牛粪水酸化贮存过程中氮形态转化的特性研究

近年来,随着畜禽养殖规模化的快速发展,养殖粪水的处理和利用已成为养殖业健康发展的难点和热点,粪水酸化技术是通过向粪水中添加酸化剂以降低氨气排放,减少粪水贮存中氮素损失的技术,目前此技术已经在丹麦等国推广应用,但中国对此技术的研究尚未起步,为探究粪水酸化固持氮素的效果,该研究以硫酸和明矾为粪水酸化剂,以固液分离前后奶牛粪水为处理对象,通过向粪水中添加酸化剂降低粪水pH值至6.0,分析粪水贮存中氨气排放、氮素转化以及粪大肠菌群数等指标,探索粪水酸化贮存过程氮形态转化机理。研究表明：向养殖粪水中添加酸化剂可降低6.3%～11.1%的总氮损失,能够降低粪水贮存初期中氨气的排放,同时有效抑制了奶牛粪水中粪大肠菌群的活性,使其更易达到无害化处理。酸化剂的加入一方面抑制粪水中微生物作用下的有机氮向无机氮素的转化,提高粪水贮存中有机氮的含量,减少铵态氮的产生量,另一方面酸化剂与粪水中的铵态氮结合生成稳定的铵盐,抑制了粪水中铵态氮向氨气转化的化学平衡,降低了粪水中因氨气排放导致的总氮损失,从而达到减少粪水贮存中氮素损失。     

槽式抛物面太阳能聚光集热器供热厌氧反应器研究

应用能量密度较高的槽式抛物面太阳能聚光集热器(PTC)为厌氧反应器提供热源,确定装置中重要单元的尺寸,并进行了反应器内部能量平衡的计算,得出8 m~3的地下厌氧反应器内最大2处负荷分别为进料热损失与发酵物料散失热量,分别为16 077.31 k J/d和23 180.01 k J/d。通过计算得出相应的聚光集热器的关键参数,确定光孔宽度b为2.4 m,焦距f为0.6 m,集热板面积为4.16 m~2,集热管直径为0.016 8 m。应用流体力学模拟软件Fluent对反应器内整体的传热效果进行模拟,仿真结果表明反应器内料液温度可维持在35℃左右。采用与设计参数相近的PTC系统和厌氧反应器进行试验验证,厌氧反应器内料液温度保持在33.6~35.8℃,与Fluent仿真结果基本吻合。     

热水循环加热厌氧反应器稳态数值模拟分析

对于厌氧发酵系统,温度分布是否均匀是影响产气效率的关键因素。通过在10 L厌氧反应器中分别对水和TS为12.4%(质量分数)的发酵料液进行加热的热平衡试验,运用Fluent软件对厌氧污泥传热特性进行仿真模拟,通过传感器监测温度变化,得出水的温度分布与高TS料液有很大差异,而且在没有搅拌装置的情况下进行高TS料液的传热仿真,不能将其物性参数默认为水。在对水进行传热仿真时发现,对于低TS料液进行仿真要考虑料液间的对流换热,因此需调用Boussinesq假设,调用该假设后,模拟与试验最大误差仅为4.2%。对换热管壁面厚度设置作出分析并得出:在Fluent中设置虚拟壁面与在Gambit中直接绘制壁面模型具有相同效果,而前者可以简化模型并减少计算时间。此外,在进行高TS仿真时发现最适合这种热水循环加热系统的湍流模型为可实现k-ε模型(Realizable k-ε)。     

干法厌氧发酵反应器及过程控制技术研究进展

厌氧干发酵技术可有效处理高含固率(20%~40%)物料,是处理农业废弃物最好的选择之一,对于实现农业废弃物的资源化利用具有十分重要的意义。文章综述了国内外干法厌氧发酵反应器,对典型厌氧干发酵反应器的特点进行了比较,分析了厌氧干发酵过程的主要控制条件对于厌氧发酵过程的影响,为我国自主开发干式厌氧发酵技术提供借鉴。     

