1、本課題來源及研究的目的和意義。 隨著城市人口急劇增加，中國每年有大量的有機固體廢棄物產(chǎn)生，主要種類包括畜 禽糞便、作物秸稈、污泥和城市垃圾等。這些有機固體廢棄物很大一部分沒有得到妥善處理，對中國城鄉(xiāng)環(huán)境正形成巨大的壓力。而近年來，各地環(huán)境日趨嚴峻，這些廢棄物的處理問題越來越引起人們的重視，如何有效的利用這些廢物使之變廢為寶成為現(xiàn)在首要解決的問題。 隨之就出現(xiàn)了堆肥技術(shù)。即在受控制條件下, 利用微生物的作用和酶活性加速有機物的生物降解和轉(zhuǎn)化,最終使有機物達到腐熟化和穩(wěn)定化的過程。堆肥一般采用在好氧條件下，利用微生物將污泥中的有機質(zhì)分解、轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)的過程，并殺滅其中的病原微生物和寄生蟲（卵）。堆肥過程不僅可以減少有機固體廢棄物的體積、重量、臭味, 殺滅病原菌、蟲卵、植物種子等,同時會產(chǎn)生大量的腐殖質(zhì)[11]。生產(chǎn)出來的堆肥品, 可以作為土壤調(diào)理劑和植物營養(yǎng)源, 能有效地改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力，是一種無害化、減量化和穩(wěn)定化的綜合處理技術(shù)。好氧堆肥是實現(xiàn)城市污泥無害化、減量化和資源化的有效方法，處理后的污泥垃圾進行土地利用是很有前景的一種處理方式[1] 2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析。 2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀：目前，堆肥處理存在很多問題，主要包括：調(diào)理劑添加過多、堆肥效率低、能耗較大、堆肥產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、污泥堆肥施用量確定不科學等[1]。在中國,囿于當前的經(jīng)濟現(xiàn)狀,高度機械化、自動化的堆肥設(shè)備成本太高,不符合中國的國情。所以要在中 國發(fā)展堆肥產(chǎn)業(yè)和堆肥技術(shù),就必須去尋找一個成本較低、操作方便、維護性較好、真正適合中國國情的堆肥工藝和技術(shù)[15]。 2.2國外研究現(xiàn)狀：在國外,堆肥技術(shù)正在向著機械化、自動化的方向發(fā)展,而為了防止對環(huán)境的二次污染,堆肥也趨向于采用密閉的發(fā)酵倉方式[15]。成熟的技術(shù)堆肥方法主要有5種，即定期翻堆條垛式、通風靜態(tài)垛式、被動通風條垛式、反應(yīng)器式和蠕蟲堆肥系統(tǒng)[14]。根據(jù)攪拌過程的不同分槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進式攪拌器、錨式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪拌器、螺桿式攪拌器、圓盤鋸齒式攪拌器等等。 目前，國外垃圾堆肥廠數(shù)量總體呈下降趨勢，但垃圾堆肥技術(shù)的發(fā)展并沒有停頓，應(yīng)用最廣的是機械生物技術(shù)（MBT)。河北省高碑店市的垃圾處理即采用德國先進的MBT主體技術(shù)，對垃圾進行機械分揀、生物處理和后處理，產(chǎn)生生物穩(wěn)定的堆肥產(chǎn)物，設(shè)計每年可處理城市生活垃圾4萬余噸[16]。 有關(guān)堆肥技術(shù)的研究目前仍是國內(nèi)外的熱門課題,不斷改進堆肥工藝、設(shè)備、降低經(jīng)濟成本、提高堆肥成品質(zhì)量是研究者們研究的主要方向。 