兰州太阳能与发电余热增温沼气工程的性能研究

为保证兰州地区大中型沼气工程的产气稳定性,解决由于环境温度低而造成发酵塔内温度跨度较大的问题。笔者针对兰州市花庄镇沼气工程,构建一套太阳能与发电余热增温保温系统,达到保证发酵塔在不同季节均能维持恒温厌氧发酵的目的。文章阐述了系统的原理,并对系统的各部分的热量需求进行理论计算。结果表明,该沼气工程平均日需热量7531.9 MJ,太阳能与发电余热增温保温系统平均日产热量7623.4 MJ,使整个发酵塔的温度在夏季和其他季节分别维持在52℃和37℃,完全能满足整个工程的热量需求。该系统可使发酵系统在不同季节均能保持恒温厌氧发酵,保证了其产气稳定,因而这套系统是可行的,为兰州地区太阳能与发电余热增温保温系统提供了参考。     

沼气工程两种辅助增温方式的经济效益分析

为解决西北地区寒冷季节利用发电机余热增温沼气工程时热量不足的问题,笔者以兰州市花庄镇沼气工程为研究对象,对沼气工程各部分热量需求进行理论计算,同时对太阳能和沼气锅炉两种辅助增温方式进行了经济性研究,结果表明:夏季和其它季节发酵塔温度分别维持在52℃和37℃时,太阳能集热器和沼气锅炉两种辅助增温方式的初始投资比为3.75∶1,太阳能集热器比沼气锅炉辅助增温方式净现值高43.9%。考虑到国家相关政策、经济效益、环境效益和西北地区日照充足等因素,当发电机余热不足时,沼气工程辅助增温方式应优先选用太阳能集热器。     

大型沼气工程沼液蒸发浓缩的能量平衡分析

大型沼气工程每年产生大量沼液,沼液的处理与处置已成为制约沼气行业发展的重要因素。文章研究了沼气发电余热的利用途径,以能否满足沼液蒸发所需热量为基础,将发电余热利用分为5种模式。以德青源大型沼气工程为例,分析了热电联产沼气工程的能量供求关系,结果发现该沼气工程的发电余热不仅可以满足厌氧发酵系统和沼液蒸发的热量需求,还有热量剩余,属于余热剩余型。最后文章论述了沼液蒸发浓缩具有的环境和经济效益。     

大中型沼气工程保温增温方法研究

随着规模化畜禽养殖场数量增加,畜禽排泄物对环境的污染问题日益严重。为此,分析了温度对大中型沼气工程发酵的影响,提出了做好发酵装置保温,减少发酵过程能量流失,充分利用太阳能、沼气发电机组余热及生物质锅炉给物料增温,从而达到大中型沼气工程四季持续稳定运行目的。     

畜禽粪污沼气发电工程中的加热能量平衡分析

文章以江苏某畜禽粪污沼气发电项目为例,分析了畜禽粪污沼气发电工程的中温厌氧消化系统加热能量供给及其影响因素。结果表明:该项目中,总加热能量需求为213.39 GJ·d~(-1),主要为厌氧消化罐的增温保温(75%)和有机肥烘干(25%),其中厌氧消化罐增温保温的热量需求主要是物料增温(85.41%~86.45%)、罐体散热(12.63%~12.9%)和输热管散热(0.68%~1.78%)。因此,当发电余热回收效率为47.4%,回收热量为254.54 GJ·d~(-1)时,沼气发电余热能够满足整个工程的加热能量需求。在其它条件不变的情况,对影响沼气工程加热能量平衡的各主要因素进行单因子分析,结果表明,要保证发电余热至少满足中温厌氧消化增温保温能量需求,则进料TS含量不应低于6.17%,余热回收效率不应低于29.74%,沼气产量达产比例不应低于设计产量的62.74%,原料量不应低于设计原料的18.63%,保温系统保温性能不应低于设计的27.36%。     

太阳能集热、空气源热泵和电加热并联式沼气发酵增温系统研究

为了解决南方地区阴雨天和广大北方地区冬季沼气发酵温度低、产气效率低等问题,本文尝试设计以太阳能集热、空气源热泵、电加热并联的沼气发酵增温系统.这三种加热技术互补使用可满足不同天气条件下沼气发酵的增温需求.太阳能集热器作为增温系统的主要加热装置.当太阳辐射不能满足温度需求时,使用空气能热泵加热.特殊情况下使用电加热装置增温.为满足恒温发酵,该系统配备了以单片机为核心的自动控制器,分别包括温度检测电路单元、温控电路单元、键盘输入单元、显示单元和报警单元.该增温系统实现了沼气池恒温发酵功能,能够在阴雨天和冬季稳定增温,有效的提高沼气池产气效率,减少能源消耗和人员参与.     

