一種堆肥物料壓縮特性測定裝置及測定方法
【專利摘要】本申請涉及一種堆肥物料壓縮特性測定裝置及測定方法，其中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，樣品盛裝室為內(nèi)部具有空腔且一端敞口的結(jié)構(gòu)，樣品盛裝室用于盛裝物料，壓縮活塞對應(yīng)空腔設(shè)置且壓縮活塞的一端設(shè)置在空腔內(nèi)，載荷設(shè)置在壓縮活塞上，載荷能夠?qū)嚎s活塞施加豎直向下的作用力，并壓縮壓縮活塞使其在空腔內(nèi)向下運動，壓縮差計量裝置用于測量壓縮活塞的位移量。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(nèi)的樣品來反應(yīng)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，從而合理選擇調(diào)理劑及其配比。
【專利說明】
一種堆肥物料壓縮特性測定裝置及測定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本申請涉及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠測定堆肥物料壓縮特性的裝置及測 定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 堆肥是利用好氧微生物進行有機固體廢棄物固體發(fā)酵的過程。堆肥化處理方式主 要包括條垛式、強制通風靜態(tài)垛式和反應(yīng)器式等。在這些處理方式中，上層物料對于下層物 料產(chǎn)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(shù)存在顯 著的差異。尤其是在強制通風靜態(tài)垛式系統(tǒng)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。
[0003] 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(diào)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(diào)理劑的壓縮特性決定堆肥堆體 的高度，而合理的選擇調(diào)理劑及其配比，設(shè)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。
[0004] 現(xiàn)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(tǒng)的三軸壓 縮實驗基本上得不到滿意的結(jié)果。
[0005] 因此，亟需開發(fā)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本申請?zhí)峁┝艘环N堆肥物料壓縮特性測定裝置及測定方法，其有效解決了現(xiàn)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(jié)果的問題。
[0007] 本申請?zhí)峁┮环N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(nèi)部具有空腔且一端敞口的結(jié)構(gòu)，所述樣品盛裝室 用于盛裝物料，所述壓縮活塞對應(yīng)所述空腔設(shè)置且所述壓縮活塞的一端設(shè)置在所述空腔 內(nèi)，所述載荷設(shè)置在所述壓縮活塞上，所述載荷能夠?qū)λ鰤嚎s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(nèi)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。
[0008] 優(yōu)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(shè)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。
[0009] 優(yōu)選的，還包括底板，所述底板設(shè)置在所述樣品盛裝室的底部。
[0010] 優(yōu)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。
[0011] 優(yōu)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(shè)置在所述載荷支撐裝置上。
[0012] 優(yōu)選的，所述第一限位桿的個數(shù)為四個且均勻分布在所述樣品盛裝室的四周。
[0013] 優(yōu)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(shè)置，并沿著所述樣品盛裝室的軸向方向設(shè)置，多個所述刻度尺均勻周向分布 在所述壓縮活塞的外側(cè)。
[0014] 優(yōu)選的，還包括壓縮差觀察區(qū)，所述壓縮差觀察區(qū)對應(yīng)所述刻度尺的位置設(shè)置在 所述樣品盛裝室上。
[0015] -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：
[0016] a.向所述樣品盛裝室內(nèi)添加所述物料至預(yù)定高度，靜置至所述物料沉降達到穩(wěn) 定；
[0017] b.繼續(xù)向所述樣品盛裝室內(nèi)添加所述物料至所述物料達到前述的預(yù)定高度；
[0018] c.根據(jù)所述樣品盛裝室內(nèi)的所述物料的重量計算所述樣品盛裝室內(nèi)所述物料的 初始容重；
[0019] d.向所述壓縮活塞上添加所述載荷，所述載荷的重量與所述樣品盛裝室內(nèi)的物料 等重，靜置；
[0020] e.待所述物料下沉達到穩(wěn)定，根據(jù)所述壓縮差計量裝置讀取多個壓縮量，計算平 均值；
[0021] f.根據(jù)公式
其中，AM1+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(shù);Mi為第i次測定時被測物料的重量；A hi為第i次測定時高度為前 述的預(yù)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(yù)定高度 時，按照前述步驟繼續(xù)測量至物料壓縮后不再發(fā)生壓縮沉降。
[0022] 優(yōu)選的，步驟a中，所述預(yù)定高度為300-500mm。
[0023] 本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案可以達到以下有益效果：
