基于CaO调节的太阳能辅助加热猪粪沼液氨吹脱工艺研究

氨吹脱工艺可在氨氮高效去除的同时实现氮素转化，是沼液养分回收的理想方案。在传统吹脱工艺中，碱剂添加，特别是NaOH和加热成本占总成本70%以上，导致运行成本较高。为降低猪粪沼液氨吹脱工艺能耗，该研究探讨使用低成本钙剂CaO替代NaOH调节沼液pH值，采用太阳能加热替代传统加热耦合氨吹脱工艺处理沼液。结果表明：CaO不仅能调节沼液pH值，还具有一定絮凝效果，且以石灰乳形态添加效果更好。当添加浓度为5 g/L时，沼液pH值不低于12.0，沼液浊度、COD、TP去除率分别为88.1%、50.1%、93.8%。不同吹脱组（氨氮去除率高于80%）运行成本结果表明，氨吹脱工艺在高pH值（12.0）驱动而不加热（25 ℃）时沼液处理成本最低，为2.46元/m³，与温度驱动相比，成本降低了52.1%～68.7%。而加热可进一步提升氨氮去除率，将太阳能加热与氨吹脱工艺耦合实现了氨氮去除率的显著提升，沼液经10%石灰乳形态CaO以添加浓度为5 g/L调节后，利用自制的太阳能辅助加热的氨吹脱装置在夏季可获得超过97.5 %的氨氮去除率，即使在冬季氨氮去除率也超过86%。该研究结果可为太阳能耦合氨吹脱低成本氨氮去除工艺实际应用提供可行性依据。     

提高猪场沼液净化处理效果的氨吹脱控制参数

针对畜禽养殖场沼气工程沼液氨氮浓度高,碳氮比不足,直接采用传统生化污水处理法效果不佳的问题,该文对氨吹脱工艺降低猪场沼液氨氮浓度参数进行了试验研究,探索了不同初始氨氮浓度、pH值、气液比、温度等参数对氨氮去除的效果,并进一步研究了Ca(OH)2的混凝作用。结果表明:初始氨氮质量浓度分别为500和900mg/L时,氨氮去除率无显著差异。在初始氨氮质量浓度为900mg/L,pH值为10.5,气液比(流量比)2000,沼液温度30℃的运行条件下,氨氮去除率较高为81.84%。在Ca(OH)2投加量为5.0g/L条件下,混凝沉淀效果较好,化学需氧量(COD)、总磷(TP)和PO43-去除率分别为30.13%、97.44%和98.76%,但总硬度提高了106%。该文研究结果为开发沼液深度处理工艺提供了数据。     

惰性填料种类对猪场沼液氨吹脱效果的影响

氨吹脱作为猪场沼液的预处理方法,其处理效果受填料等多种因素的影响。分别采用空心多面球、鲍尔环和流化床填料在pH值10.5,气液比2000,温度30℃的条件下吹脱猪场沼液,结果表明:空心多面球和流化床对沼液氨氮(ammonia nitrogen,NH4+-N)的平均去除率显著高于鲍尔环填料(P0.05),吹脱2 h,氨氮的平均去除率分别为80.7%、59.0%和77.4%。投加NaOH使沼液化学需氧量(chemicaloxygendemand,COD)因压缩双电层和混凝而降低,总固体(totalsolid,TS)和挥发性固体(volatilesolid,VS)因OH-对微生物结构的破坏和大分子物质的水解而增加。吹脱过程使COD部分提高,而TS和VS有所降低。3种填料的性能参数差异导致吹脱后沼液COD平均去除率的变化和VS的平均去除率不同,但不存在显著差异(P0.05),流化床填料对TS的平均去除率显著高于空心多面球(P0.05)。选定空心多面球吹脱20 L沼液2 h,1 L的1 mol/L硫酸吸收液对吹脱尾气中氨气的平均吸收率为35.8%,兼顾吸收效果和经济性。     

