畜禽养殖场沼气工程厌氧消化技术优化分析

为推进畜禽养殖场沼气工程高效运行,提高其厌氧消化效率,该文选择了3座沼气工程,对其厌氧消化工艺、工程运行管理和投入产出情况进行分析探讨。在此基础上,提出中国畜禽养殖场沼气工程建设厌氧消化技术的优化运行方案：完全混合式厌氧反应器、升流式固体反应器和高浓度推流式反应器适用于高悬浮固体浓度、高固体发酵原料的“能源生态型”沼气工程;与厌氧消化工艺相匹配的要素是沼气工程日常调控的重点;热电肥联产能够实现沼气工程效益的最大化;利用太阳能加热、沼液回用发酵可以节约能源,降低工程运行成本。     

秸秆厌氧消化产甲烷的研究进展

近年来,随着国际能源紧缺与环境污染的日趋严重,秸秆厌氧消化产甲烷技术再次成为国内外学者研究生物质固废处理的热点之一。农作物秸秆厌氧消化产甲烷为大量廉价易得的生物资源转化为可再生能源提供了一个新机会。通过厌氧消化,不仅改善农村生态环境质量,还产生了清洁能源沼气,真正实现变废为宝,对解决农村用能和种植业污染问题有重要意义,也是目前中国最有希望实现产业化的生物质能源之一。然而,由于秸秆的特殊物理化学结构,使得微生物与酶很难对其吸附、降解,并因此限制了秸秆厌氧消化的推广、应用。尽管在当前中国的鼓励政策下,许多秸秆沼气示范工程建成并投入生产,但实际运行中依旧有些问题亟待解决。该文根据国内外关于秸秆厌氧消化产甲烷技术的最新研究成果,基于厌氧消化原理和原料特性分析的基础上,分析了影响秸秆产甲烷的因素及不足,总结了产气优化的方法,展望了秸秆厌氧消化产甲烷的发展方向。该项研究结果对推广秸秆厌氧消化产甲烷、加快生物质固废的资源化成果转化具有积极的推动意义。     

NaOH预处理甘蔗叶与猪粪-牛粪混合厌氧消化工艺参数优化

为探究Na OH预处理甘蔗叶与猪粪、牛粪混合厌氧消化性能,该文在研究甘蔗叶分别与猪粪、牛粪不同配比厌氧消化性能及动力学特性的基础上,采用Box-Behnken试验设计方法开展3种物料混合厌氧消化试验,并运用响应曲面法模拟和优化温度、混配比、C/N 3个工艺参数。结果表明,甘蔗叶与动物粪便混合厌氧消化时产生了协同作用,累积沼气产量比假设未产生协同作用的理论计算值提高了8.13%～15.01%;修正的Gompertz模型可以较好地模拟2种物料混合厌氧消化的动力学过程,相关度系数大于0.998;甘蔗叶与猪粪/牛粪(1:1)混合(甘蔗叶与粪比为1)厌氧消化的最优工艺条件为:温度36.5℃,C/N比27∶1,该条件下混合物料的单位干物质产沼气量实测值为337.5m L/g,与预测值(331.92 mL/g)非常接近。     

基于LabVIEW的生物发酵过程远程在线监控系统设计

微生物发酵工程是现代生物技术及其产业化的基础,随着微生物技术的迅速发展,发酵工业的生产规模不断扩大,迫切要求对发酵过程进行先进的控制和优化.目前,LabVIEW在发酵过程在线监测与自动化控制领域已经有了一些成功的应用,并越来越受到欢迎,但是大多数研究以上下位机的控制方式为主,对发酵过程进行异地网络化监控少有报道,该文详细介绍整个系统在线监控与远程监测过程的实现.利用LabVIEW虚拟仪器开发平台,结合可编程逻辑控制器(PLC)网络和各类传感器,基于Modbus总线通信协议,实现了生物发酵过程各参数的实时采集和控制,并利用DataSocket技术实现了远程监控.详细介绍了监控系统的结构和硬件构成,以及各功能模块实现的关键技术.实验表明:该系统运行可靠稳定、能较好地实现发酵过程远程数据传输和实时监控.     