[0024] 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(nèi)的樣品來反應(yīng)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(diào)理劑及其配比。
[0025] 應(yīng)當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本 申請。
【附圖說明】
[0026] 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(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 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；
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)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】
[0031] 下面通過具體的實施例并結(jié)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(tài)為參照。
[0032] 在堆肥處理方式中，上層物料對于下層物料產(chǎn)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(shù)存在顯著的差異?？刂粕蠈游锪蠈τ谙聦游锪?壓實作用的因素包括堆高，堆肥原料和調(diào)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(guān)系對于改善堆體結(jié)構(gòu)，獲得最 優(yōu)的堆肥環(huán)境有重要的意義。現(xiàn)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(tǒng)的三軸壓縮實驗基本上得不到滿意的結(jié)果。
[0033]基于上述理由，如圖1所示，本申請?zhí)峁┝艘环N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(jié)構(gòu)，壓縮活塞2對應(yīng)空腔設(shè)置且壓縮活塞2的一端設(shè) 置在空腔內(nèi)，載荷4設(shè)置在壓縮活塞2上，載荷4能夠?qū)嚎s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(nèi)向下運動使空腔內(nèi)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。
[0034] 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(jié)構(gòu)與壓縮活塞 2的頂部相連，載荷4設(shè)置在載荷4支撐結(jié)構(gòu)上使壓縮活塞2朝著樣品盛裝室1的底部壓縮。
[0035] 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(shè)置在樣品盛裝室1的 底部。
[0036] 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(fā)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(yōu)選的實施例可以限位桿設(shè)置為四個并均勻分布在樣品盛裝室1的四周。
[0037] 為了固定載荷4,使其在載荷支撐裝置5上不發(fā)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(shè)置在載荷支 撐裝置5上。
[0038] 本申請的載荷支撐裝置5可以優(yōu)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。
[0039] 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(shè)置，并沿著樣品盛裝室1的軸向方向設(shè)置，多個刻 度尺均勻周向分布在壓縮活塞2的外側(cè)，刻度尺能夠?qū)嚎s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。
[0040] 為了更好的觀察樣品盛裝室1內(nèi)物料9壓縮量的變化，本申請還包括壓縮差觀察區(qū) (圖中未示出），壓縮差觀察區(qū)對應(yīng)刻度尺的位置設(shè)置在樣品盛裝室1上。通過壓縮差觀察 區(qū)，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(wěn)定狀態(tài)。由 于堆肥物料成分復(fù)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(nèi)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。
[0041]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：
[0042] a.向樣品盛裝室1內(nèi)添加物料9至預(yù)定高度300-500mm，靜置1小時直到物料9沉降 達到穩(wěn)定，此時樣品盛裝室1內(nèi)的物料9高度小于預(yù)定高度；
[0043 ] b.繼續(xù)向樣品盛裝室1內(nèi)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(yù)定高度；
[0044] c.測量步驟b中樣品盛裝室1內(nèi)的樣品重量，并根據(jù)樣品盛裝室1內(nèi)的物料9的重量 計算樣品盛裝室1內(nèi)物料9的初始容重；
[0045] 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(nèi)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(nèi)300-500mm深處受到的上層物料9的壓實作用；
[0046] e.待物料9下沉達到穩(wěn)定后，根據(jù)壓縮差計量裝置3讀取八個壓縮量，計算平均值； [0047] f.為了使接下來的壓縮處理中被測物料9內(nèi)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(yù)定高度相等，本申請?zhí)峁┝巳缦掠嬎愎接嬎阊a充物料 的添加量：
，其中，AMi+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(shù);Mi為第i次測定時被測物料9的重量；A hi為第i次測定時高度為前述的預(yù)定高 度的物料9被壓縮的距離;根據(jù)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(yù)定高度時，按照前述步驟繼續(xù)測量至物料9壓縮后不再發(fā)生壓縮沉降。