猪粪好氧发酵过程中挥发性有机物组分分析及致臭因子的确定

为了控制猪粪好氧发酵中产生的挥发性有机物(volatile organic compounds)及主要致臭物质,开展了猪粪好氧发酵试验,通过连续监测猪粪好氧发酵过程中所排放的挥发性气体,研究猪粪好氧发酵中产生的VOCs组分及其致臭因子。研究表明,在猪粪好氧发酵过程中共产生33种挥发性物质,除氨气和硫化氢外,共有31种VOCs,包括芳香烃12种,醛类8种,硫醇硫醚类4种,卤代烃4种,酮类2种,胺类1种;猪粪好氧发酵中主要致臭物质为:二甲二硫、甲硫醚、二甲三硫、乙醛和硫化氢,并建议将甲硫醚作为猪粪好氧发酵中产生的恶臭污染指示物。该研究可为猪粪堆肥过程中恶臭物质的监测、制定控制策略提供参考。     

储存方式对生物质燃料玉米秸秆储存特性的影响

为了解不同储存方式对农作物秸秆理化特性变化规律的影响,该文针对整株、打捆、粉碎3种预处理方式、且分别储存在露天、覆盖、密封条件下的秸秆进行为期5个月的试验研究。结果表明,粉碎秸秆的全水分、灰分较高,分别比整株与打捆秸秆高出约3.46%、3.83%与5.95%、4.62%;但挥发分较整株、打捆秸秆分别低5.81%、4.47%;密封储存全水分、灰分较露天、覆盖储存高,挥发分较露天、覆盖储存低。秸秆储存期间,温度平均值变化不明显,极差仅在3.24~3.71℃之间,温度最高值可达50℃左右,故应保持良好的通风。发热量与全水分呈负相关变化,与整株和打捆秸秆相比,粉碎秸秆发热量下降约1 000 k J/kg左右。秸秆长期储存时,应优先选择整株或打捆秸秆,露天和覆盖储存则需要进一步研究。     

移动式玉米秸秆热解炭化原位还田设备研究

针对目前秸秆炭化还田主要以异位为主,移动式热解设备结构复杂,难以实现秸秆田间炭化还田等问题,基于秸秆内热式低氧炭化原理,建立自供热反应系统,研制热解炭化反应器和热解气清洁燃烧室等关键部件,集成秸秆捡拾收集、粉碎输送、烟气回用烘焙、生物炭原位还田技术,研发移动式热解炭化原位还田设备。样机试制后,进行了静态调试试验,结果表明：该设备原料处理量为50 kg/h,炭得率为21%,系统能量利用率74.6%;排放烟气中NO_x质量浓度为184 mg/m³,SO₂质量浓度为26 mg/m³,颗粒物质量浓度为17.8 mg/m³,达到烟气排放要求;生物炭中总碳、固定碳及金属元素含量符合DB21/T 3314—2020《生物炭直接还田技术规程》中的Ⅰ级生物炭要求。该设备能够实现低碳排放、炭化能源自给、田间作业等功能,为秸秆还田提供支撑平台。     

中国农村生物质能利用技术和经济评价

农村生物质能利用技术种类较多,确定各类技术的适用范围及经济性,有利于在农村地区选择合适的技术,促进生物质能利用技术在农村的开发利用。该文提出了户均用能成本的概念和计算方法,对农村户用沼气、养殖场沼气工程、固体成型燃料、秸秆沼气、秸秆气化集中供气等技术进行了技术经济评价。研究结果表明：农村户用沼气技术的经济性最好,其次为固体成型燃料技术,而秸秆气化集中供气技术的经济性最差。随着农村社会经济的发展,认为固体成型燃料技术将逐渐占主导地位,而秸秆沼气技术可以填补由于畜禽粪便短缺而带来的空白。     

我国生物质炭化技术装备研究现状与发展建议

介绍生物质炭化技术的基本原理、主要特征和不同分类,论述我国生物质炭化技术装备方面的最新研究进展,分析典型炭化技术与装备的工艺过程与结构原理,在此基础上探讨我国在生物质炭化技术装备开发方面存在的主要问题,并提出发展对策与建议。     

中国主要农作物秸秆资源能源化利用分析评价

该文应用不同的秸秆资源评价指标,通过文献分析和实地调查,对中国主要农作物秸秆资源进行了调查与评价。结果表明,2006年全国5种主要农作物秸秆的理论资源量为4.33亿t。其中,可能源化利用资源量约1.76亿t,呈"两高两低"的分布特点,即人均资源量"北高南低"、单位播种面积资源量"东高西低"。依据各区的秸秆资源分布特点,可将全国划分为重点开发利用区(东北区、蒙新区和华北区)、适度开发利用区(西南区、长江中下游区和华南区)、限制开发利用区(黄土高原区和青藏区),建议对各区采取不同的开发利用措施。