基于能值分析的奶牛产业园区循环发展模式评价

以沼气工程为纽带的循环农业模式是降低农业产业园区废弃物污染、提高资源利用率的有效方式。该研究构建了适合园区规模的循环农业模式能值评价指标体系,以河北省某典型奶牛产业园区为案例,将园区现行的利用全混式厌氧反应技术(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)的湿法单相厌氧消化沼气工程,与湿法两相耦合厌氧消化、干法序批式厌氧消化、干法连续式厌氧消化3种不同沼气工程模式进行对比,运用能值理论及计算方法对以沼气工程为纽带的农业产业园循环模式进行了评价,选择最适宜园区发展的沼气工程模式。结果表明,该园区能值投入率为17.57,能值产出率为0.41,环境负载率0.33,可持续发展指数1.23,以CSTR湿法单相厌氧消化沼气工程为纽带的循环农业模式整体效益优于其他3种模式。研究对其他园区的循环农业模式评价和以沼气工程为纽带的循环农业发展具有借鉴意义。     

基于温度-时间的好氧堆肥通风控制系统的设计与运行效果

通风控制是强制通风静态好氧堆肥系统的技术关键。本研究开发了基于温度-时间的工业控制计算机好氧堆肥通风控制系统(TTime)，并实现了软硬件的配套。该文详细阐述了系统的设计思路、研究方法、功能和实现过程。运行试验表明，系统运行稳定、可靠，能保证堆肥过程的顺利进行，同时，加强了畜禽场废弃物堆肥过程的在线监控，降低了堆肥系统的运行费用，适合在大中型畜禽场推广应用。     

厌氧消化技术在生态环境保护上的应用

厌氧消化技术应用领域极广,在我国有较大市场,并能取得较好的能源、环境、社会和经济效益,但迄今仍未大量推广。文章回顾了该技术发展和应用的现状,特别是大中型厌氧消化（ 沼气） 工程技术水平和经常应用范围内的技术水平,分析了其综合价值和技术经济问题,讨论了加强厌氧消化技术在生态环境保护上应用的重要意义和全面推广的对策。     

“2000年国际沼气技术发展研讨会”征稿

为加强世界各国在沼气技术领域的国际交流与合作 ,推动全球经济可持续发展 ,中华人民共和国农业部科技教育司与中国沼气学会于 2 0 0 0年1 0月 1 7日至 2 0日在北京组织召开“2 0 0 0年国际沼气技术发展研讨会——中国沼气可持续发展经验成果与世界沼气可持续发展的交流与展示”。会议将邀请 UNDP、FAO、UNEP、WEC、IEA等国际组织及代表与会。会议将就处理畜禽和农业加工业废弃物大中型沼气工程技术及商业化、工业有机废弃物 (包括难生物降解的有毒害物质 )厌氧消化处理工艺与技术、城镇生活污水厌氧消化技术、户用沼气技术 (包括各…     

稻草与猪粪混合厌氧消化特性研究

在中温条件下（35℃）,研究了稻草中添加猪粪对厌氧消化过程的影响,分析了消化过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH、挥发性脂肪酸以及硝态氮和氨态氮的变化。结果表明,将猪粪与稻草混合厌氧消化产沼气可以顺利进行,混合物的Vs产气量为330．14L·kg^-1 VS,沼气中甲烷含量为62．88％,添加猪粪对稻草产气量和有机酸的影响不明显,但对发酵过程中可能出现的酸积累有一定的缓冲作用。添加猪粪可以大幅提高发酵液中NO3-N含量,较稻草的处理提高34．53％,对提高消化液的肥料价值有重要意义。因此,将稻草与猪粪混合厌氧消化产沼气是完全可行的。     

香蕉秸秆与牲畜粪便固体联合厌氧发酵产沼气的特性

为了探讨香蕉秸秆与牲畜粪便的组合对固体厌氧发酵产沼气特性的影响,该文在20%的固体质量分数和中温(35±1)℃条件下,分别开展了不同质量分数的牛粪或猪粪与香蕉秸秆的联合厌氧发酵产气性能的比较研究。结果表明,与香蕉秸秆单独厌氧消化相比较,分别组合质量分数为75%的牛粪和猪粪,沼气累积产量可提高1.3～2.0倍。虽然组合猪粪或牛粪皆可改善底物厌氧消化产气性能,促进产气量的提高,但二者对改善底物的厌氧产气特性的影响不同,组合猪粪可以显著增强产气效率。对于猪粪与香蕉秸秆的组合底物,当猪粪的质量分数为50%时,甲烷产率和累积甲烷产量达到最高值,分别为191 mL/g和12.7 L,较牛粪与香蕉秸秆的组合底物分别提高了69%和92%。而沼气产率和累积沼气产量最高值出现在猪粪的质量分数为75%时,较牛粪与香蕉秸秆的组合底物分别提高了18%和32%,达到365 mL/g和23.9 L。此外,2种牲畜粪便的组合亦可显著增强底物中纤维素和半纤维素降解,它们的降解率相较于香蕉秸秆单独厌氧消化最高可提高1.2和3.6倍。该文研究结果可为香蕉秸秆和牲畜粪便固体厌氧产沼气工程提供参考。     

