全混式厌氧发酵反应器(CSTR)研究进展

国内关于全混式厌氧发酵反应器(CSTR)的研究较为匮乏,对其结构各方面的设计参数大多是参考国外设计。重点对CSTR的结构等应用进展进行综述,主要针对在沼气工程应用以及实验装置中的全混式厌氧发酵反应器的形状进行对比,概述圆柱形反应器和卵形反应器的研究进展;同时还对反应器的高径比与挡板结构进行归纳;最后对厌氧发酵过程中混合技术(搅拌器)的主要类型和搅拌速率进行一定的整理,分析各搅拌形式的优缺点以及适用范围。综合梳理全混式厌氧发酵反应器的主要结构及搅拌的研究现状,以期为CSTR反应器的结构优化设计提供参考。     

全混式厌氧发酵反应器优化研究进展

当前,国内外沼气工程中厌氧发酵普遍采用全混式厌氧发酵反应器(CSTR),并且反应器内部通过安装搅拌装置,提高混合效果,促进产气。但是目前关于反应器内部结构、搅拌方式等对混合效果的影响仍未有系统研究,并且关于搅拌装置等反应器结构优化方法仍未建立。文章重点针对国内外对于CSTR结构与搅拌装置等对混合效果、传质传热过程与流场模拟等进行系统梳理,并对结构优化方法等进行归纳,CFD方法对于混合效果的模拟直观准确,以期为其结构优化研究提供借鉴。     

进料浓度对玉米秸秆与牛粪全混式厌氧发酵特征影响研究

目前,中国大多数沼气工程均采用农作物秸秆与畜禽粪便为主要原料,但对于实际沼气工程的工艺控制,尤其是对于沼气工程进料混配及发酵浓度等控制工艺仍缺少参考和支撑。该研究采用玉米秸秆与牛粪原料,在中温条件下,利用纯牛粪、纯秸秆以及秸秆与牛粪干物质比(S:CM)=1:1、1:3、3:1条件的混合原料,按照不同干物质浓度(total solid,TS)=3%、6%、8%,梯次启动CSTR反应器,系统探讨物料配比与发酵浓度对反应器产气量、甲烷体积分数、pH值、氧化还原电位(oxidation-reductionpotential,ORP)、挥发酸(volatilefattyacids,VFAs)含量等运行特征的影响。结果表明,正常运行时,纯秸秆与纯牛粪条件下厌氧发酵产气效果显著低于混合原料,且所有条件下反应器的产气量基本都随着发酵浓度升高而升高。在发酵浓度为8%条件下,S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率在运行130和150 d后分别达到峰值0.78和0.76 L/(L·d)。随着反应器的持续运行,170 d后各反应器的产气率与pH值降低,而VFAs与ORP升高。S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率降低至0.6 L/(L·d),pH值降低至6.5左右。这主要是由于恒定的搅拌功率条件下,随着反应器内TS升高,搅拌转速降低,进而在反应器内产生搅拌死区与浮渣等问题,导致反应器内局部酸化,造成系统整体失稳。在启动期间,所有5个条件下反应器内ORP呈缓慢上升趋势。运行172 d后,S:CM=1:1条件下ORP迅速增加至高于–300 mV。总体而言,厌氧系统中VFA浓度随着进料中秸秆比例增加而增加,且丙酸积累发生并变得更加严重。这也在一定程度上表明,与采用秸秆与粪便混合原料厌氧发酵相比,采用纯秸秆原料厌氧发酵生产沼气厌氧反应器的运行稳定性较差。     

基于双参数Gumbel-Hougaard Copula函数的设计洪水地区组成分析

设计洪水地区组成是流域开发方案设计中需要解决的问题。以淮河流域鲁台子断面、中渡断面1951-2010年洪水资料为基础,充分考虑Copula函数的尾部相关性,选用双参数GH Copula函数构造鲁台子断面与鲁中区间年最大30 d洪量的二维联合分布模型。对比分析条件期望组合法、条件最可能组合法、最可能组合法、同频率组成法4种设计洪水地区组成方法在中渡断面设计洪水分配中的合理性,揭示在不同量级情境下以鲁台子断面为界的上游及区间洪水对中渡断面洪水组成的贡献率。对于中渡断面而言,从洪泽湖的安全及设计合理性的角度出发应选择最可能组成分配方案作为设计参考。     

乡村振兴视阈下草地畜牧业生态效率评价及影响因素研究——基于北疆纯牧区、半农半牧区案例的分析

中国的农牧生态区正面临着一系列的生态退化问题，生态效率的测度对促进农牧生态区可持续发展起着重要作用。文章运用超效率EBM模型测算北疆纯牧区和半农半牧区2001—2020年草地畜牧业的生态效率，结果表明：2001—2020年，北疆牧区整体生态效率呈波动上升趋势，到2020年，效率值为0.77,处于较低效率阶段。其中，半农半牧区县生态效率均值普遍高于纯牧区县；核密度图显示，北疆牧区草地畜牧业生态效率整体处于“前期平稳-中期波动-后期平稳”发展趋势，生态效率逐渐趋向良好；Malmquist指数分解结果显示，半农半牧区县TFP年均增长率高于纯牧区县TFP年均增长率；牧业产值比重、农牧业就业人口比重、牲畜存栏量、技术进步水平和旅游总消费因素是影响草地畜牧业生态效率的主要因素。     

旱区间作水分高效利用机制探讨

间作系统充分利用光热水肥资源具有高产高效特征，在旱区得到了广泛应用。综合国内外间作群体水分利用的研究成果，论述了间作具有水分优势的高效利用机制。间作系统减少土壤蒸发、提高作物蒸腾、降低棵间蒸发与耗水量的比值，增加土壤水分的有效性，提高作物根系对土壤水分的吸收利用，进而提高水分利用效率。间作系统的水分利用机制包括生态位分离减少竞争以促进资源的充分利用、水力再分配调节作物及邻体作物土壤的水分条件缓解旱区作物的水分胁迫。间作系统水分利用的影响因素包括作物种类、种植密度和空间布局、水肥管理和耕作措施。针对研究中的不足，指出未来间作系统水分高效利用研究应关注以下方面：不同区域间作群体增产和节水的规律；水分与源库关系及对种间关系的响应；量化水分与根系生长的关系，建立间作作物对水分吸收的模型；地下部对间作水分优势的响应。