.4.1 溫度對生物炭吸附重金屬特性的影響 275
8.4.2 腐殖質(zhì)對生物炭鈍化重金屬的影響 279
8.4.3 好氧發(fā)酵過程生物炭鈍化重金屬機(jī)理分析 282
8.5 生物炭強(qiáng)化重金屬鈍化效果分析 284
8.5.1 不同種類生物炭對好氧發(fā)酵過程重金屬鈍化效果的影響 284
8.5.2 不同生物炭添加量對好氧發(fā)酵過程重金屬總量和形態(tài)的影響 287
8.5.3 生物炭與腐殖酸對好氧發(fā)酵過程重金屬鈍化效果的影響 292
8.6 炭基螯合鈍化材料研發(fā) 296
8.6.1 微生物強(qiáng)化生物炭鈍化效果研究 296
8.6.2 生物炭改性處理對重金屬鈍化影響研究 297
8.6.3 鈍化材料制備條件研究 300
8.6.4 鈍化材料的保存條件 303
8.7 結(jié)論與展望 303
8.7.1 結(jié)論 303
8.7.2 展望 304