餐厨垃圾制沼及沼气纯化系统

文章介绍了将资源性废弃物餐厨垃圾经两相厌氧发酵、膜纯化处理后转化为新能源—天然气级燃气系统;以及该系统中的主要装置发酵罐和膜分离组件的结构设计、相关零部件的选择。本系统采用自行设计的中空纤维聚酰亚胺膜组件作为主纯化脱碳装置,在反应温度为25℃条件下,对0.6 MPa的沼气原气进行初步一级膜纯化试验,纯化前后沼气的组分含量CH4从56.72%升至81.90%,CO2从37.80%降至13.69%。该一级膜纯化试验为大中型沼气工程膜分离纯化系统的开发提供了理论基础和实践依据。     

基于膜分离法的沼气脱CO_2和H_2S工艺研究

为同时脱除沼气中的CO_2与H_2S,文章开展沼气膜分离工艺研究。首先,分析气体膜分离原理,设定CH_4回收率、CO_2脱除率与H_2S脱除率作为分离效果指标。其次,采用Unisim Design软件建立仿真模型,分析膜面积与操作压差变化对分离效果的影响规律,并提出一种二级膜分离工艺流程。最后,以CH_4回收率、CO_2脱除率与H_2S脱除率之和最大作为目标函数,对二级膜分离工艺进行优化。结果表明:随着膜面积与操作压差的增大,CO_2与H_2S脱除率逐渐升高,但CH_4回收率随之降低;一级膜分离工艺难以在脱除CO_2与H_2S的同时降低CH_4损失;二级膜分离工艺经过优化后,CH_4回收率达96.6%,CO_2脱除率达99.5%,H_2S脱除率为100%。     

一种小型沼气净化与提纯装置的设计

目前,农村沼气使用过程中存在脱硫器推广效果不理想、CO_2含量过高导致热值偏低等问题。该研究基于膜分离技术设计了一种沼气净化(脱除H_2S)与提纯(脱除CO_2)装置,通过Aspen HYSYS软件建立了沼气膜分离工艺仿真模型,并完成了装置尺寸的优化设计;最后通过调整沼气组分,分析了装置适应性。结果表明:当分离压差为1～5 kPa时,装置最优膜面积为7.32×10~(-2 )m~2;当CH_4,CO_2和H_2S体积分数在60%～65%,34.5%～39.5%和0.5%～1.5%范围内时,该装置的H_2S脱除率始终为100%,CO_2脱除率为40%～51%,热值提高14.9%～19.5%,证明该装置应用在沼气净化与提纯领域具有可行性。     

CoAPSO-5分子筛膜制备与CO2/CH4分离性能实验

采用原位水热合成法在多孔α-Al2O3上制备了CoAPSO-5分子筛膜;通过XRD和SEM检测,证明所合成的CoAPSO-5分子筛膜致密、均一、厚度20μm无取向;通过气体渗透法检测所合成的分子筛膜为无缺陷;同时,考察了CoAPSO-5分子筛膜对CO2/CH4混合气的分离效果,渗透分离结果显示,在渗透压差分别为0.3和0.5MPa时,CO2/CH4的真实分离系数分别为4.86和5.29。     

抛膜链齿输送式残膜回收机设计与试验

新疆棉田残膜污染问题严重,机械回收残膜是目前主要的回收方式。现有残膜回收机普遍采用弹齿或伸缩杆齿式起膜装置,回收过程中容易出现残膜缠绕工作部件、卸膜难等问题,影响起膜和卸膜效果。为此,借鉴现有机型的优点,通过刨膜辊刀起膜、抛膜辊刀抛送原理,设计一种起膜抛送、链齿输送、自动脱膜的抛膜链齿输送式残膜回收机。该机具主要由起膜装置、输送装置、脱膜装置、传动系统和集膜箱等组成。残膜通过抛送起膜,配合链齿输送,实现残膜与土块分离,保证了起膜的可靠性;利用自动脱膜和刮板式脱膜机构完成卸膜,解决了残膜缠绕、卸膜难的问题。田间试验结果表明:当作业速度为4~7 km/h时,残膜回收率均值为90.6%,机具作业效率均值为0.84 hm~2/h,残膜含杂率均值为3.971%,当作业速度较快时,提高了作业效率,但回收率降低,含杂率增大。当作业速度为5 km/h时,回收率均值为91.8%,作业效率均值为0.733 hm~2/h,含杂率均值为2.605%,为较适宜的作业速度。该机具运行可靠,起膜与脱膜效果较好,可用于新疆棉田残膜回收。     