3、 對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析：本學期對于此次課題的主要設(shè)計內(nèi)容和裝置分析已經(jīng)有了初步的思路，堆肥裝置的容積設(shè)計為直徑1米左右的圓柱形，主要可以分為攪拌裝置，傳動裝置，動力裝置，其次還有取料、布水系統(tǒng)等。其中重點設(shè)計部分是攪拌裝置，其次是傳動裝置和布水系統(tǒng)。其中攪拌軸的設(shè)計分析完成，傳動部分的帶輪設(shè)計分析完成。接下來的設(shè)計內(nèi)容主要就是計算部分。 4、 本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路 4.1 、研究的主要內(nèi)容：新型好氧堆肥裝置主要包括攪拌裝置、動力裝置、傳動裝置及爆汽、布水和取料等部分。在攪拌裝置的設(shè)計部分，主要是攪拌反應(yīng)釜的設(shè)計。 確定底間距，底間距與攪拌容器內(nèi)徑比值一般在0. 05～ 0. 3范圍內(nèi)選取,在槳型、槳徑確定的前提下,該比值越小,固相完全離底懸浮臨界轉(zhuǎn)數(shù)越小,因此,在滿足底層槳軸向排量的前提下,該比值盡量取最小值。 確定層間距，層間距與槳徑之比一般在0. 5～ 2. 0范圍內(nèi),由攪拌槳軸向作用范圍和反應(yīng)釜高度決定攪拌槳層數(shù)。對于兩層以上的多層槳,要調(diào)整槳徑和層數(shù)取得較合理的層間距,使上下兩層槳作用范圍既能相接又不重疊過多,達到攪拌效果好軸功率低的效果。 確定攪拌槳轉(zhuǎn)速，一般轉(zhuǎn)速越低,攪拌效果越好,電機功率要求也大,反之亦然；確定攪拌裝置電機功率根據(jù)槳型和裝置特性,確定各層槳功率準數(shù),再用各層槳功率準數(shù)、槳徑、轉(zhuǎn)速及物料密度計算各層槳軸功率,計算各層槳軸功率之和,同時將傳動系統(tǒng)效率、電機儲備系數(shù)考慮在內(nèi),即可確定攪拌裝置電機功率。 設(shè)計攪拌軸確定葉片按攪拌軸傳遞功率、軸強度、軸剛度以及臨界轉(zhuǎn)速分別計算軸最小直徑,取計算值中較大值為軸最小直徑;另外還要考慮,軸上開孔、開槽、以及介質(zhì)腐蝕的影響一般增大軸徑4～ 15%。對于直徑小于6m、高徑比小于1. 2的攪拌軸采用實心軸,底部可不加底軸承;對于直徑大于6m、高徑比大于1. 2的攪拌軸采用空心軸,底部需加裝底軸承； 攪拌軸的設(shè)計部分完成后就可以進行電動機功率的選擇。 傳動裝置的設(shè)計部分主要是帶輪的設(shè)計和V帶的選擇。帶傳動具有良好的撓性，可緩和沖擊吸收震動，過載保護且結(jié)構(gòu)簡單成本較低，所以在電動機和減速器之間選擇用帶輪傳動。 整個堆肥系統(tǒng)的布水系統(tǒng)主要是在攪拌軸及槳葉里，類似于穿孔配水，穿孔管布水系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、成本低廉而被廣泛應(yīng)用于給水和污水處理系統(tǒng),如濾池、厭氧反應(yīng)器、沉淀池等的布水系統(tǒng)。目前穿孔配水管的設(shè)計理論是基于工程流體力學的伯努利方程( 孔口出流公式) ，將配水管的孔口看作薄壁孔口，即孔口處的出水可視為薄壁小孔口出流，但因為穿孔管是分布在肥堆內(nèi)所以需要一定的壓力才能將水泵出。目前對穿孔布水管布水均勻性的改進主要有兩種: 一是擴大配水管的管徑和減小孔口的開孔面積，以減小管內(nèi)水頭損失并增大孔口處的局部水頭損失，減少孔口之間的水頭差值以此來平衡孔口間的流量差距; 另一種是采用變間距的方法，孔口間距沿水流方向依次減小，使單位長度管道上的出水流量相等。 4.2、解決思路： 5完成本課題所必須的工作條件及解決方法：在解決問題的過程中，需要進行實際的堆肥，因為需要測量一些數(shù)據(jù)如長方形材料板在不同深度和重力下的粘滯力及V字板在不同深度的粘滯力。