沼液氨氮减压蒸馏分离性能与反应动力学

对沼液中氨氮进行脱除,有助于降低沼液对环境的潜在危害和在农业生态应用时对植物的生理毒性,但现有沼液氨氮脱除技术存在氨氮分离反应动力学常数较小和耗时较长等问题。基于此,在扩大沼液中氨氮利用价值的目标下,该文在旋转蒸发仪上对沼液进行了减压蒸馏分离研究并探索了温度、压力和NaOH添加量对氨氮分离效果的影响,同时进行了三因素四水平的正交试验,对操作参数进行优化。研究中,采用氨氮分离一级反应动力学常数评价反应速率,用氨氮分离因子评价氨氮分离性能。单因素试验结果表明,NaOH 添加量增加有利于同时提升一级反应动力学常数和分离因子。同时,降低操作压力和增加反应温度有助于提升一级反应动力学常数,但却会带来分离因子值的下降。正交试验结果表明,3个操作参数对氨氮分离效果的主次顺序依次为：pH值,压力,温度。筛选出的优方案为NaOH添加量15 g/L （pH值为13.04）、压力15 kPa、温度35℃,此时氨氮分离一级反应动力学常数为0.97 h-1,达到90%氨氮去除率时分离因子值为395.96。这意味着对pH值提升后的沼液进行减压蒸馏,不仅可对沼液中氨氮达到较好的分离效果,理论上还能回收较高浓度的氨水用于沼气净化提纯。相比于热吹脱和气体吹脱技术,在同等pH条件下,减压蒸馏技术可在较低温度下获得更高的一级反应动力学常数,且极易通过温度和压力的改变进行提升,说明减压蒸馏法分离氨氮在反应动力学上具有优势。研究结果可为以回收高浓度氨水为目标的沼液高效低耗氨氮分离提供参考。     

直接接触式膜蒸馏结晶回收沼液氨氮性能

为解决现有沼液氨氮膜回收技术中氮肥浓度低和副产物价值低的问题,该研究提出采用膜蒸馏结晶技术实现沼液中氨氮的结晶回收。研究中,通过提升近饱和接收液的温度来平衡膜两侧的水蒸气分压,在保证氨氮传质通量的情况下最小化水分传质。操作结束后接收液中铵盐达到超饱和状态,冷却至常温即可回收铵盐晶体。结果表明,当进料侧沼液温度为40℃时,近饱和磷酸二氢铵温度需提高至47℃,而使用硫酸为吸收剂时,近饱和硫酸铵溶液温度需提高至65℃。酸液温度升高对氨通量也有促进作用,氨通量由40℃时的10.70 g/(m²·h)小幅提升至70℃时的14.90 g/(m²·h)。进料侧氨氮质量浓度的提升可显著增加氨氮回收通量。磷酸二氢铵为吸收剂时,试验6 h后晶体中的氨氮回收率为77.60%,采用硫酸为吸收剂时可提高至92.20%。继续延长处理时间,晶体中的氨氮回收率甚至超过100%。显然,采用膜蒸馏结晶技术回收沼液氨氮具一定的可行性,研究结果可为沼液氨氮的高价值回收提供一定参考。     