废水厌氧处理反应器功能拓展研究进展

废水厌氧处理技术自从1860年左右开始得到快速发展,尤其是高效厌氧反应器的研发,使得其应用范围逐步由传统温和的环境和水质条件转向各种极端条件。然而,一般认为厌氧反应器的目标主要还停留在实现废水中有机污染物的甲烷化与高效去除层面,功能比较单一。在实际厌氧反应器中,其他污染物如氮、硫等同样得到不同程度的去除;此外,厌氧反应器的其他新型功能拓展研究也逐步受到关注。然而,目前这些研究大多数围绕着某一个特定研究点展开,相对独立,其研究现状和应用效果缺乏系统的汇总与梳理。该文一方面对厌氧处理技术的发展和厌氧反应器传统功能研究现状进行归纳;另一方面着重对其实现脱硫、脱氮、除磷、除钙软化以及原位沼气提纯等拓展功能的作用原理和过程特点进行综述,以达到系统解析厌氧反应器在废水处理中多重功能作用的目的。同时,该文在综述过程中发现目前多功能厌氧反应器在构型、运行参数、耦合模型构建与调控等方面的研究存在严重不足,难以保证反应器整体性能最优化。通过综述废水厌氧处理反应器功能拓展研究进展可能会对厌氧处理技术进一步发展以及新型多功能厌氧反应器研发有着一定的借鉴意义。     

多传感器信息融合技术及在农业工程中的应用前景

多传感器信息融合技术是20世纪80年代形成和发展起来的一种自动化信息综合处理技术，具有改善系统性能的巨大潜力。该文介绍了近年来多传感器信息技术在智能检测、智能制造、工业控制、工业机器人、智能交通、遥感以及农业工程等方面的应用研究与进展。特别指出了在农业工程领域中的应用前景广阔，目前可逐步应用于智能检测与控制系统、生产过程监视、精确农业技术、农业资源和农业环境的观测及监控方面，其将为农业生产的信息化和知识化提供技术上的支持。     

小波自适应算法在车身振动主动控制中的应用

针对大型、非线性结构的振动抑制问题,提出基于在线系统辨识的小波自适应控制策略,进行车身结构振动主动控制。通过小波自适应控制策略分析、车身结构模态分析和数学模型拟合,搭建了基于并行在线系统辨识的小波自适应控制系统,应用压电智能元件作为传感器和控制器,搭建了车身结构振动控制试验平台。通过小波自适应控制,车身壁板振动幅值减小60%左右,特别是被动控制效果较差的低频区域,壁板振动幅值约减小40%~80%。试验结果表明,该文所建立的在线系统辨识小波自适应控制系统,对于轿车车身这样大型的非线性结构在时变、不确定激励下的振动,能够取得良好控制效果,为解决各类工程机械减振降噪问题提供参考。     

切割稻秸发酵产沼气性能影响因素优化

为了替代秸秆沼气湿式发酵的需进行粉碎预处理,探索切割颗粒秸秆的发酵工艺,简化工程操作流程,降低能耗。该文以稻秸为研究对象,研究发酵温度、发酵液浓度、稻秸粒度和堆沤时间对产气性能的影响,并进行试验验证。结果表明:温度与原料挥发性固体(volatile solid,VS)产气率的相关性显著(P0.01),最优组合为:40℃、堆沤2 d、粒度1 cm、总固体(total solid,TS)质量分数为8%,最优组合VS产气率为385.9 mL/g;40℃厌氧消化产沼气的速率快,各试验组前20 d累积产气量都达到总产气量的73%以上;正交试验中,40℃试验组均有发酵液温度高于水浴锅现象,以及生化培养箱验证试验组发酵液温度高于对照,2种现象说明水稻秸秆厌氧消化可能有少量放热。研究结果为秸秆沼气工程发酵工艺改进和运行提供参考。     

节水灌溉自动控制系统的研究

为了节约植物灌溉用水,提高水资源使用效率,该文采用单片机、传感器、RS-485网络、无线通讯以及变量控制等技术,设计了一套闭环控制的精准灌溉控制系统。该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、土壤水分传感器和阀门控制器组成。其中,底层传感器和阀门控制器通过RS-485总线连接至灌溉监测控制器,灌溉监测控制器通过无线通讯模块与中央监控计算机相连。该系统实现了土壤含水率的在线自动监测,并依据植物的土壤含水率灌溉阈值自动控制灌溉系统。试验表明,该系统可以达到精准灌溉的要求,结合植物的土壤含水率生存阈值和最大生物量     