并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來計算前面提到的攪拌軸的設(shè)計部分。根據(jù)之前設(shè)計思路，整個裝置分為攪拌裝置，傳動裝置及動力裝置。攪拌裝置又分為槳葉和倉體，槳葉的設(shè)計就需要用到測量所得的數(shù)據(jù)，包括肥料的重力和肥料與槳葉之間的粘滯力。傳動裝置分為減速器與懸臂軸，懸臂軸要進行扭矩校核。 6、 完成本課題的工作方案及進度計劃：首先，拿到課題要分析課題所涉及的內(nèi)容，構(gòu)思一下，查閱大量相關(guān)文獻。然后撰寫開題報告，確定要設(shè)計的裝置。最后進行設(shè)計計算，整理，撰寫設(shè)計論文。 7、 參考文獻 [1]康軍. 楊凌城市污泥高效好氧堆肥研究[D]. 西北農(nóng)林科技大學. [2]徐智,張隴利,梁麗娜等. 不同體積堆肥裝置下的雞糞堆肥效果研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2008, 24（10）:205~208. [3]楊而寧. 反應(yīng)釜攪拌軸總體設(shè)計與計算[J]. 四川化工,2007,10(2):40~43. [4]張智,羅金華,馬明初等. 臥式螺旋式污泥好氧動態(tài)堆肥裝置的研究[J]. 環(huán)境工程,2004, 22(2) :66~68. [5]戴芳,曾光明,袁興中等. 新型堆肥裝置設(shè)計及其應(yīng)用研究[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2005,6(2):24~28. [6]劉晶昊,陳海濱,楊禹等. 引風式好氧堆肥裝置設(shè)計及通風效果研究[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程,2011,19(5):1~3. [7]王月伶,劉訓東,蔣建國等. 有機固體廢物好氧堆肥實驗裝置設(shè)計[J]. 實驗技術(shù)與管理,2012,29(12):65~67. [8]陳海濱,萬迎峰. 重力翻板式垃圾快速堆肥裝置的工藝設(shè)計[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程,2006,14(1):40~43. [9]沈明衛(wèi),郝飛麟. 供水壓力對穿孔管布水系統(tǒng)布水均勻性的影響[J]. 浙江大學學報,2008,42(6):1085~1088. [10] 李艷. 微生物多糖黃原膠高粘度發(fā)酵的攪拌系統(tǒng)特性研究[D]. 江南大學. [11] 常勤學,魏源送,夏世斌. 堆肥通風技術(shù)及發(fā)展[J]. 環(huán)境科學與技術(shù),2007,30(10):98~107. [12] 王天鵬,郭海燕,陳伊等. 穿孔布水系統(tǒng)均勻性理論及實際差異分析[J]. 中國給水排水,2014,30(15). [13] 劉潔. 蝸輪蝸桿傳動優(yōu)化設(shè)計研究[J]. 蝸輪蝸桿優(yōu)化設(shè)計研究,2008,32(2). [14] 劉芳,馬俊偉.國外大學校園垃圾堆肥技術(shù)與應(yīng)用[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程,2005,13(2):3~6 [15] 余群,董紅敏,張肇鯤.國內(nèi)外堆肥技術(shù)研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)大學學報,2003,30(1):109~112. [16] 柳曉斌.國外垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀及對北京的啟示[J].低碳論壇,2012,12(222):54~56. [17] 常勤學.通風控制方式對動物糞便堆肥過程和氟磷轉(zhuǎn)化的影響[J].武漢理工大學.