脱碳方式对沼气发酵甲烷原位富集的影响

甲烷原位富集是通过厌氧发酵直接制取生物天然气的一项技术,该技术通过将溶解在发酵液中的CO2持续脱除达到产出高甲烷含量沼气的目的,影响甲烷原位富集效果的关键是CO2的脱除方式。为了研究和探索适宜甲烷原位富集的脱碳方式,该文研究了空气吹脱、真空脱碳和超声波辅助空气吹脱3种脱碳方式对甲烷原位富集的影响。采用葡萄糖配制的人工废水为原料,在中温38℃条件下开展了厌氧发酵甲烷原位富集试验。结果表明,空气吹脱除碳方式下,发酵液日循环比率(daily recycle rates,DRR)为0.2和0.4 L/(L·d)时,所产沼气中甲烷平均体积分数分别达到了76.4%和78.3%,比对照组的65.4%分别提高了17%和20%;DRR为0.2 L/(L·d)空气吹脱组的累积甲烷产量与对照组相近,但DRR为0.4 L/(L·d)空气吹脱组累积甲烷产量比对照下降了15%,原因是吹脱提高了溶解氧含量并导致了抑制作用;在真空度0.1 MPa下真空脱碳组沼气甲烷体积分数比DRR为0.2 L/(L·d)的空气吹脱组下降了4.6%。超声波辅助空气吹脱试验结果表明,超声波可以加强CO2吹脱效果,在前3 min内其脱除CO2的速度比空气吹脱组提高了32%,同时经过21 min吹脱经其处理发酵液中游离态CO2的脱除量比单独空气吹脱组提高了29.8%。总之,控制空气吹脱携带溶解氧对厌氧发酵的抑制作用是甲烷原位富集工艺需重点考虑的因素,超声波对CO2空气吹脱能产生明显的促进作用,值得深入研究。     

电极-SBBR对集中型沼液的脱氮除铜研究

为了处理集中型沼液中过高的氨氮和由饲料添加剂带入的铜,将电极生物膜法与序批式生物膜反应器(SBBR)工艺的优势进行互补,构建电极-SBBR耦合新工艺,以同时去除氮与铜。通过实验室配水与沼液试验,探讨了电极-SBBR体系同步脱氮除铜的工艺参数及其效果。结果表明,集中型沼液电极-SBBR体系的操作工序为:进水→厌氧→曝气→缺氧/厌氧→出水→闲置,运行参数为:水力停留时间7.0h,厌氧0.5h、曝气4.0h、缺氧/厌氧2.5h;电流30～60mA,溶解氧(DO)4.0～5.0mg/L,碳氮比(C/N)>10.0。电极-SBBR体系对沼液中全氮(TN)、Cu2+、化学耗氧量(COD)的去除率分别达到45.79%、86.53%和84.86%,可以作为沼液脱氮除铜的新工艺。     

PAHs污染土壤热脱附过程关键影响因素及脱附动力学研究

土壤多环芳烃(PAHs)污染已严重威胁生态环境安全和人类生命健康。通过异位热脱附试验探究了PAHs初始浓度、土壤含水率和土壤粒径对脱附效率的影响,并采用一级、二级动力学和指数衰减模型对PAHs热脱附过程进行拟合,以探究土壤中PAHs热脱附的去除机制。结果表明,在同等条件下,随着PAHs初始浓度的增加,脱附效率随之升高,且在热脱附20～40 min时提高初始浓度可明显提高PAHs的去除率。土壤含水率对于PAHs不同组分的作用具有一定的差异性,当土壤含水率为16%,萘(Nap)、菲(Phe)和蒽(Ant)达到最佳去除率,而荧蒽(Fla)和芘(Pyr)最大去除率对应的土壤含水率为13%。在相同脱附条件下,土壤粒径越小,土壤中PAHs的去除率越高。研究发现指数衰减模型对PAHs各组分的脱附过程具有更好的拟合效果。土壤中PAHs热脱附主要分为两个阶段:(1)PAHs受到土壤中水的蒸发作用从土壤颗粒表面快速蒸发;(2)PAHs的蒸发速率受到土壤孔隙内部扩散的限制,以非常缓慢的速度从土壤中脱除。     

小球藻对不同沼液添加量培养液的适应性及净化效果

以成分相对简单、未经灭菌的秸秆厌氧发酵后沼液和BG11培养基的混合液为培养液,以FACHB-5号和FACHB-8号小球藻为藻种,利用人工气候培养箱,在微藻培养温度为(26±1)℃,光照强度为4 000 lx,24 h连续光照,通气量为1.5 L/min,沼液添加比例为20%、30%和40%的条件下,系统研究秸秆厌氧发酵后沼液直接用于微藻养殖对微藻系统的影响。结果表明:试验采用的小球藻FACHB-8号藻种和FACHB-5号藻种均能较好地适应化学需氧量COD含量相对较高的秸秆厌氧发酵后沼液,但FACHB-8号藻种与FACHB-5号藻种相比对沼液的适应时间更短,适应能力更强;FACHB-8号藻种和FACHB-5号藻种均能较好的利用和转化沼液中的有机污染物,各试验组的COD去除率均大于90%,总氮去除率均大于96%,总磷去除率均大于92%。该研究可为沼液直接用于微藻养殖提供参考。     

