一種堆肥物料壓縮特性測定裝置的制作方法

本申請涉及環保技術領域，尤其涉及一種能夠測定堆肥物料壓縮特性的裝置。

背景技術：

堆肥是利用好氧微生物進行有機固體廢棄物固體發酵的過程。堆肥化處理方式主要包括條垛式、強制通風靜態垛式和反應器式等。在這些處理方式中，上層物料對于下層物料產生明顯的壓縮作用，進而造成不同層次物料的孔隙率、氧氣含量和溫度等參數存在顯著的差異。尤其是在強制通風靜態垛式系統中，相對較高的堆高提高了堆肥的處理效率，同時也造成堆體明顯的壓實作用。

控制上層物料對于下層物料壓實作用的因素包括堆高，堆肥原料和調理劑的壓縮特性，堆肥物料的配比和初始含水量等。其中，堆肥原料和調理劑的壓縮特性決定堆肥堆體的高度，而合理的選擇調理劑及其配比，設置合適的初始含水量又可以反過來影響混合物料的壓縮特性。

現有的研究中缺乏能夠有效測定堆肥物料壓縮特性的裝置，而采用傳統的三軸壓縮實驗基本上得不到滿意的結果。

因此，亟需開發一種新的能夠有效對堆肥物料進行壓縮特性測定的裝置及測定方法。

技術實現要素：

本申請提供了一種堆肥物料壓縮特性測定裝置及測定方法，其有效解決了現有的三軸壓縮實驗無法有效獲得堆肥物料壓縮特性的測定結果的問題。

本申請提供一種堆肥物料壓縮特性測定裝置，包括樣品盛裝室、壓縮活塞、壓縮差計量裝置以及載荷，所述樣品盛裝室為內部具有空腔且一端敞口的結構，所述樣品盛裝室用于盛裝物料，所述壓縮活塞對應所述空腔設置且所述壓縮活塞的一端設置在所述空腔內，所述載荷設置在所述壓縮活塞上，所述載荷能夠對所述壓縮活塞施加豎直向下的作用力，并壓縮所述壓縮活塞使其在所述空腔內向下運動，所述壓縮差計量裝置用于測量所述壓縮活塞的位移量。

優選的，還包括載荷支撐裝置，所述載荷支撐裝置與所述壓縮活塞的頂部相連，所述載荷設置在所述載荷支撐裝置上使所述壓縮活塞朝著所述樣品盛裝室的底部壓縮。

優選的，還包括底板，所述底板設置在所述樣品盛裝室的底部。

優選的，還包括若干第一限位桿，所述第一限位桿分布在所述樣品盛裝室的四周，所述第一限位桿的一端固定在所述底板上，所述第一限位桿的另一端穿過所述載荷支撐裝置并使所述載荷支撐裝置能夠沿所述第一限位桿上下移動。

優選的，還包括第二限位桿，所述第二限位桿的一端固定在所述載荷支撐裝置上，所述載荷穿過所述第二限位桿設置在所述載荷支撐裝置上。

優選的，所述第一限位桿的個數為四個且均勻分布在所述樣品盛裝室的四周。

優選的，所述壓縮差計量裝置包括一個或多個刻度尺，所述刻度尺相對于所述壓縮活塞固定設置，并沿著所述樣品盛裝室的軸向方向設置，多個所述刻度尺均勻周向分布在所述壓縮活塞的外側。

優選的，還包括壓縮差觀察區，所述壓縮差觀察區對應所述刻度尺的位置設置在所述樣品盛裝室上。

一種壓縮特性測定方法，利用上述的堆肥物料壓縮特性測定裝置進行測定，包括以下步驟：

a.向所述樣品盛裝室內添加所述物料至預定高度，靜置至所述物料沉降達到穩定；

b.繼續向所述樣品盛裝室內添加所述物料至所述物料達到前述的預定高度；

c.根據所述樣品盛裝室內的所述物料的重量計算所述樣品盛裝室內所述物料的初始容重；

d.向所述壓縮活塞上添加載荷，所述載荷的重量與所述樣品盛裝室內的物料等重，靜置；

e.待所述物料下沉達到穩定，根據壓縮差計量裝置讀取多個壓縮量，計算平均值；

f.根據公式其中，ΔM_i+1為第i+1次測定時需要添加的樣品重量，i取值為0-9的自然數；M_i為第i次測定時被測物料的重量；Δh_i為第i次測定時高度為前述的預定高度的物料被壓縮的距離；計算再次添加的物料重量，將其壓縮至前述預定高度時，按照前述步驟繼續測量至物料壓縮后不再發生壓縮沉降。