太阳能热管加热系统在沼气工程中的应用

针对西北地区生态校园沼气系统因冬季温度过低导致系统效率过低等问题,设计了太阳能热管加热系统.通过对加热系统工作热效率和沼气系统热负荷的计算分析、对比,得出太阳能热管加热系统能够保障沼气系统对热量的需求,该系统能使沼气系统冬季温度平均提高7.04℃,每年可供给沼气系统95919.9MJ热能,相当于节约6547kg标准煤,节约燃料费用3274元.     

三种蓄热设备在组装式日光温室中的应用效果

为研究适用于组装式日光温室的蓄热增温设备,在组装式试验温室中安整水袋式、水幕式和双源热泵主动蓄放热设备,研究其蓄放热量、增温效果、蓄放热成本和节能率等指标,通过试验表明:双源热泵晴天蓄热量和放热量最高,分别为704.99MJ和539.62MJ,晚间温室放热时段平均温度较对照温室高3.51℃,但节能率为29.58%,使用成本较高,双源热泵阴天蓄热量和放热量分别为185.73MJ和222.78MJ,放热时间试验温室平均温度较对照温度高2.08℃;水幕式主动蓄放热设备晴天蓄热量和放热量分别为434.62MJ和337.19MJ,放热时段试验温室平均温度较对照温室高3.13℃,节能率为70.53%;水袋式主动蓄放热设备晴天蓄热量和放热量最低,分别为167.42MJ和157.16MJ,放热时段试验温室平均室温较对照普通温室高1.40℃,节能率为69.18%。通过综合性能分析,采用水幕式主动蓄放热设备具有节能率高、使用成本低的优点,双源热泵蓄放热设备具有蓄放热量大、增温速度快的优点,可根据温室生产需要进行选择安装使用。     

太阳能-地源热泵式沼气工程加温系统TRNSYS模拟

利用TRNSYS软件对太阳能-地源热泵式沼气工程加温系统进行仿真模拟,得出该系统某一典型天和全年能量利用效果:在冬季最冷的典型一天,总供热包括热泵耗电量、水泵耗电量、地埋管和集热器总集热量共225.52 MJ/d;总耗热包括沼气池维护结构散热和加温料液负荷共208.57 MJ/d。除去无供热效果的水泵耗电部分,能量输入和沼气池热负荷基本趋于平衡;系统全年共消耗热量46 657.32 MJ,可再生能源(太阳能和地热能)提供74%;其中,太阳能热利用贡献63%,地热能贡献37%,表明该加温系统可高效利用可再生能源。系统全年向地下蓄热总量为7 630.99 MJ,吸热总量为12 954.81 MJ,蓄热量虽不能完全满足供热量的需求,但可以在一定程度上缓解土壤的冷热失衡。     

太阳能采暖在大中型沼气工程上的应用

大中型沼气工程比较经济的发酵温度为(35±1)℃,在我国大部分地区无法在不采暖的情况下达到此温度.为了充分阐述太阳能采暖对大中型沼气工程的可行性以及必要性,从太阳能热利用理论分析出发,结合实际太阳能采暖项目的开展,验证了太阳能采暖在大中型沼气工程利用上的广阔应用前景.     

太阳照射对发酵罐散热的影响分析

为了研究太阳照射对沼气工程发酵罐散热量的影响,文章以北京某沼气工程为例,建立了发酵罐散热的一维稳态模型,对散热进行了分析,找出了各部分热量损失的关系;根据发酵罐地理位置,对太阳照射下发酵罐表面受到的直接辐射、大气散射和地面反射进行了分析,对表面吸收及有效传导入罐内的能量进行了计算。结果表明,在冬季由于太阳辐射弱、散热量大,太阳辐射对发酵罐散热的影响非常小,十二月份减小散热量仅为3.77%,夏季日照时间长、太阳辐射强、散热量小,太阳辐射对发酵罐散热的影响变大,七月份可减小24.70%的散热量。实验验证修正后散热计算与实际散热误差不超过8.6%,该方法可用于预测发酵罐的运行能耗。     

