一种堆肥物料压缩特性测定装置的制作方法

本申请涉及环保技术领域，尤其涉及一种能够测定堆肥物料压缩特性的装置。

背景技术：

堆肥是利用好氧微生物进行有机固体废弃物固体发酵的过程。堆肥化处理方式主要包括条垛式、强制通风静态垛式和反应器式等。在这些处理方式中，上层物料对于下层物料产生明显的压缩作用，进而造成不同层次物料的孔隙率、氧气含量和温度等参数存在显著的差异。尤其是在强制通风静态垛式系统中，相对较高的堆高提高了堆肥的处理效率，同时也造成堆体明显的压实作用。

控制上层物料对于下层物料压实作用的因素包括堆高，堆肥原料和调理剂的压缩特性，堆肥物料的配比和初始含水量等。其中，堆肥原料和调理剂的压缩特性决定堆肥堆体的高度，而合理的选择调理剂及其配比，设置合适的初始含水量又可以反过来影响混合物料的压缩特性。

现有的研究中缺乏能够有效测定堆肥物料压缩特性的装置，而采用传统的三轴压缩实验基本上得不到满意的结果。

因此，亟需开发一种新的能够有效对堆肥物料进行压缩特性测定的装置及测定方法。

技术实现要素：

本申请提供了一种堆肥物料压缩特性测定装置及测定方法，其有效解决了现有的三轴压缩实验无法有效获得堆肥物料压缩特性的测定结果的问题。

本申请提供一种堆肥物料压缩特性测定装置，包括样品盛装室、压缩活塞、压缩差计量装置以及载荷，所述样品盛装室为内部具有空腔且一端敞口的结构，所述样品盛装室用于盛装物料，所述压缩活塞对应所述空腔设置且所述压缩活塞的一端设置在所述空腔内，所述载荷设置在所述压缩活塞上，所述载荷能够对所述压缩活塞施加竖直向下的作用力，并压缩所述压缩活塞使其在所述空腔内向下运动，所述压缩差计量装置用于测量所述压缩活塞的位移量。

优选的，还包括载荷支撑装置，所述载荷支撑装置与所述压缩活塞的顶部相连，所述载荷设置在所述载荷支撑装置上使所述压缩活塞朝着所述样品盛装室的底部压缩。

优选的，还包括底板，所述底板设置在所述样品盛装室的底部。

优选的，还包括若干第一限位杆，所述第一限位杆分布在所述样品盛装室的四周，所述第一限位杆的一端固定在所述底板上，所述第一限位杆的另一端穿过所述载荷支撑装置并使所述载荷支撑装置能够沿所述第一限位杆上下移动。

优选的，还包括第二限位杆，所述第二限位杆的一端固定在所述载荷支撑装置上，所述载荷穿过所述第二限位杆设置在所述载荷支撑装置上。

优选的，所述第一限位杆的个数为四个且均匀分布在所述样品盛装室的四周。

优选的，所述压缩差计量装置包括一个或多个刻度尺，所述刻度尺相对于所述压缩活塞固定设置，并沿着所述样品盛装室的轴向方向设置，多个所述刻度尺均匀周向分布在所述压缩活塞的外侧。

优选的，还包括压缩差观察区，所述压缩差观察区对应所述刻度尺的位置设置在所述样品盛装室上。

一种压缩特性测定方法，利用上述的堆肥物料压缩特性测定装置进行测定，包括以下步骤：

a.向所述样品盛装室内添加所述物料至预定高度，静置至所述物料沉降达到稳定；

b.继续向所述样品盛装室内添加所述物料至所述物料达到前述的预定高度；

c.根据所述样品盛装室内的所述物料的重量计算所述样品盛装室内所述物料的初始容重；

d.向所述压缩活塞上添加载荷，所述载荷的重量与所述样品盛装室内的物料等重，静置；

e.待所述物料下沉达到稳定，根据压缩差计量装置读取多个压缩量，计算平均值；

f.根据公式其中，ΔM_i+1为第i+1次测定时需要添加的样品重量，i取值为0-9的自然数；M_i为第i次测定时被测物料的重量；Δh_i为第i次测定时高度为前述的预定高度的物料被压缩的距离；计算再次添加的物料重量，将其压缩至前述预定高度时，按照前述步骤继续测量至物料压缩后不再发生压缩沉降。

