微生物和生物炭联用对猪粪堆肥后重金属Pb和Cd的钝化效果

为探讨微生物和生物炭联用对畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化效果的影响,该文研究生物炭(花生壳炭、木屑炭、玉米秸秆炭)与复合微生物菌剂联用对重金属Pb、Cd形态转化及钝化效果的影响。试验结果表明:9个处理高温期维持天数均达无害化卫生要求,生物炭添加比例对堆肥过程中温度变化影响显著。对Pb的钝化效果最优处理是24%花生壳生物炭和1%的菌剂(T9),可交换态分配率较堆前下降16.32%,钝化效率为74.60%。对Cd的钝化效果最优的处理是24%木屑炭和1.5%的菌剂(T3),交换态Cd与堆前相比下降7.96%,钝化效率为58.13%。统计分析结果表明,重金属Pb、Cd的钝化效果与堆肥过程中平均pH值呈显著正相关,重金属Pb的钝化效果与堆肥过程中温度平均值呈显著正相关,重金属Cd的钝化效果与有机质降解率呈显著正相关。     

自然村生产生活废弃物循环利用模式及其评价研究

农业农村生产生活废弃物循环利用是实现农村人居环境治理、提高资源利用效率的重要途径,对美丽乡村建设具有重要意义。该文以自然村为研究对象,采用层次分析法和模糊评价法相结合的方法,统筹考虑生产生活废弃物循环利用,构建了自然村生产生活循环技术模式评价指标体系,确定各项指标的权重,建立评价方法。以河北邢台市山区某村为例,针对其生产生活废弃物产生特点,构建生产生活废弃物循环利用体系,该村农业废弃物以果木剪枝、生活垃圾、生活污水、人畜粪尿等为主,通过构建以果木剪枝热解+炭基有机肥还田为纽带的循环利用模式,辅以污水处理利用技术,实现了废弃物能源化和就地肥料化利用。通过对该自然村循环利用模式进行实地评价验证,结果表明该自然村生产生活循环技术模式评分结果为优。该文为中国村镇废弃物循环利用技术模式选择、农村人居环境改善和农业绿色发展提供参考和借鉴。     

秸秆热解炭化多联产技术应用模式及效益分析

通过秸秆热解多联产技术,能够将废弃的秸秆转化为燃气和生物炭等,既能提供清洁能源,改善用能结构,又能有效还田和固碳,具有较好的推广应用潜力。分析内加热式移动床生物质炭气联产技术、外加热式移动床生物质热解炭气联产技术、外加热式移动床生物质热解炭气油联产技术的工艺参数,提出了适宜自然村、村镇社区和规模化应用等3种不同规模用户的秸秆热解炭化生产技术应用模式,并以不同规模秸秆利用量为例,得到消耗每吨秸秆的纯利润分别为87、135和141元/t,销售利润率20%左右,温室气体碳排放交易可增加8%左右的纯收益,经济与环境效益良好。     

生物质热解气燃烧装置设计与燃烧特性试验

针对目前生物质热解气中焦油去除困难、焦油能量难以利用等问题,结合现有燃气燃烧器相关技术,开展了生物质热解气直接燃烧技术研究与试验。燃烧器理论耗气量为2~5 m~3/h,通过理论计算确定了燃烧器参数,设计了卧式燃烧室并安装烟气催化裂解装置及烟气检测装置,搭建了热解气燃烧试验平台,并对热解气的燃烧特性进行了试验研究。以花生壳为原料,在碳化温度500℃、滞留时间30 min的条件下进行连续热解碳化,产生的高温热解气直接通入燃烧设备。结果表明,燃烧设备性能较好,热解气燃烧过程稳定,燃烧效率达到98.5%,在催化剂的作用下,燃烧效率提高到98.9%,满足设计要求。     

