农业废弃物好氧发酵技术与智能控制设备研究

　　《农业废弃物好氧发酵技术与智能控制设备研究》围绕农业废弃物好氧发酵，重点介绍了碳氮转化、快速发酵、智能一体化设备、有害物质控制、高值功能环保产品等关键技术及产品研究进展，包括好氧发酵过程中碳氮转化和微生物学机制，好氧发酵原料配方及工艺优化，高温和低温堆肥微生物菌系构建，堆肥智能传感器筛选与改进，基于物联网一体化的好氧发酵智能自控技术，好氧发酵过程中有害物质（重金属、抗生素、病原菌等）的动态变化、影响机制及控制技术，好氧发酵一体化在线监测与智能型设备（立式、卧式及槽式堆肥反应器）研制，好氧发酵产物高值化利用技术及农业废弃物好氧发酵技术示范与工程化应用。

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目录
第1篇 过程与机理
第1章 好氧发酵过程中微生物群落结构及多样性分析 2
1.1 概述 2
1.1.1 畜禽粪便产生及处理现状 2
1.1.2 好氧发酵工艺发展现状 2
1.1.3 好氧发酵过程中国内外微生物多样性研究进展 4
1.2 单一原料筒仓式堆肥反应器好氧发酵过程中微生物群落结构及多样性 6
1.2.1 基本情况介绍 6
1.2.2 猪粪反应器好氧发酵过程中理化指标变化规律 8
1.2.3 小结 16
1.3 添加菌剂对条垛式牛粪堆肥过程中微生物多样性的影响 17
1.3.1 条垛式牛粪堆肥试验点情况介绍 17
1.3.2 条垛式牛粪堆肥试验处理 17
1.3.3 条垛式牛粪堆肥过程中微生物多样性研究 18
1.4 全国堆肥样品微生物群落结构、核心微生物组及潜在病原菌调研 24
1.4.1 全国有机肥企业调研基本情况介绍 24
1.4.2 调研样品理化及腐熟度指标结果分析 24
1.4.3 调研样品微生物群落结构结果分析 26
1.4.4 调研样品多样性及核心微生物组结果分析 26
1.4.5 调研样品潜在病原菌相对丰度结果分析 28
1.4.6 小结 28
1.5 结论与展望 30
参考文献 30
第2章 好氧堆肥发酵过程中基于整合宏组学的功能微生物作用机理分析 33
2.1 概述 33
2.1.1 驱动好氧堆肥发酵过程的功能微生物群落 33
2.1.2 整合宏组学技术的发展及应用 34
2.1.3 整合宏组学技术揭示好氧堆肥功能微生物群落的研究进展 34
2.2 农业废弃物条堆堆肥功能微生物群落组成及作用机理 34
2.2.1 试验设置 34
2.2.2 检测方法 35
2.2.3 天然玉米秸秆堆肥中的功能微生物群落 36
2.2.4 小麦秸秆堆肥中的功能微生物群落 43
2.3 畜禽粪便条堆堆肥功能微生物组成及作用机理 46
2.3.1 试验设置 46
2.3.2 检测方法 46
2.3.3 天然鸡粪条堆堆肥中的功能微生物群落 47
2.3.4 天然牛粪条堆堆肥中的功能微生物群落 52
2.4 发酵罐堆肥功能微生物组成及作用机理 56
2.4.1 试验设置 56
2.4.2 检测方法 57
2.4.3 发酵罐堆肥中功能微生物群落的组成及演替 57
2.5 结论与展望 65
参考文献 65
第3章 猪粪秸秆联合堆肥过程中温室气体排放规律及原位控制 70
3.1 概述 70
3.1.1 有机废弃物现状 70
3.1.2 高温堆肥的基本原理 71
3.1.3 堆肥化过程中温室气体和氨气排放规律 72
3.2 强制通风系统中温室气体排放规律及影响因素 74
3.2.1 温度变化 75
3.2.2 化学指标变化 77
3.2.3 NH3排放规律 78
3.2.4 CH4排放规律 79
3.2.5 N2O排放规律 80
3.2.6 物料平衡分析和温室效应分析 81
3.3 条垛翻堆系统中温室气体排放规律及影响因素 83
3.3.1 温度变化 84
3.3.2 发芽指数变化 85
3.3.3 NH3排放规律 87
3.3.4 N2O排放规律 88
3.3.5 CH4排放规律 89
3.3.6 物料平衡分析和温室效应分析 90
3.4 磷酸和镁盐添加对堆肥温室气体排放的影响 91
3.4.1 温度变化 92
3.4.2 NH3排放规律 92
3.4.3 CH4排放规律 93
3.4.4 N2O排放规律 94
3.4.5 晶体分析 95
3.4.6 物料平衡分析 96
3.5 硝化抑制剂和酶抑制剂对堆肥温室气体排放的影响 97
3.5.1 温度变化 98
3.5.2 NH3排放规律 98
3.5.3 N2O排放规律 100
3.5.4 CH4排放规律 101
3.5.5 物料平衡分析 102
3.6 腐熟堆肥覆盖对堆肥温室气体排放的影响 102
3.6.1 温度变化 103
3.6.2 NH3排放规律 104
3.6.3 N2O排放规律 104
3.6.4 CH4排放规律 105
3.6.5 物料平衡分析 106
3.7 结论与展望 107
参考文献 107
第4章 竹炭对牛粪堆肥氮素损失的影响 112
4.1 概述 112
4.2 竹炭对牛粪堆肥腐熟规律的影响 113
4.2.1 竹炭对牛粪堆肥温度的影响 113
4.2.2 竹炭对牛粪堆肥 pH的影响 114
4.2.3 竹炭对牛粪堆肥含水率的影响 115
4.2.4 竹炭对牛粪堆肥 C/N的影响 115
4.3 竹炭对牛粪堆肥 NH3排放通量的影响 116
4.4 竹炭对牛粪堆肥过程氮素损失的影响 116