采用厌氧分步固体反应器系统进行蔬菜废弃物厌氧分解

最近获得专利的厌氧分步固体反应系统(美国专利号6342378B1)是一种新型的用于将固体废弃物转化为沼气以获取生物能源的新技术。此技术已被用以转化多种固体废弃物的科学研究,其中包括作物秸秆、动物粪便、食品废弃物和城市固体废弃物。研究结果证明,此技术不仅先进可行,而且操作简单。根据此技术,一种大型的用于将废弃物转化为能源的厌氧分步固体反映系统已经在美国开发出来。该文主要介绍此技术用于大蒜废弃物转化的研究结果     

染色竹条分级流水线的自动控制系统

针对目前竹制品加工业采用人工配色分级效率低的问题,提出了一种用于染色竹条分级流水线的自动控制系统该系统基于单片机系统,包括拍摄位置传感器、分级位置传感器、分级电磁铁以及串口电路。控制算法采用双向链表数据结构算法来存储竹条的分级级别和通过顺序,同时分级传感器指针数组中记录分级传感器的触发信息,由电磁铁堆栈控制分级电磁铁的动作。通过试验验证,结果表明竹条在8个级别的分级流水线上分级动作准率达到100%,研究为染色竹条的在线分级控制问题提供了新的解决方法。     

碳氮比对猪粪与玉米秸秆混合厌氧消化产沼气性能的影响

厌氧共消化是解决当前单一农业生物质废弃物厌氧消化过程中因碳氮元素比例不平衡而造成系统产能不高的问题的有效途径。该研究以猪粪和玉米秸秆为底物在连续搅拌厌氧消化反应器中进行中温厌氧共消化联产气肥,调控底物C/N分别为13.45(完全以猪粪为底物)、20、25、30、35和300(完全以玉米秸秆为底物),考察了底物C/N对工艺性能的影响。试验结果表明,当底物C/N为25时,厌氧共消化反应系统运行稳定,气肥联产性能最优,其中比产气率、甲烷体积分数和总养分质量浓度分别为514.75 mL/(g·d)、64.01%和660.26 mg/L。该研究为开发农业生物质废弃物高效发酵气肥联产工艺提供了技术参数和实践指导。     

基于DPWS网络中间件与Petri网的微电网监控方法

针对目前微电网监控系统存在的协同性差、缺少动态配置支持、连续动态行为和离散事件共存的混杂性等问题,该文提出了一种基于设备网络服务框架(device profile for web service,DPWS)与解释Petri网模型的新型微电网监控方法。根据微电网监控系统功能需求,建立基于DPWS的分布式微源运行状态监控模型。利用DPWS技术的自动发现、自动组网机制对微电网监控系统进行重新配置,结合事件订阅机制实现微电网系统状态的实时监控,进而分析微电网系统在运行过程中的多重状态及其转换关系。基于DPWS技术信息加密机制,解决了微电网监控系统的信息传输安全问题。运用解释Petri网建立了微电网系统控制模型,提高了微网监控设备端的自动化程度,并完成了相应的数值仿真试验。试验结果表明,该模型能较全面地描述微电网系统中的并发及混杂现象,所提出的控制策略符合微电网系统实际运行要求,为微电网系统的安全、稳定地运行提供技术依据。     

污泥厌氧消化过程的流变规律与脱水性能

为阐明厌氧消化过程中污泥流变学与污泥理化性能(脱水性能)之间的关联及低温水解预处理对污泥厌氧消化产气的影响,对常规污泥及低温热水解预处理污泥进行厌氧消化试验,结果表明试验结束时,低温热水解-厌氧消化的挥发性固体(volatile solids, VS)去除水平较常规厌氧消化污泥提高3.7个百分点,低温热水解预处理也使得消化污泥的脱水性提高1.59%;污泥屈服应力分别了降低了64.51%和71.47%;稠度系数分别减小了90.94%和92.83%,污泥流动性增强。整个消化过程VS/总固体(totalsolids,TS)和屈服应力随时间的变化均呈对数下降趋势;通过线性方程拟合和皮尔逊相关性分析表明,屈服应力与VS/TS、屈服应力变化与脱水性能改善两两间的拟合优度(R^2)均大于0.94,表明在厌氧消化过程中屈服应力、屈服应力变化与污泥VS/TS、脱水性能具有较好的线性关系。研究结果从流变学角度为厌氧消化过程中的监控和优化提供新思路和理论依据。