高效除氨氮异养硝化细菌的分离鉴定及其脱氮条件优化

为去除畜禽粪便好养堆肥过程中产生的氨气,筛选具有高效除氮功能的微生物,该文通过摇瓶连续富集驯化,从垃圾渗滤液处理厂的活性污泥中筛选到1株高效除氨氮菌株Z53,通过形态特征及16Sr RNA基因序列鉴定,确定其为脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans),并通过正交试验对其脱氮条件进行优化。试验表明该菌株最适碳源为丁二酸钠,最佳C/N为15;最佳氨氮去除条件为摇床转速160 r/min、250 mL三角瓶装液量为40 mL、温度30℃、pH值为7.0。在此条件下接种1%的菌液,该菌株在11h内将(191.4±0.7)mg/L的氨氮完全去除,平均去除速率为17.4mg/(L·h)。通过氮素形态测定显示该菌株不仅具有异养硝化作用,可将氨态氮氧化为硝态氮,且无亚硝态氮积累;还具有反硝化作用,在好氧条件下消耗硝态氮生成亚硝态氮,硝氮平均去除率为16.8mg/(L·h),在厌氧条件下反硝化作用产生N2,硝氮平均去除率为9.8 mg/(L·h)。该研究体现了菌株Z53有望用于堆肥厂中的生物滴滤装置并高效去除氨氮,从而达到降低氨气污染的目的,具有良好的开发应用前景。     

户用沼气产气量估算及能源经济效益

该文利用能值潜力估算动物数据库（ABEPE）的模型理念,并结合实地调查数据,探索了2007年中国农村户用沼气池产气量的估算方法,在此基础上对比分析了沼气池建设前后,农户家庭能源消费结构、能源经济支出和生态环境的差异。结果显示：2007年中国农村户用沼气的年均产气量达到450 m3,年均正常产气时间仅为9个月;生猪的饲养规模与产气量呈极显著的正相关关系;沼气农户与无沼气农户人均能耗差异显著,沼气在家庭生活能源消费的比例达到18%,提供了40%的人均有效热,替代了15%左右的商品能源;使用沼气后,人均能耗折合标煤419.56 kg,比使用前下降了16%左右,节省能源开支2%;通过使用沼气,农户可创造559～938元的经济价值,节约林地0.314 hm2。由此可见,发展沼气具有显著的能源、经济、生态效益。     

沼液沼渣对温室迷你黄瓜品质的影响

试验以化肥、农家肥为对照,研究了沼液、沼渣对迷你黄瓜品质的影响。结果表明,以沼渣为基肥,辅以植株叶面喷施沼液,对提高迷你黄瓜品质有明显的作用。其中施沼渣A2的处理对降低硝酸盐含量作用最明显,比CK1、CK2分别降低了14%和41%的硝酸盐。100%沼液(B2)叶面喷施可显著降低硝酸盐的含量,一次喷施可降低45%左右,其中A1B1、A1B2处理喷沼液后叶绿素含量平均提高了89%,A1B2处理的Vc上升了77%,综合评价后尤以A2B2处理效果最好,在保证高产的同时,Vc含量达48.63 mg/100 g鲜重,可溶性糖含量达22.16%,硝酸盐含量为90.74 mg/kg。     