4.5 竹炭对牛粪堆肥微生物群落结构的影响 117
4.5.1 细菌群落差异 117
4.5.2 真菌群落演替 121
4.6 结论与展望 126
参考文献 127
第2篇　关键技术
第5章 农业废弃物高温堆肥原料数据库及配方研究与应用 130
5.1 概述 130
5.1.1 农业废弃物的现状 130
5.1.2 堆肥原料的来源 132
5.1.3 国内外研究进展 132
5.1.4 研究意义与内容 134
5.2 堆肥原料调研 135
5.2.1 调研地点分布 135
5.2.2 样品采集和分类 135
5.2.3 测试指标和方法 136
5.2.4 堆肥原料理化性质 136
5.2.5 动物粪便养分含量变化趋势 159
5.2.6 基于 C/N对原料进行划分 159
5.2.7 基于 pH对原料进行划分 160
5.2.8 基于堆肥总养分和 N/P2O5值调整堆肥用量 160
5.3 堆肥原料养分数据库 161
5.3.1 数据来源 161
5.3.2 数据库结构 161
5.4 堆肥原料配方软件 163
5.4.1 功能结构 163
5.4.2 模块参数 164
5.4.3 计算方法 165
5.4.4 对外接口 166
5.4.5 实现效果 167
5.5 堆肥原料配方设计 174
5.5.1 原料选择 174
5.5.2 配方设计 174
5.6 结论与展望 177
参考文献 178
第6章 农业废弃物好氧发酵智能感知技术研究进展 179
6.1 概述 179
6.2 国内外研究现状及存在问题 180
6.2.1 研究现状 180
6.2.2 存在问题 187
6.3 堆体多点温度传感器 188
6.3.1 结构设计 188
6.3.2 传感器精度校准 188
6.3.3 响应时间测试 189
6.3.4 堆体温湿度一体传感器 189
6.4 堆体含水量传感器 190
6.4.1 研发原理 191
6.4.2 结构设计方案 192
6.4.3 传感器电路设计方案 192
6.4.4 传感器探头建模与仿真模拟 193
6.4.5 堆体含水量采集系统性能试验 196
6.5 堆体O2传感器 198
6.5.1 单点堆体O2传感器 199
6.5.2 多点堆体O2传感器 200
6.6 堆体臭气传感器 203
6.6.1 硬件结构 203
6.6.2 器件选型 203
6.6.3 堆体臭气部分采集电路设计 204
6.6.4 软件设计流程 209
6.6.5 堆肥数据融合 211
6.6.6 气体传感器校准 217
6.7 结论与展望 219
参考文献 220
第7章 农业废弃物好氧发酵智能控制关键技术 223
7.1 概述 223
7.1.1 农业废弃物好氧发酵过程控制技术与装备研究进展 223
7.1.2 课题主要研究内容与技术路线 227
7.2 多点好氧堆肥试验装置的结构设计与优化 230
7.2.1 好氧堆肥环境的控制 230
7.2.2 多点好氧堆肥试验装置的设计 231
7.2.3 试验材料与方法 238
7.2.4 样品测定的方法 239
7.2.5 多点好氧堆肥试验装置性能验证及优化 240
7.3 基于 BP神经网络的好氧堆肥过程控制研究 246
7.3.1 试验方案设计 246
7.3.2 BP神经网络的建立与拟合结果 246
7.3.3 好氧堆肥过程控制模型预测性能验证试验 248
7.4 好氧堆肥智能控制系统的研发与试验 249
7.4.1 下位机控制器的设计与开发 249
7.4.2 好氧堆肥数据库的设计 252
7.4.3 上位机监测软件的开发 253
7.5 好氧堆肥过程智能控制系统性能测试与验证 256
7.5.1 好氧发酵自动控制系统的验证试验设计 256
7.5.2 试验结果与分析 257
7.6 结论与展望 259
参考文献 260
第8章 好氧发酵过程重金属溯源及减控技术 264
8.1 概述 264
8.2 全国畜禽粪肥重金属含量调研及溯源 265
8.2.1 调研方法 265
8.2.2 全国畜禽粪肥重金属含量 265
8.2.3 不同原料粪肥重金属含量 265
8.2.4 畜禽粪肥重金属溯源 267
8.2.5 畜禽粪肥重金属风险评价 268
8.3 重金属形态变化及影响因素分析 269
8.3.1 不同发酵工艺对重金属形态变化的影响 269
8.3.2 好氧发酵过程重金属形态变化特征 272
8.3.3 好氧发酵工艺参数对重金属形态变化的影响 273
8.4 生物炭钝化重金属机理研究 275
8.4.1 温度对生物炭吸附重金属特性的影响 275
8.4.2 腐殖质对生物炭钝化重金属的影响 279
8.4.3 好氧发酵过程生物炭钝化重金属机理分析 282
8.5 生物炭强化重金属钝化效果分析 284
8.5.1 不同种类生物炭对好氧发酵过程重金属钝化效果的影响 284
8.5.2 不同生物炭添加量对好氧发酵过程重金属总量和形态的影响 287
8.5.3 生物炭与腐殖酸对好氧发酵过程重金属钝化效果的影响 292
8.6 炭基螯合钝化材料研发 296
8.6.1 微生物强化生物炭钝化效果研究 296
8.6.2 生物炭改性处理对重金属钝化影响研究 297
8.6.3 钝化材料制备条件研究 300
8.6.4 钝化材料的保存条件 303
8.7 结论与展望 303
8.7.1 结论 303
8.7.2 展望 304