[0048]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、木肩、玉米秸桿、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(shù)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。
[0049] 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。
[0050] 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(shù)，從而實現(xiàn)對不 同含水量的物料9在不同堆高狀態(tài)下壓縮特性的測定。
[0051] 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(shè)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(shè)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(chǎn)生。 [0052]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(nèi)的樣品來反應(yīng)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(diào)理劑及其配比。
[0053]以上僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)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(nèi)，所作的任何修改、
【主權(quán)項】
1. 一種堆肥物料壓縮特性測定裝置，其特征在于，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(nèi)部具有空腔且一端敞口的結(jié)構(gòu)，所述樣品盛裝室 用于盛裝物料，所述壓縮活塞對應(yīng)所述空腔設(shè)置且所述壓縮活塞的一端設(shè)置在所述空腔 內(nèi)，所述載荷設(shè)置在所述壓縮活塞上，所述載荷能夠?qū)λ鰤嚎s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(nèi)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。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆肥物料壓縮特性測定裝置，其特征在于，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(shè)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。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的堆肥物料壓縮特性測定裝置，其特征在于，還包括底板，所述 底板設(shè)置在所述樣品盛裝室的底部。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的堆肥物料壓縮特性測定裝置，其特征在于，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。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的堆肥物料壓縮特性測定裝置，其特征在于，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(shè) 置在所述載荷支撐裝置上。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的堆肥物料壓縮特性測定裝置，其特征在于，所述第一限位桿的 個數(shù)為四個且均勻分布在所述樣品盛裝室的四周。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的堆肥物料壓縮特性測定裝置，其特征在于，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(shè)置，并沿著所 述樣品盛裝室的軸向方向設(shè)置，多個所述刻度尺均勻周向分布在所述壓縮活塞的外側(cè)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的堆肥物料壓縮特性測定裝置，其特征在于，還包括壓縮差觀察 區(qū)，所述壓縮差觀察區(qū)對應(yīng)所述刻度尺的位置設(shè)置在所述樣品盛裝室上。9. 一種壓縮特性測定方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1-8任意一項所述的堆肥物料壓 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(nèi)添加所述物料至預(yù)定高度，靜置至所述物料沉降達到穩(wěn)定； b. 繼續(xù)向所述樣品盛裝室內(nèi)添加所述物料至所述物料達到前述的預(yù)定高度； c. 根據(jù)所述樣品盛裝室內(nèi)的所述物料的重量計算所述樣品盛裝室內(nèi)所述物料的初始 容重； d. 向所述壓縮活塞上添加所述載荷，所述載荷的重量與所述樣品盛裝室內(nèi)的物料等 重，靜置； e. 待所述物料下沉達到穩(wěn)定，根據(jù)所述壓縮差計量裝置讀取多個壓縮量，計算平均值；，其中，Δ Mi+1為第i+Ι次測定時需要添加的樣品重量，i取 值為0-9的自然數(shù);Mi為第i次測定時被測物料的重量；△ hi為第i次測定時高度為前述的預(yù) 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(yù)定高度時，按照 前述步驟繼續(xù)測量至物料壓縮后不再發(fā)生壓縮沉降。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓縮特性測定方法，其特征在于，步驟a中，所述預(yù)定高度為 300-500mm〇
【文檔編號】G01N3/14GK105928798SQ201610518531
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】岳波, 陳同斌, 黃啟飛, 鄭國砥
【申請人】中國環(huán)境科學研究院