優選的，步驟a中，所述預定高度為300-500mm。

本申請提供的技術方案可以達到以下有益效果：

本申請所提供的堆肥物料壓縮特性測定裝置及測定方法通過利用載荷對活塞進行壓縮從而壓實樣品盛裝室內的樣品來反應樣品的壓縮特性，利用堆肥物料壓縮特性測定裝置對堆肥物料進行有效的壓縮特性的測定，從而合理的選擇調理劑及其配比。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性的，并不能限制本申請。

附圖說明

圖1為本申請實施例所提供的堆肥物料壓縮特性測定裝置的結構示意圖；

圖2為本申請實施例所提供的堆肥物料壓縮特性測定裝置測定的不同堆肥模擬高度下的壓縮量變化示意圖；

圖3為本申請實施例所提供的堆肥物料壓縮特性測定裝置測定的不同堆肥模擬高度下的容重分布示意圖。

1、樣品盛裝室；2、壓縮活塞；3、壓縮差計量裝置；4、載荷；5、載荷支撐裝置；6、底板；7、第一限位桿；8、第二限位桿；9、物料。

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本申請的實施例，并與說明書一起用于解釋本申請的原理。

具體實施方式

下面通過具體的實施例并結合附圖對本申請做進一步的詳細描述。文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附圖中的堆肥物料壓縮特性測定裝置的放置狀態為參照。

在堆肥處理方式中，上層物料對于下層物料產生明顯的壓縮作用，進而造成不同層次物料的孔隙率、氧氣含量和溫度等參數存在顯著的差異。控制上層物料對于下層物料壓實作用的因素包括堆高，堆肥原料和調理劑的壓縮特性，堆肥物料的配比和初始含水量等。研究堆肥物料的壓縮特性及其與物料配比和含水量的關系對于改善堆體結構，獲得最優的堆肥環境有重要的意義。現有的研究中缺乏能夠有效測定堆肥物料壓縮特性的裝置，而采用傳統的三軸壓縮實驗基本上得不到滿意的結果。

基于上述理由，如圖1所示，本申請提供了一種堆肥物料壓縮特性測定裝置，包括樣品盛裝室1、壓縮活塞2、壓縮差計量裝置3以及載荷4，樣品盛裝室1具有用于盛裝物料9的空腔，而且樣品盛裝室1的一端為敞口結構，壓縮活塞2對應空腔設置且壓縮活塞2的一端設置在空腔內，載荷4設置在壓縮活塞2上，載荷4能夠對壓縮活塞2施加豎直向下的作用力，并壓縮壓縮活塞2使其在空腔內向下運動使空腔內的物料9壓實來模擬一定堆肥高度下物料9的壓縮特性，壓縮差計量裝置3用于測量壓縮活塞2的位移量。

為了更好的支撐載荷4，本申請還包括載荷支撐裝置5，載荷4支撐結構與壓縮活塞2的頂部相連，載荷4設置在載荷4支撐結構上使壓縮活塞2朝著樣品盛裝室1的底部壓縮。

為了使樣品盛裝室1保持水平，本申請還包括底板6，底板6設置在樣品盛裝室1的底部。

為了使將載荷4施加給載荷支撐裝置5的力均勻分布到壓縮活塞2上，本申請還包括若干第一限位桿7，第一限位桿7分布在樣品盛裝室1的四周，第一限位桿7的一端固定在底板6上，第一限位桿7的另一端穿過載荷支撐裝置5并使載荷支撐裝置5能夠沿第一限位桿7上下移動。由于第一限位桿7的限位，載荷支撐裝置5在受到載荷4施加的力時不會發生左右傾斜，而是沿著第一限位桿7移動，從而保證載荷4施加的力能夠均勻作用在壓縮活塞2上。本申請優選的實施例可以限位桿設置為四個并均勻分布在樣品盛裝室1的四周。

為了固定載荷4，使其在載荷支撐裝置5上不發生左右偏移，本申請還包括第二限位桿8，第二限位桿8的一端固定在載荷支撐裝置5上，載荷4穿過第二限位桿8設置在載荷支撐裝置5上。