生物炭对向日葵秸秆热解特性及气体产物影响

为了研究生物炭对向日葵秸秆热解的影响,以向日葵秸秆为原料,基于TG-FTIR研究生物炭添加前后向日葵秸秆热解特性与气体产物的变化。结果表明,与向日葵秸秆相比,混合样品主热解区间由276~349℃变得更长,并且发生不同程度的偏移,热解活化能不同程度降低,由60.21降到38.07~50.35 kJ/mol,呋喃类、酸类、含羰基类化合物、芳香醛类、CO、CH4等产物吸光度值存在差异。随着添加500℃制备生物炭比例增加,混合样品热解的活化能减小,释放气体产物中芳香醛类释放量增量减少,CO与CH4释放量降低。添加不同制备温度的生物炭,混合样品热解产生呋喃类、酸类、含羰基类化合物释放量均有所降低;添加500和700℃制备的生物炭,混合样品热解气体产物中芳香醛类增加。添加900℃制备的生物炭,向日葵秸秆热解气体产物中CO产量增加。该研究为向日葵秸秆的有效利用提供理论基础和技术支撑。     

小麦秸秆热解过程中碳和微量元素迁移转化规律

为研究小麦秸秆热解过程中碳元素和微量元素的迁移转化规律,依托连续式作物秸秆分段均匀炭化联产系统,基于热解炭化生产工艺,测算及分析碳元素在秸秆热解过程中的存在形式及迁移转化量,利用HSC Chemistry软件模拟微量元素在秸秆热解炭化过程中的组分变化,分析了8种微量元素的迁移转化规律,为生物质热解机理的进一步研究提供支撑,为提高秸秆热解炭品质提供强有力保证。结果表明:经测试及测算得到的碳元素迁移足迹图符合碳元素质量守恒定律,碳元素迁移到热解炭中41.12%,以固定碳存在;22.83%迁移到焦油中,以大分子长链烃和环链烃存在;26.62%的碳元素以六碳内的短链烃存在于热解气;4.71%迁移到木醋液中为醛、酮、酸等。小麦秸秆中含量在100μg/L以上的8种高富集微量元素里,K、Na、Ca、Mg主要以硫酸盐、磷酸盐及氯化物形式存在于热解炭中,Al、Fe多以氧化物、硫化物以及硅、氧共融物形态被大量保留在热解炭中,而P、S元素在热解炭化过程中的析出主要是有机结合物的分解。     

玉米秸秆炭和典型农业废弃物混合成型与燃烧特性试验

以玉米秸秆炭和玉米秸秆、苹果枝、沼渣、菌渣为原料,在成型压力为6 MPa的条件下,研究了不同混配比例混合燃料的成型特性,并在此基础上探讨了特定混配比例下的混合样品燃烧特性。研究结果表明:农业废弃物质量分数、种类对混合成型燃料稳定性均有影响,农业废弃物占70%比例时混合成型燃料的抗跌碎强度均大于99.50%;玉米秸秆对成型燃料的稳定性影响最为明显,其质量分数大于30%时,成型燃料抗跌碎强度达到99.68%以上,而沼渣和菌渣质量分数大于50%时,其成型燃料的抗跌碎强度分别超过99.11%和99.71%;苹果枝质量分数大于60%,其成型燃料抗跌碎强度超过99.34%;4种成型燃料的能量密度与原料相比分别提高14.93、11.36、11.74、14.53 GJ/m~3;堆积密度分别提高792.99、596.92、605.63、820.12 kg/m~3。该研究为农业废弃物新型成型燃料的开发提供了基础支撑。     

生物质固定燃烧源烟气稀释采样装置设计与试验

针对现有的稀释通道多级采样装置存在稀释比小、停留时间短和便携性能差等问题,根据生物质成型燃料燃烧排放高温烟气中的大气颗粒物数量和质量分布特点,采用二级稀释、反馈调节和射流的原理,设计了生物质固定燃烧源烟气稀释采样装置。该装置由采样枪、一级稀释系统、二级稀释系统、洁净空气发生系统、撞击采样装置等部分组成。装置加工完成后,采用木质成型燃料开展颗粒物采样试验,试验结果表明,该装置能够模拟固定燃烧源排放烟气进入大气环境中的稀释冷凝过程,稀释比达30,停留时间90 s,试验采集得到8种不同粒径级别的大气颗粒物,其中粒径在0.4~1.1μm之间颗粒物占总采集颗粒物的55.5%~68.1%。研究发现采样装置对空气动力学直径在1.1μm以下的大气颗粒物有较好的采样效果。     