自动回流底层闸门出料沼气池通过鉴定

由江苏省沼气研究所研制的适合农村养殖专业户使用的小型高效沼气池,最近通过了江苏省科委组织的技术鉴定。这种池型设计新颖,符合规范,布局紧凑,整体结构好,功能性强。在设计中利用池中气体,液体的压力、浮力变化及闸门启闭的原理,采用了单向回流自动循环和底层闸门出料的结构。容积4m~3的沼气池年产气502.7m~3,日均产气1.38m~3/d,发酵容积产气率0.383m~3     

基于Thiobacillus thioparus菌株的生物脱硫工艺参数优化研究

文章研究采用生物脱硫工艺利用生物滴滤池,以异养脱硫菌Thiobacillus thioparus为菌株,分别研究了以陶粒、火山岩、活性炭为滴滤池滤料条件下溶解氧,硫化物负荷,气液体积比,pH值等生物脱硫工艺参数对H_2S去除效果的影响。实验结果表明:溶解氧影响Thiobacillus thioparus菌株对硫化物的去除率,通过单因素实验发现,当硫化物负荷为80 g·m~(-3)h~(-1),DO为1.5 mg·L~(-1)时,硫化物去除率达80%以上,单质硫回收率最大;硫化物负荷对H_2S去除有影响并且与DO呈线性关系;循环液pH值为8.5时,沼气中S~(2-)去除率达94.3%,此时单质硫转化率大于SO_4~(2-)的转化率;当沼气中H_2S浓度为4200±14 mg·m~(-3)、气液比为15∶1时,硫化物去除率达93.9%。在不同反应条件下,利用3种滤料填充滴滤池,其中活性炭的去除效果均优于其他两种滤料,陶粒和火山岩效果差别不大。     

基于气力脱膜与残膜物料特性相关的研究

针对农田残膜回收中存在脱膜效果不佳的问题,研究并设计了一种新型夹持式残膜回收机且采用气力脱膜。首先,通过运用空气动力学及试验的方法并结合残膜物料的特性相关特性,重点对气力脱膜时所需气流作用力大小进行了研究;然后,进行了田间试验验证。结果表明:当采用橡胶材料制作的夹持板,在气流作用力大小为1.35N时,能够很好地满足脱膜作业要求。本研究可为研制有关气力脱膜的残膜回收机提供参考。     

沼气高价值多元化利用碳捕集工艺优化设计

针对我国天然气紧缺、碳中和压力较大和沼气低价值利用问题,开发膜与压缩冷凝梯级耦合的沼气高价值多元化利用碳捕集工艺,实现低价值沼气近零排放高价值综合回收利用。利用Aspen HYSYS对1 000 Nm3/h规模的沼气提纯过程进行工艺设计和优化,通过燃气系统的膜分离单元生产高品位燃气,同时CO2系统利用燃气系统提供的富CO2优质原料生产液态CO2产品,并副产低品位燃气。优化过程主要考察操作压力对回收率、产品价值、运行费用和设备投资等因素的影响,以及原料流量波动对回收率、产品和经济性的影响。结果表明：在1.8~3.8 MPa条件下,能够同时生产热值314 MJ/Nm3高品位燃气、热值17.9 MJ/Nm3低品位燃气和CO2浓度95 vol%液态CO2产品,在2.2 MPa时获得年最佳经济效益约261万元,每年减排约9 755 t的CO2当量温室气体。与低品位燃气热值和液态CO2产品浓度相比,高品位燃气热值受流量波动影响较大。     

塞流式沼气池气动搅拌装置的研究

针对我国现存塞流式沼气池结构简单、产气效率低、无气动搅拌装置的问题,设计了一种强制回流沼气搅拌装置。该装置利用小功率电动风机,把沼气池内新鲜沼气重新打回到沼气池中。该装置已在山西阳泉牛家峪村沼气工程中投入使用。通过16次配对比较试验,结果表明:当搅拌装置每天搅拌10min时,沼气池产气效率可提高38%～100%。与国内现有的气动搅拌相比,本气动搅拌装置动力强、耐腐蚀、操作简单。     

