太阳能驱动湿化-脱湿循环水系统提升堆肥资源化效率的创新研究

针对干旱地区堆肥过程中水分流失严重的问题，研究人员创新性地将太阳能空气加热器与湿化-脱湿（HDH）水回收系统结合，开发出可持续堆肥管理方案。实验表明，该系统使堆肥含水率保持在27.3%（对照组10.3%），温度提升至70.1°C，显著加速有机物降解并减少外部水资源依赖，为缺水环境下的循环农业提供了技术范式。

　　

在全球城市化进程加速的背景下，有机废弃物处理正面临双重挑战：传统填埋导致资源浪费，而焚烧又加剧碳排放。智利等干旱地区更因气候变迁面临严重水资源短缺，使得依赖水分维持的堆肥技术难以实施。现有太阳能辅助堆肥虽能提升温度，却加剧水分蒸发，形成"温度提升-水分流失-微生物抑制"的恶性循环。

为解决这一矛盾，智利天主教大学北部校区海洋科学系的研究团队在《Bioresource Technology Reports》发表研究，首次将湿化-脱湿（Humidification-Dehumidification, HDH）这一仿生水循环技术引入堆肥系统。通过设计三组对比实验（水回收组C_rec、无回收加热组C_no-rec和自然蒸发对照组C_control），利用太阳能空气加热器（SAH）驱动HDH单元，实现了堆肥水分的闭环管理。

关键技术包括：1）搭建透明塑料反应器模拟家庭堆肥场景，使用咖啡渣、香蕉皮等典型厨余（样本来源当地厨房）；2）通过SAH调控进气温度；3）HDH单元冷凝回收水蒸气；4）监测温度、含水率及微生物活性等参数。

结果与讨论

• 温度调控：C_rec组最高温度达70.1°C，较对照组（37.2°C）提升88.4%，证实太阳能加热与水分循环的协同效应。
• 水分保持：90天后C_rec含水率（27.3%）显著高于C_no-rec（10.3%），HDH系统回收效率相当于每日补充1.2L水。
• 堆肥质量：水回收组腐熟度提高，病原体灭活率超99%，且未出现对照组常见的干裂结块现象。

结论与意义
该研究突破性地证明：1）HDH系统可回收堆肥蒸发水分的62%，实现"水-热-微生物"三重平衡；2）太阳能驱动使外部能源需求降为零，操作成本仅为传统电加热的17%；3）为干旱地区提供年节水达15m³/吨堆肥的解决方案。这种"太阳能-SAHD-HDH"技术链不仅推动有机废物处理向负碳工艺迈进，其模块化设计更适用于家庭级小型堆肥装置，直接支持联合国SDGs中的清洁饮水和可持续城市目标。研究团队特别指出，该系统在智利阿塔卡马沙漠地区的试点中已展现适应性，下一步将优化冷凝器材料以提升极端环境下的耐久性。