养殖场沼气工程商业化集中供气补贴分析

中国养殖场沼气工程建设成本高、直接经济效益低等问题严重阻碍了沼气集中供气商业化发展。该文采用成本定价法,通过对不同供气规模养殖场沼气工程的建设成本、运营成本以及投资机会成本进行分析,集中供气工程建设规模为100户时,户均投资达到1.79万元/户,当供气户数规模提升到1 500户时,户均投资仅为0.41万元/户,根据平均成本U型曲线,供气户数达到800户以上后,沼气集中供气工程规模逐渐接近于沼气工程最优规模点。按照供气成本计算出供气100户,补贴价格为4.73元/m3;供气200户,补贴价格为2.98元/m3;供气800户,补贴价格为1.63元/m3;供气1 000户,补贴价格为1.51元/m3;供气1 500户,补贴价格为1.42元/m3。分析出不同规模养殖场沼气集中供气工程,供气规模小,补贴成本就越高,供气规模大,补贴就越低,集中供气工程供气达到1000户以上规模时,基本接近于最优供气规模点,补贴价格趋于平衡能实现盈利。建议政府应加大力度建设前端补助与终端用气补贴相结合补贴方式,并提出集中供气补贴标准。     

火花点火生物质气发动机性能研究

利用农林废弃物可控热裂解产生的生物质气,经除尘、除焦油及冷却处理后作为火花点火生物质气发动机的燃料,对发动机的性能进行试验研究.通过测试发动机的转速波动、燃气消耗率和有害排放物,分析发动机的动力性、经济性、运转稳定性和排放性.试验数据表明:发动机怠速运转稳定;较大的功率范围内具有较低且平坦的气耗率曲线;全负荷范围内的转速波动率满足并网发电的需要;发动机的HC、CO和NOx的排放水平较低;燃烧过程中无焦油沉积现象.因此,农林废弃物可控热裂解产生的生物质气,可以作为火花点火发动机的代用燃料.     

沼气中CO2含量对沼气灶性能的影响及对策

采用天然气掺混CO2的方法模拟沼气,在CO2体积分数为30％～50％条件下,测试了典型家用沼气灶的热工性能,研究了应对沼气气质变化的措施.结果表明:随C02含量的降低,沼气灶热流量增大,热效率升高,烟气中CO浓度升高,NOx浓度无显著变化.热流量大于3.26 kW时,现行测试方法不能真实反映热效率与CO2含量的关系.沼...     

沼气建设的“恩施模式”

恩施沼气建设以“五改三建两提高”为核心,以生态家园建设为载体,打造绿色生态新农村,效果明显,被国家农业部命名为“恩施模式”,被湖北省省委书记俞正声同志称之为“现阶段欠发达地区农村发展的新模式”。沼气的建设为农村经济发展注入活力,改变农民生活方式,引发产业结构调整,带来地方经济产业革命,加强生态环境保护,实现人与自然和谐相处。     

中小型沼气工程撬式沼气提纯系统设计与应用

根据中国中小型沼气工程分布范围广、地区差异性大、统筹规划难的现状，考虑到中小型沼气工程中出现的沼气净化提纯效率低、净化提纯效果差、成本高等问题，该研究设计了1套撬装式集约型的沼气提纯净化系统，分别从脱硫系统、脱碳系统、控制系统等方面设计出适合于装置制造的工艺方法。系统集成了干法脱硫、膜法脱碳和分子筛工艺，在进气量为500 Nm3/d、粗沼气压力为104 kPa的沼气工程条件下，进行了工程应用试验。通过检测，该装置稳定运行35 min后，提纯气中CH4质量分数可以达到97.88%，CO2低于2.5%，H2S质量浓度仅为16.7 mg/m3，CH4回收率为86.5%。设备运行成本为0.09元/Nm3沼气，且投资回收期仅为1.5 a。经过对比，该装置的提纯指标达到了国内生物天然气相关标准，且具有移动灵活、提纯效率高、成本低等优点。通过对本装置的应用研究表明，沼气提纯净化可实现中小型沼气工程生物天然气的高值化利用，为中小型沼气工程的发展拓宽途径。     

农村沼气工程的共生效应

本文从四个方面阐述了农村沼气工程对国家能源安全、环境保护、生态农业以及农村经济、农民生活品质所产生的作用与效应。