有机胺基氨基酸盐吸收剂的沼气CO2分离特性

在鼓泡式CO2吸收和再生装置中对有机胺基氨基酸盐吸收剂的沼气CO2吸收和再生特性进行了研究,并与乙醇胺(MEA)和哌嗪(PZ)进行了对比。试验中,气相为典型的模拟沼气氛围(CO2与CH4体积分数比为4∶6,常压),液相CO2吸收温度为35℃,再生温度为75℃,并辅以纯CH4作为吹扫气。结果表明:当达到CO2吸收和再生平衡时,质量分数为30%的4种乙醇胺基氨基酸盐吸收剂对CO2的净携带容量均优于MEA,且乙醇胺基鸟氨酸盐(MEAORN)的CO2净携带容量最高(0.733 mol/mol),比第二位、质量分数为15%的PZ高82.34%。同时,综合考虑能耗与投资成本,对吸收剂CO2分离成本的对比分析表明,MEAORN和PZ的沼气CO2分离成本低于MEA,而乙醇胺基氨基乙酸盐(MEAGLY)在大规模沼气提纯上具有替代MEA进行工程应用的潜能。     

齿带式残膜回收机脱膜装置的设计与试验

针对现有残膜回收机脱膜不干净的问题,研制了一种脱膜装置,主要包含中心辊、带轮和脱膜圆盘。介绍了装置的工作原理,通过理论分析并结合计算确定了脱膜圆盘的主要结构参数。为检验该装置的工作效果,于2019年3月在新疆第一师六团进行田间试验,试验面积累计10.5hm^2,采用三因素三水平试验,用Design-expert软件中Box-behnken模块分析试验结果,优化得出最优组合。结果表明:当机具前进速度为6km/h、脱膜辊转速为120r/min、卸膜辊转速为180r/min时,脱膜率最高为96%,达到了使用要求。     

叶轮驱动式机收残膜水洗分离设备研究与试验

针对机收残膜混合物水洗清选装置残膜分离率较低的现状,设计了一种叶轮驱动式机收残膜水洗分选分离设备。介绍了整机基本机构和工作原理,探究了物料在液体流场中的迁移运动规律。为确定叶轮转速、射流管道水压和残膜破碎尺寸等因素对残膜分离率的影响,以三因素为自变量,残膜分离率为响应指标,建立了因变量和响应指标间的多元数学回归模型,并采用BBD试验设计和响应曲面法对残膜分离装置进行最优化参数探究。结果表明:最优参数组合为叶轮转速842.93r/min、射流管道水压0.21MPa、残膜破碎尺寸45×72.33mm~2时,残膜分离率可达到最大值为79.39%。经台架试验验证,应用响应曲面法得到的模型和最优残膜分离率的参数是可行的,可为残膜分离提供理论基础和技术支持。     

基于膜空气吹扫技术的农业温室增施CO2研究

以甘氨酸钾（PG）富CO2溶液（富液）为对象,研究了采用膜空气吹扫技术将富液CO2再生与温室CO2气肥增施融合的可行性,并得出了设施番茄栽培的增施CO2方案。结果表明：在40~80℃时,PG富液初始CO2负荷越高,CO2再生程度越大,释放的CO2量越多,且在约60min时即可达到再生平衡。在可控参数的最佳条件下（气相流速6L/min、初始CO2负荷0.75mol/mol和再生时间60min）,仅通过调节液相流速和再生温度即可控制膜空气吹扫再生的CO2产量。针对标准农业温室（600m3）内的设施番茄栽培,可采用两种CO2气肥增施方案：先将温室内CO2浓度迅速增施至最大浓度,随后根据植物光合情况随时补充;或是先计算番茄在某一段时间内所需的CO2总气量,然后以一定速率均匀地增施到温室中。与传统增施技术相比,富液再生增施CO2技术具有更低增施成本与生态环境敏感性,成本最高可降低约58.00%。对于1000m3/d沼气产量的生物天然气工程,以富液为载体时,仅需3个连栋温室即可完全消纳沼气提纯中所需脱除的CO2。     

鸡蛋壳膜机械搅拌分离影响因素研究

基于Fluent研究了机械搅拌分离鸡蛋壳膜在不同搅拌转速、颗粒粒径和料液比下对颗粒悬浮状态、固含率分布、固相速度和搅拌功率等流场特性的影响。仿真结果表明:增大搅拌转速,有利于减小容器底部颗粒堆积,且利于颗粒悬浮,但功耗明显增大;增大颗粒粒径可减小底部中央区域的颗粒堆积,颗粒逐渐向四周扩散,但颗粒的悬浮高度会降低;增大料液比易在底部产生颗粒堆积。根据仿真结果进行了蛋壳膜分离试验,以搅拌转速、搅拌时间、料液比、分离液温度为影响因素,膜回收率和搅拌功率为评价指标进行二次正交旋转组合试验,得出最优因素参数组合。试验表明提高搅拌转速和搅拌时间可明显增大蛋膜回收率,当搅拌时间为18.57 min、搅拌转速为337.68 r/min、料液比为0.07 g/m L、温度为20.0℃时,膜回收率达到88.58%,功耗低,分离效果较好。     