优选的，步骤a中，所述预定高度为300-500mm。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的堆肥物料压缩特性测定装置及测定方法通过利用载荷对活塞进行压缩从而压实样品盛装室内的样品来反应样品的压缩特性，利用堆肥物料压缩特性测定装置对堆肥物料进行有效的压缩特性的测定，从而合理的选择调理剂及其配比。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的堆肥物料压缩特性测定装置的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的堆肥物料压缩特性测定装置测定的不同堆肥模拟高度下的压缩量变化示意图；

图3为本申请实施例所提供的堆肥物料压缩特性测定装置测定的不同堆肥模拟高度下的容重分布示意图。

1、样品盛装室；2、压缩活塞；3、压缩差计量装置；4、载荷；5、载荷支撑装置；6、底板；7、第一限位杆；8、第二限位杆；9、物料。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的堆肥物料压缩特性测定装置的放置状态为参照。

在堆肥处理方式中，上层物料对于下层物料产生明显的压缩作用，进而造成不同层次物料的孔隙率、氧气含量和温度等参数存在显著的差异。控制上层物料对于下层物料压实作用的因素包括堆高，堆肥原料和调理剂的压缩特性，堆肥物料的配比和初始含水量等。研究堆肥物料的压缩特性及其与物料配比和含水量的关系对于改善堆体结构，获得最优的堆肥环境有重要的意义。现有的研究中缺乏能够有效测定堆肥物料压缩特性的装置，而采用传统的三轴压缩实验基本上得不到满意的结果。

基于上述理由，如图1所示，本申请提供了一种堆肥物料压缩特性测定装置，包括样品盛装室1、压缩活塞2、压缩差计量装置3以及载荷4，样品盛装室1具有用于盛装物料9的空腔，而且样品盛装室1的一端为敞口结构，压缩活塞2对应空腔设置且压缩活塞2的一端设置在空腔内，载荷4设置在压缩活塞2上，载荷4能够对压缩活塞2施加竖直向下的作用力，并压缩压缩活塞2使其在空腔内向下运动使空腔内的物料9压实来模拟一定堆肥高度下物料9的压缩特性，压缩差计量装置3用于测量压缩活塞2的位移量。

为了更好的支撑载荷4，本申请还包括载荷支撑装置5，载荷4支撑结构与压缩活塞2的顶部相连，载荷4设置在载荷4支撑结构上使压缩活塞2朝着样品盛装室1的底部压缩。

为了使样品盛装室1保持水平，本申请还包括底板6，底板6设置在样品盛装室1的底部。

为了使将载荷4施加给载荷支撑装置5的力均匀分布到压缩活塞2上，本申请还包括若干第一限位杆7，第一限位杆7分布在样品盛装室1的四周，第一限位杆7的一端固定在底板6上，第一限位杆7的另一端穿过载荷支撑装置5并使载荷支撑装置5能够沿第一限位杆7上下移动。由于第一限位杆7的限位，载荷支撑装置5在受到载荷4施加的力时不会发生左右倾斜，而是沿着第一限位杆7移动，从而保证载荷4施加的力能够均匀作用在压缩活塞2上。本申请优选的实施例可以限位杆设置为四个并均匀分布在样品盛装室1的四周。

为了固定载荷4，使其在载荷支撑装置5上不发生左右偏移，本申请还包括第二限位杆8，第二限位杆8的一端固定在载荷支撑装置5上，载荷4穿过第二限位杆8设置在载荷支撑装置5上。

本申请的载荷支撑装置5可以优选支撑板，支撑板的主平面面积大于样品盛装室1的敞口的面积以便于在第一限位杆7对支撑板进行限位。

为了更好的对物料9的压缩量进行计量，本申请的压缩差计量装置3包括一个或多个刻度尺，刻度尺相对于压缩活塞2固定设置，并沿着样品盛装室1的轴向方向设置，多个刻度尺均匀周向分布在压缩活塞2的外侧，刻度尺能够对压缩活塞2不同方向的压缩量进行测量，有利于获得压缩量的均值。