接种量对农牧业混合原料干发酵产气性能的影响

为了更高效、环境友好化地利用甘肃省玉米秸秆和甘蓝尾菜等生物质资源,文章研究接种量对混合原料干发酵过程产气性能与启动速度的影响。试验在中温(37℃±1℃)TS为20%条件下,不同数量接种污泥与牛粪玉米秸秆或牛粪甘蓝菜叶混合后的干发酵过程,监测了接种量分别为20%,30%,40%时pH值、氨氮含量、日产气量、甲烷含量、累计产气量和累计产甲烷量等参数变化。结果表明:当接种污泥与牛粪玉米秸秆混合时,接种量40%的混合原料干发酵累计产气量最高,为207.46 L,平均甲烷含量52.2%,日最高产气量为11.76 L,日平均容积产气率为1.09 L·L^-1;当接种污泥与牛粪甘蓝叶混合时,接种量为30%的混合原料干发酵累计产气量最高,为159.96 L,平均甲烷含量47.8%,日最高产气量为8.90 L,日平均容积产气率为0.84 L·L^-1;除20%接种量与牛粪玉米秸秆混合试验组第3天才开始产气外,其余干发酵均在第1天就开始产气;由于接种污泥的缓冲作用,所有厌氧干发酵过程中氨氮含量一直低于1500 mg·L^-1,没有发生厌氧反应被抑制的现象。混合原料恒温干发酵可以实现生物质资源更合理的应用。     

沼液施用对设施土壤饱和导水率的影响

为探求沼液灌溉对土壤饱和导水率的影响。系统研究了不同沼液配比及灌溉量对番茄根区不同深度土壤的pH值、容重、总孔隙度、颗粒机械组成、含水率和有机质的变化规律,进而分析对土壤饱和导水率的影响。灌施沼液能一定程度降低土壤pH值,降幅为1.25%～3.75%;施用沼液可以降低土壤容重,降低幅度在2.13%～8.97%之间;灌施沼液可以降低土壤砂粒含量,增加土壤粉粒及黏粒含量;随着沼液灌溉配比增大以及沼液灌溉量的增加,不同土层深度的总孔隙度均呈现增加的趋势;土壤含水率与沼液配比无关与沼液灌溉量呈正相关,土壤含水率随土层深度呈抛物线变化;垂直剖面上,沼液灌溉处理土壤剖面的饱和导水率都随土壤深度的增加而下降;有机质对土壤饱和导水率的影响阈值为18.51 g/kg。多元逐步回归分析表明土壤容重、黏粒含量以及土壤有机质含量是影响土壤饱和导水率的主要因子,建议沼液合理的配比及灌溉量应控制为T2处理,但是其长期施用效果还有待于进一步验证。     

中国沼液施用对作物产量效应的Meta分析

为了探讨在中国地区施用沼液的增产效应,文章综合1999～2017年间已发表的78组田间试验研究数据,应用Meta分析方法定量分析沼液施用在不同条件下对作物产量的效应。结果表明,施用沼液提高作物产量在西北和华北较为明显,西南和华东地区略低;沼液的增产效应不受作物影响,小麦、玉米、番茄和水稻产量均有所提高,增产率分别为15.97%,20.62%,18.02%和12.57%;沼液施用年降雨量≥500 mm和年降雨量<500 mm时均能提高作物产量;较年平均气温<12℃,年平均气温≥12℃时作物增产率更为显著。该研究成果可为沼液在农业中的进一步推广应用提供理论支撑。     

尾菜与小麦秸秆两级联合厌氧发酵工艺的研究

文章对尾菜和小麦秸秆两级联合厌氧发酵工艺进行了研究,结果表明,第1级尾菜发酵后的沼液用作第2级发酵的接种物,对小麦秸秆进行喷淋和浸泡,有效地提高了产气率,缩短了产气周期。试验结果显示,在中温(35℃)发酵条件下,尾菜厌氧发酵最大负荷为3.2 kg·m^-3d^-1TS,容积产气率为2.72 m^3·m^-3d^-1;小麦秸秆厌氧干发酵启动时间加快至1～2 d,发酵周期缩短至40 d,小麦秸秆和尾菜沼液混合原料TS产气率达到334.26 mL·g^-1。     