自走式山地割膜耙膜卷膜一体机的设计与试验

针对国内地膜回收机械在收膜过程中出现卡死及收膜率不高等问题。根据农艺要求,设计了一种自走式山地小型化割膜、耙膜、卷膜多功能一体机。同时,介绍了该多功能一体机的总体设计方案、主要技术参数和传动系统,并进行关键部件的设计。为了检验山地割膜、耙膜、卷膜一体机的作业性能,进行了田间单因素及多因素试验,结果表明:该机可一次性完成卷膜、收膜及护苗等功能,各项设计指标均达到要求;当作业速度达到0.3 m/s、地膜铲入土深度为0.0 4 m、挑膜齿安装角度9 0°时,收膜率为9 5%,可满足山地地膜回收作业技术的发展需求。     

城市污水混合渗沥液、粪便水脱氮合理工况的确定

为解决城市污水混合渗沥液、粪便水脱氮出水难以达标排放的问题,采用倒置A2/O工艺,进行了正交试验,确定合理工况.结果表明,水力停留时间相对好氧池溶解氧浓度、污泥回流比和混合液回流比影响最为显著,延长水力停留时间是提高脱氮效果的最为简捷高效手段;当渗沥液、粪便水混合比例分别为0.05%和0.25/%、水温为22～30℃时...     

沼液回流对牛粪厌氧发酵产气特性及其动力学的影响

在中温条件(37±1)℃下采用连续搅拌反应器(CSTR)研究了沼液长期回流对牛粪厌氧发酵过程中产气特性及其微生物动力学的影响,对不同有机负荷下发酵罐运行参数的动态变化进行了持续监测,并进行了相关的动力学分析。结果表明:在水力停留时间为40 d,有机负荷为3.0 g/(L·d)的条件下,将50%的沼液进行回流时,能够提高基质产甲烷率,促进厌氧发酵系统中微生物的合成代谢,但由于难降解物质累积,传质效果降低仍使得回流组日产气量及甲烷产量呈下降趋势,处理组的沼气容积日产气量从1.07 L/L逐渐降至0.83 L/L,降低了22.4%。沼液回流引起了p H值、NH+4-N、溶解性化学需氧量(SCOD)等指标的升高,但未达到抑制水平。回流导致牛粪厌氧发酵产气量下降的最主要因素可能是由于粘度从50 m Pa·s迅速升高至116 m Pa·s而引起的传热传质阻力变大。在以牛粪为原料的沼气工程应用沼液回流工艺时需要合理选择回流比例或在回流前对沼液进行适当的处理来保证工程的长期稳定运行。     

弹齿轨道式残膜回收机参数优化及试验

为解决秋后农田残膜污染问题,研制了一种具有仿行功能的弹齿轨道式残膜回收机,并阐述了该机总体结构及工作原理。以机具前进速度、轨道间距和脱膜轮转速为影响因素,采用Box-Behnken中心组合试验设计方法,建立残膜回收率为相应指标的数学模型,分析各影响因素对残膜回收率的响应规律,通过优化得出:在机具作业速度4.5km/h、轨道间距250mm、脱膜轮转速250r/min时,残膜回收率达到93.74%。     

微晶化磷钾矿粉催化牛粪厌氧消化试验

为了提高沼气发酵效率和沼气产量,以不同磷钾矿粉为沼气发酵的功能催化剂,探讨其对牛粪厌氧发酵的影响。试验设8个处理,分别为空白处理(CK),添加2.5%(T1)、5.0%(T2)、7.5%(T3)、10.0%(T4)云南微晶化磷矿粉,5.0%(T5)河南微晶化磷矿粉,5.0%(T6)云南普通磷矿粉和5.0%(T7)河南微晶化钾矿粉。试验结果表明:微晶化磷矿粉量的增加,显著地提高了沼气累积产气量。添加7.5%处理的微晶化磷矿粉发酵启动最快,产气率最高,CH4体积分数达62.5%,VS去除率为61.99%,COD值为4 871.4 mg/L,VFA质量浓度为469.9 mg/L。当微晶化磷矿粉添加量高达10.0%时,VS沼气累积产气量下降到317.63 m L/g。添加7.5%微晶化磷矿粉是改善牛粪厌氧消化的最适添加量。