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机器学习驱动有机固废堆肥过程优化与应用

收稿日期:2025-08-09 接受日期:2026-04-01

DOI:10.20078/j.eep.20260101

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    摘要:堆肥技术是实现有机固废(Organic Solid Waste, OSW)资源化与碳中和目标的关键途径,但传统工艺依赖于经验判断,存在过程调控粗放、周期长、产品质量不稳定及应用针对性弱等瓶颈。本文系统综述了机器学习(Machine Lear... 展开+
    摘要:

    堆肥技术是实现有机固废(Organic Solid Waste, OSW)资源化与碳中和目标的关键途径,但传统工艺依赖于经验判断,存在过程调控粗放、周期长、产品质量不稳定及应用针对性弱等瓶颈。本文系统综述了机器学习(Machine Learning, ML)技术驱动OSW堆肥智能化转型的最新研究进展。在过程优化层面,ML通过随机森林、XGBoost、神经网络等算法,能够高精度预测温度、湿度、碳氮比等关键参数的动态变化,实现基于预测的通风、补水等前馈调控;此外,ML有助于解析微生物群落数据以实现功能菌群的定向富集,并融合电子鼻、光谱或图像等多模态信息,实现对腐熟度快速、无损智能评估。在产品增值与应用层面,ML模型推动了堆肥产品的精准定向开发:用于环境修复时,可预测其对重金属的钝化效率或对有机污染物的降解动力学;用于能源回收时,可关联热解工艺与生物炭性能;用于农业时,可构建土壤−堆肥智能推荐系统并评估抗生素抗性基因等环境风险。当前面临的主要挑战包括小样本数据壁垒制约模型泛化、复杂算法在边缘侧实时部署困难,以及需要通过可解释人工智能(Explainable AI, XAI)增强模型透明度和机理认知。综上所述,ML正推动OSW堆肥从经验操作向数据智能驱动的新范式转变。未来研究应致力于构建集成可靠感知、自适应学习与自动决策的智能系统,以优化废物管理中的多目标协同,全面提升堆肥技术的可持续性与经济效益。

    收起-

    作者:

    • 宋慈1,2
    • 何中昊1,2
    • 汤晶1,2
    • 何菁1,2
    • 汤琳1,2

    作者简介

    第一作者:宋 慈(2001—),女,四川自贡人,硕士研究生,主要研究方向为机器学习和固体废物资源化。E-mail:songci2409@163.com
    通讯作者:汤 琳(1979—),女,安徽六安人,教授,主要研究方向为固体废物资源化、环境污染物动态传感监测等。E-mail:tanglin@hnu.edu.cn

    单位

    • 1.湖南大学 环境科学与工程学院,湖南 长沙 410082
    • 2.环境生物与控制教育部重点实验室湖南大学,湖南 长沙 410082

    关键字

    • 有机固废堆肥
    • 机器学习
    • 参数预测
    • 智能控制
    • 堆肥产品
    • 数据智能驱动

    基金项目

    国家自然科学基金资助项目(U22A20617);国家重点研发计划资助项目(2021YFC1910400)

    引用格式

    宋慈, 何中昊, 汤晶, 等. 机器学习驱动有机固废堆肥过程优化与应用[J]. 能源环境保护, 2026, 40(2): 48−61.
    SONG Ci, HE Zhonghao, TANG Jing, et al. Advances in Machine Learning-Driven Optimization and Applications in the Organic Solid Waste Composting Process[J]. Energy Environmental Protection, 2026, 40(2): 48− 61.

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