为了更好的观察样品盛装室1内物料9压缩量的变化，本申请还包括压缩差观察区(图中未示出)，压缩差观察区对应刻度尺的位置设置在样品盛装室1上。通过压缩差观察区，可以清楚的观察到每次物料9的压缩情况，便于判断物料9的下降是否达到稳定状态。由于堆肥物料成分复杂、水分、酸碱度不一，为了防止堆肥物料对样品盛装室造成腐蚀，本申请的样品盛装室内部还可以涂覆防护层(图中未示出)保护样品盛装室不被堆肥物料侵蚀。

本申请还提供了一种压缩特性测定方法，该方法利用上述堆肥物料压缩特性测定装置对物料9的压缩特性进行测定，包括以下步骤：

a.向样品盛装室1内添加物料9至预定高度300-500mm，静置1小时直到物料9沉降达到稳定，此时样品盛装室1内的物料9高度小于预定高度；

b.继续向样品盛装室1内添加物料9直到添加的物料9与原始物料9累加再次达到步骤a中的预定高度；

c.测量步骤b中样品盛装室1内的样品重量，并根据样品盛装室1内的物料9的重量计算样品盛装室1内物料9的初始容重；

d.向压缩活塞2上添加载荷4，载荷4的重量与样品盛装室1内的物料9等重，并确保压缩活塞2对物料9施加的力在各个方向上是均等的，静置1小时，模拟物料9在堆体内300-500mm深处受到的上层物料9的压实作用；

e.待物料9下沉达到稳定后，根据压缩差计量装置3读取八个压缩量，计算平均值；

f.为了使接下来的压缩处理中被测物料9内部的压实程度均匀且补充物料与原始物料累加的高度均与步骤a中的预定高度相等，本申请提供了如下计算公式计算补充物料的添加量：其中，ΔM_i+1为第i+1次测定时需要添加的样品重量，i取值为0-9的自然数；M_i为第i次测定时被测物料9的重量；Δh_i为第i次测定时高度为前述的预定高度的物料9被压缩的距离；根据公式计算再次添加的物料9重量，将累加的物料9压缩至步骤a中的预定高度时，按照前述步骤继续测量至物料9压缩后不再发生压缩沉降。

利用上述方法，本申请可模拟不同堆肥高度条件下的物料9所受到的压缩作用。本申请的物料9可以是城市污泥、造纸污泥、牛粪、木屑、玉米秸秆、麦秸、树叶或上述各物料9按照不同比例混合得到的混合物料。通过幂函数y＝Ax^B，其中A表征被压缩的物料9的初始容重大小，B反映被测的物料9的抗压缩性能大小，B值越大，物料9越容易压缩，B值越小则越难于压缩。

以下以造纸污泥为例，其在不同堆肥模拟高度下的压缩量变化与容重分布情况如图2-3所示。

通过对不同含水量的物料9进行压缩性能测试，得到不同的幂函数，从而实现对不同含水量的物料9在不同堆高状态下压缩特性的测定。

本申请的堆肥物料压缩特性测定装置及测定方法还可以用于生活垃圾压缩特性的测定。生活垃圾填埋过程中，需要对垃圾填埋的压实容重进行设计，可采用上述装置及测定方法对垃圾压缩特性进行测定，从而便于确定碾压设备的型号和功率，以满足生活垃圾填埋堆体压实密度的要求，进而利于填埋堆体厌氧过程的形成，促进甲烷气体的产生。

本申请所提供的堆肥物料压缩特性测定装置及测定方法通过利用载荷对压缩活塞进行压缩从而压实样品盛装室内的样品来反应样品的压缩特性，利用堆肥物料压缩特性测定装置对堆肥物料进行有效的压缩特性的测定，从而合理的选择调理剂及其配比。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。