叶面喷施沼液对甘蓝虫害和产量的影响

文章以普通塑料大棚种植的甘蓝为试材,探讨喷施不同浓度沼液对减轻甘蓝虫害及提高产量、商品率的影响,以期为沼液资源化利用提供科学依据。试验共设10个处理,3次重复,研究结果表明:在甘蓝莲座叶生长期、结球前期、结球期喷施一定浓度的沼液,对甘蓝蚜虫、菜青虫有明显的驱避作用,可提高甘蓝产量及商品净菜率;其中以喷施浓度66.6%沼液的驱避效果最好,增产效果最为显著,净菜率最高,增产率、净菜率分别达41.2%和91.3%。     

CO_2气调贮存秸秆及对厌氧发酵产沼气性能的影响研究

厌氧发酵产沼气是秸秆利用的主要途径之一,而秸秆的有效贮存是保障秸秆沼气工程周年稳定运行的关键。该研究以麦秸为试验材料,研究了含水率为75%的麦秸,在氧分压分别为21%(未气调),17%,13%条件下贮存30天的性状变化,通过中温厌氧发酵试验探索贮存后麦秸的发酵潜力。结果表明,未气调的麦秸贮存30天后,干物质损失率为36.73%;而进行气调的处理组,氧分压分别为17%,13%,其干物质损失分别为12.56%和11.00%,分别较对照组降低了24.17%和25.73%;未气调贮存的麦秸TS产气量分别为66.25±0.53 mL·g^-1TS,氧分压为13%的麦秸TS产气量(191.93±1.54 mL·g^-1TS)比氧分压为17%的麦秸TS产气量(171.43±1.22 mL·g^-1TS)提高了11.9%。结果表明:气调作为麦秸贮存与预处理方法,在技术上是可行的,可以确保沼气工程周年稳定运行的原料供应。     

土壤铅镉污染修复中植物修复技术的研究进展

近年来,由于工业"三废"治理不彻底、化肥农药的过量使用以及剩余污泥回用农田等原因,导致我国土壤重金属污染日趋严重。重金属无法被降解,易在土壤中累积,并通过生物富集和生物放大效应对环境和人类健康造成危害。土壤重金属污染修复与治理成为研究热点。重金属污染治理包括客土法、石灰改良法、化学淋洗法、植物修复等,这些方法各具特点,均有其适用范围,得到国内外学者的普遍关注。文章针对土壤铅镉污染的植物修复技术展开综述,并对可能影响植物修复的一些因素进行了介绍,最后对本领域的研究方向进行了展望,以期为同行业的从业者提供一定的借鉴。     

基于SWAT模型的龙溪河泸县境内面源污染特征分析

应用分布式水文模型SWAT,首次以龙溪河泸县境内的面源污染为研究对象,通过对该流域的面源污染进行调查、监测和模拟,定量计算和分析该流域面源污染的时空分布规律以及识别关键污染源和污染关键区。结果表明:①SWAT模型在该研究区具有较好适用性,径流、氮磷负荷的纳什效率系数Ens在0.6~0.75,决定系数R^2在0.75~0.85,相对误差Re在10%~30%;②年产水量、TN产量、TP产量丰水期显著多于平水期,丰水期比重大约为70%~80%,平水期多于枯水期,枯水期产量比重在5%以内;③面源污染是各个子流域最主要的污染类型,农业化肥污染与农村生活污染在面源污染中所占比重最大;④农村生活污染对TN产量影响最大,农业化肥污染对TP产量影响最大;⑤11、13号子流域是非点源污染的关键区,选定云锦镇为重点防治区。     

抽穗期灌溉缓解水稻高温热害的微气象学分析

为研究灌溉对水稻高温热害的防御效果,在南京以“两优培九”为研究对象,在抽穗期高温热害发生期间采用2种灌溉处理(T1,田间无水层覆盖;T2,田间保持10 cm水层)进行了田间试验,测定了稻田土壤和冠层温度,计算了稻田能量平衡各分量日变化。结果表明:在白天,T2处理可以降低水稻冠层的日最高气温、平均气温和稻田土壤温度,延后土温最大值出现时间1 h。灌溉主要影响了稻田的显热通量(H)和潜热通量(LE)交换,从而使冠层气温出现差异。T2处理 LE/Rn 比T1高9.71%, H/Rn 比T1低31.87%,表明水层覆盖下稻田潜热交换增加,显热交换降低,有利于田间蒸散散热,使冠层气温和土壤温度上升较T1缓慢。田间水层覆盖缓解了水稻抽穗期高温热害的危害。