本申請的載荷支撐裝置5可以優選支撐板，支撐板的主平面面積大于樣品盛裝室1的敞口的面積以便于在第一限位桿7對支撐板進行限位。

為了更好的對物料9的壓縮量進行計量，本申請的壓縮差計量裝置3包括一個或多個刻度尺，刻度尺相對于壓縮活塞2固定設置，并沿著樣品盛裝室1的軸向方向設置，多個刻度尺均勻周向分布在壓縮活塞2的外側，刻度尺能夠對壓縮活塞2不同方向的壓縮量進行測量，有利于獲得壓縮量的均值。

為了更好的觀察樣品盛裝室1內物料9壓縮量的變化，本申請還包括壓縮差觀察區(圖中未示出)，壓縮差觀察區對應刻度尺的位置設置在樣品盛裝室1上。通過壓縮差觀察區，可以清楚的觀察到每次物料9的壓縮情況，便于判斷物料9的下降是否達到穩定狀態。由于堆肥物料成分復雜、水分、酸堿度不一，為了防止堆肥物料對樣品盛裝室造成腐蝕，本申請的樣品盛裝室內部還可以涂覆防護層(圖中未示出)保護樣品盛裝室不被堆肥物料侵蝕。

本申請還提供了一種壓縮特性測定方法，該方法利用上述堆肥物料壓縮特性測定裝置對物料9的壓縮特性進行測定，包括以下步驟：

a.向樣品盛裝室1內添加物料9至預定高度300-500mm，靜置1小時直到物料9沉降達到穩定，此時樣品盛裝室1內的物料9高度小于預定高度；

b.繼續向樣品盛裝室1內添加物料9直到添加的物料9與原始物料9累加再次達到步驟a中的預定高度；

c.測量步驟b中樣品盛裝室1內的樣品重量，并根據樣品盛裝室1內的物料9的重量計算樣品盛裝室1內物料9的初始容重；

d.向壓縮活塞2上添加載荷4，載荷4的重量與樣品盛裝室1內的物料9等重，并確保壓縮活塞2對物料9施加的力在各個方向上是均等的，靜置1小時，模擬物料9在堆體內300-500mm深處受到的上層物料9的壓實作用；

e.待物料9下沉達到穩定后，根據壓縮差計量裝置3讀取八個壓縮量，計算平均值；

f.為了使接下來的壓縮處理中被測物料9內部的壓實程度均勻且補充物料與原始物料累加的高度均與步驟a中的預定高度相等，本申請提供了如下計算公式計算補充物料的添加量：其中，ΔM_i+1為第i+1次測定時需要添加的樣品重量，i取值為0-9的自然數；M_i為第i次測定時被測物料9的重量；Δh_i為第i次測定時高度為前述的預定高度的物料9被壓縮的距離；根據公式計算再次添加的物料9重量，將累加的物料9壓縮至步驟a中的預定高度時，按照前述步驟繼續測量至物料9壓縮后不再發生壓縮沉降。

利用上述方法，本申請可模擬不同堆肥高度條件下的物料9所受到的壓縮作用。本申請的物料9可以是城市污泥、造紙污泥、牛糞、木屑、玉米秸稈、麥秸、樹葉或上述各物料9按照不同比例混合得到的混合物料。通過冪函數y＝Ax^B，其中A表征被壓縮的物料9的初始容重大小，B反映被測的物料9的抗壓縮性能大小，B值越大，物料9越容易壓縮，B值越小則越難于壓縮。

以下以造紙污泥為例，其在不同堆肥模擬高度下的壓縮量變化與容重分布情況如圖2-3所示。

通過對不同含水量的物料9進行壓縮性能測試，得到不同的冪函數，從而實現對不同含水量的物料9在不同堆高狀態下壓縮特性的測定。

本申請的堆肥物料壓縮特性測定裝置及測定方法還可以用于生活垃圾壓縮特性的測定。生活垃圾填埋過程中，需要對垃圾填埋的壓實容重進行設計，可采用上述裝置及測定方法對垃圾壓縮特性進行測定，從而便于確定碾壓設備的型號和功率，以滿足生活垃圾填埋堆體壓實密度的要求，進而利于填埋堆體厭氧過程的形成，促進甲烷氣體的產生。

本申請所提供的堆肥物料壓縮特性測定裝置及測定方法通過利用載荷對壓縮活塞進行壓縮從而壓實樣品盛裝室內的樣品來反應樣品的壓縮特性，利用堆肥物料壓縮特性測定裝置對堆肥物料進行有效的壓縮特性的測定，從而合理的選擇調理劑及其配比。

以上僅為本申請的優選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。