麦秸与木屑热解制备磁性生物炭基材料理化性质研究

分别以小麦秸秆和杨树木屑为原料,经浸渍-化学沉淀-高温热解制备磁性生物炭基复合材料,考察负载铁处理在不同原料类型、热解温度下对材料理化特性的影响。结果表明:复合材料中铁主要以Fe3O4的形式存在,材料外层含量较内层高。负载铁处理加速了生物质热解脱氢和脱氧进程,对生物炭理化特性的影响效应随温度升高而加剧。在300~600℃的热解温度下,负载铁处理小麦秸秆和木屑热解炭的灰分质量分数均增加,增加范围分别为28.8~34.4个百分点,39.1~47.6个百分点,而固定碳含量、热值均降低;比表面积、总孔容均增大,增大范围分别为:10.67~72.24 m2/g、0.039 8~0.093 1 cm3/g,15.43~105.14 m2/g、0.010 4~0.078 9 cm3/g,而平均孔径减小。负载铁处理对两种生物质挥发分含量和pH值的影响不同,表现为:负载铁秸秆生物炭的挥发分质量分数增加5.2~13.2个百分点,pH值降低0.04~1.49,而负载铁木屑生物炭的挥发分质量分数在300℃降低17.4个百分点,在400~600℃增加8.5~22.2个百分点,pH值则升高0.33~1.93。     

基于能值方法的“五配套”生态果园可持续性评价

为了揭示"五配套"生态果园模式的可持续发展潜力,以"猪-沼-粮"、沼气生态村及单一苹果种植模式为参照,应用能值方法对研究区内"五配套"生态果园系统进行能值评价和温室效应减排分析。结果表明:"五配套"生态果园整体上符合其他各类沼气循环农业系统的典型特征,即自我更新能力强、环境负载小、生产效率及投资收益率高、系统可持续性强。"五配套"系统的环境负荷率(0.16)明显低于单一苹果种植系统的环境负荷率(2.77),而能值产出率与"猪-沼-粮"系统类似,分别是11.10与11.89,均显著高于单一苹果种植系统的2.69,这表明该模式的建设对环境的破坏力较小,能够取得良好的经济和生态效益。然而,该系统的能值废弃率为1.03×10-3,显著高于其他沼气系统,且能值投资率偏低(4.76),可见该模式对自然资源的利用程度较低,系统内能值流动性不强。系统的ESI指数为69.10,相比沼气生态村系统和单一苹果种植系统具有更强的环境可持续性,充分体现了"五配套"生态果园模式良好的系统活力和发展潜能。此外,通过对系统生命周期温室气体排放量进行分析,发现其具有整体上的GHG减排效益,且潜力高达1 251.99 kg CO_2-eq·a-1,减排效益来源主要是猪粪发酵、沼肥农用以及燃煤替代。     

基于LCA的黄土高原沼气生态果园环境影响研究

为了综合评估黄土高原沼气生态果园的生命周期环境影响,基于陕北黄土高原地区实际工程案例,利用生命周期评价(LCA)方法计算出黄土高原沼气生态果园系统的能源消耗和污染物排放潜值,并分析了系统在不同功能阶段的环境和经济表现。结果表明:在系统完整生命周期中,环境排放发生在建设阶段和果园生产阶段,沼气利用阶段则创造了显著的生态减排效益,基础设施、田间管理、果园建设及生产是带来环境负荷的主要因素,其中田间管理过程对温室效应、环境酸化、富营养化及能源耗竭潜势分别造成高达83%、55%、43%及59%的排放量,果园生产过程也导致了较高比率的富营养化(40%)、人体毒性(41%)、光化学氧化(66%)及能源耗竭(26%)问题;沼肥还田、沼气发酵及由沼气利用引起的燃煤替代是节能减排的贡献因素,系统的温室效应、环境酸化及富营养化等环境潜值均为负值,相比单一的苹果种植模式具有更强的环境可持续性。此外,利用开发的综合经济效益指标进行核算得到系统的集合经济效益(IBE)为$2 544.25,在建设期、生产期和利用期分别为$-255.11、$2 447.67及$351.47,表明系统前期处于亏损状态,但后期经济效益可观,具有整体上的生命周期经济可持续性。     

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。