生物炭主要类型、理化性质及其研究展望

【目的】 生物炭作为工农业生产副产品低碳利用的有效手段，其改善土壤及提高作物品质的有益功效已被逐步认识，但对其研究报道分散且差异较大。对已有研究进行梳理总结，可为生物炭生产施用以及形成有效的产业链提供科学依据。 主要进展 1）生物炭全碳含量在 30%～90% 之间，平均 64%。生物炭碳含量由大到小来源依次是木质、秸秆、壳类、粪污和污泥。秸秆类生物炭碳含量大多为 40%～80%，木质类生物炭在 60%～85%。生物炭灰分含量在 0～40% 之间变动，平均 15.52%。灰分含量由大到小依次是污泥、粪污、秸秆、壳类和木质。秸秆生物炭灰分含量主要在 20%～35% 之间，较少为 15%；木质炭灰分主要在 0～10% 范围内。生物炭碳含量和灰分含量相关系数为–0.77。裂解温度与生物炭碳灰组分呈正相关，相关系数分别为 0.17 和 0.28。施入生物炭可以改善土壤状况，生物炭灰分通常对养分贫瘠土壤及沙质土壤的一些养分补充作用较明显。2）生物炭比表面积绝大多数在 0～520 m2/g 之间，平均 124.83 m2/g，壳类、秸秆、木质、粪污和污泥生物炭比表面积逐渐降低。秸秆炭比表面积集中在 0～200 m2/g 以内，木质炭比表面积集中在 0～100 m2/g 以内。制备温度与比表面积的相关系数为 0.48。生物炭的孔隙结构能降低土壤容重、降低土壤密度，能较好地去除溶液和钝化土壤中的重金属。3）生物炭 pH 值范围在 5～12，平均为 9.15。秸秆、污泥、粪污、木质、壳类生物炭 pH 值中值逐渐降低。秸秆生物炭 pH 值多集中在 8～11 范围内，木质生物炭 pH 相对一致。生物炭的 CEC 从 0 到 500 cmol /kg 都有分布，平均为 71.91 cmol/kg。秸秆类生物炭 CEC 值大多集中在 0～100 cmol/kg 范围内，木质生物炭则在 5～10 与 15～25 cmol/kg 范围内均有一定数量的分布。裂解温度与 pH 值和 CEC 的相关系数为 0.58 和 0.30。生物炭施入土壤后可消耗土壤质子，提高酸性土壤 pH 值，提高酸性土壤一些养分的有效性；其巨大的表面积还可提高对阳离子的吸附，提高土壤保肥能力。4）生物炭的裂解温度大都集中在 200～800℃ 之间，偶有达到 1000℃ 的裂解温度。 建议和展望 目前，全世界范围内对生物炭的生产和使用还处于就近和来源方便的初级阶段，影响着生物炭功能和效益的最大化。应从以下几个方面加强研究和应用试验:首先，系统研究生物炭制造参数对理化性状的影响，研究不同原料生物炭的作用机理差异及其针对性，建立生物炭理化性质参数数据库；其次，加强应用研究，根据土壤理化性状和改良目标选择适宜的生物炭类型，根据对作物经济性状的要求，研究选择适宜的生物炭类型，实现生物炭功效的最大利用。加强不同原料的选配和组合研究，改良生物炭产品的目标性状，形成系列化产品。      

立式双层孔环模生物质压块机设计与试验

针对目前环模压块机存在生产率低、能耗高等问题,该文采用立式环模原理和双层孔环模结构,创新设计了双层孔模块及对应的压辊,双层环模模块两边线夹角8°,模孔偏心角4.3°,双模孔中心线夹角10°。样机完成后进行了生产性试验,结果表明:压块机生产率为2.39 t/h,吨料能耗55.86 k W·h/t,成型率为96%以上,成型密度为1.1 g/cm3以上,各项指标均达到设计及标准要求;对比于单层环模的立式环模生物质成型机生产参数,该创新设计的设备性能有所提高;设备自身下层环模与上层环模相比,成型率、生产率均有提高,差异不大。该立式双层环模压块机提高了生产率和产品质量,为中国生物质成型燃料产业化的发展提供装备保障。