挥发性有机酸对产沼气效果的模拟试验

两相厌氧生物处理工艺在废弃物资源化利用中得到广泛应用。为了摸清产酸相的主要产物在产气过程中的效应,该文利用甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等4种有机酸模拟产酸过程中的主要酸化产物,以活性污泥为接种物,设计单因素试验和正交试验,研究了在中温条件下,4种有机酸单一作用条件下和混合作用条件下,甲烷日产气量和累积产气量的变化。结果表明：单一有机酸作底物时,存在一个浓度阈值,高于此值会抑制甲烷产生,低于此值,产气效果随着酸浓度增大而提高;有机酸共同存在时,可以产生协同优势,其中乙酸的产气优势高于丁酸,丙酸具有抑制作用;4种单一酸中,单位浓度下乙酸产气效果最好,甲酸产气量最大,甲酸积累不易对发酵过程产生抑制作用,而丙酸累积最易造成抑制。因此,建议在沼气工程中适当调整产甲酸、乙酸和丁酸较多的发酵物料浓度,从而提高产气效率。     

农村生活垃圾半连续式厌氧消化产沼气性能及H2S含量控制

为探究农村生活垃圾厌氧消化过程及对H_2S产量的抑制,采用半连续完全混合式反应器,对农村生活垃圾进行半连续式厌氧消化试验,分析在不同有机负荷下厌氧消化系统中有机质的降解性能、产气性能及稳定性,确定生活垃圾厌氧消化最佳有机负荷。同时设计生活垃圾与浓缩污泥不同配比的序批式厌氧消化试验,观察沼气中H_2S含量的变化。研究结果表明:有机负荷为4 g/(L·d)时,产甲烷率上升最为显著,系统稳定运行且生活垃圾的有机质利用率较高;随着浓缩污泥添加量的增加,H_2S含量降低明显,当生活垃圾与浓缩污泥的VS质量比(VSRSW∶VSCS)为1∶0.25,1∶0.5,1∶0.75时,H_2S的降解率分别达到85.15%,88.18%,96.20%。生活垃圾与浓缩污泥的成分分析得出2种物料的金属含量并无明显差异,但浓缩污泥中的腐殖质含量远远高于生活垃圾,进而判断污泥中的腐殖质含量一定程度的影响厌氧消化系统中H_2S的产量。     

乙醇胺改性硅胶吸附剂对模拟沼气中CH_4/CO_2的分离性能

沼气的主要成分是CH4和CO2,有效地去除沼气中的CO2是确保沼气成为优质燃气的必要条件。吸附法是去除沼气中CO2的有效方法,研制性能优良的吸附剂是吸附法研究的核心问题。该文以FNG-II型硅胶为载体,乙醇胺(ethanolamine,MEA)为改性剂,制备了MEA改性硅胶吸附剂,表示为FS-MEA(FNG-II Silica-ethanolamine)。用X射线衍射、N2物理吸附脱附法、热重-差热、红外光谱等手段对吸附材料的结构、比表面积、孔结构、改性后结构变化等进行了分析。通过动态吸附分离试验,考察了FS-MEA对CH4/CO2的分离性能。结果表明:改性方法可将MEA附着在载体内孔表面,制得的FS-MEA可有效地分离CH4/CO2,但经过2次使用再生后,FS-MEA对CH4/CO2的分离性能有所下降,因此必须提高乙醇胺改性硅胶吸附剂的再生性能,才有可能使其应用于沼气提纯。     

蔬菜废弃物厌氧发酵制取沼气的试验研究

该文以废弃的甘蓝菜叶为发酵原料,在实验室自行设计的小型沼气发酵装置上进行了厌氧发酵试验,通过测定发酵过程中发酵液和沼气的各项指标,对蔬菜废弃物厌氧发酵的可行性及接种物浓度对发酵过程的影响进行了研究.结果表明,蔬菜废弃物用厌氧发酵工艺处理是可行的;在试验采用的20%,30%,50%三个水平的接种物浓度中,接种物浓度为30%的实验组的挥发酸含量、氨态氮含量以及pH值都在正常范围内,总产气量和沼气中最高甲烷含量分别为7790.81 mL和42.814%,明显高于其他两组及空白组实验.该项研究对蔬菜废弃物的资源化利用提供了有益的参考.     

强碱性熔融盐脱除生物质气化合成气中H2S的效果

为研究强碱性熔融盐对生物质气化粗合成气中酸性污染气体的脱除特性,在小型固定床反应器上,采用8.3%Na_2CO_3-91.7%NaOH对模拟粗合成气中的H_2S进行脱除试验,并建立了脱除过程的数学模型。结果表明:强碱性熔融盐对粗合成气中的H_2S有良好的吸收脱除效果,大多数试验工况下粗合成气中H_2S脱除率均大于99.9%。熔融盐温度、表观气速等条件对H_2S脱除过程影响较小,熔融盐静液高度、气泡大小等对H_2S脱除过程有较为明显的影响。S被熔融盐吸收以后在熔融盐内主要以Na_2S、Na_2SO_3、Na_2SO_4等形式存在,并在熔融盐内轴向及径向上基本均匀分布。模型分析表明,在熔融盐及气体物性确定的情况下,气泡大小、熔融盐静液高度等操作条件是H_2S脱除率的主要影响因素。该模型可较好地预测H_2S脱除过程,为利用熔融盐脱除粗合成气中H_2S的实际应用提供理论依据。     

中国沼气产业对减排CO2量的模拟与预测

沼气是中国可再生能源建设的重点项目,可提供清洁能源替代化石燃料燃烧,减少温室气体排放,对缓解全球变暖趋势具有重要意义。该文利用复合回归模型对中国沼气行业的CO2减排量(CO2ER)与生物质资源、农村用能结构以及沼气利用现状等指标之间的数值关系进行模拟分析,结果表明:中国户用沼气行业的CO2减排量与沼气池使用量存在显著的线性关系(R2=0.992),与户均产气量存在明显的S函数关系(R2=0.677),大中型沼气工程行业的CO2减排量与池容之间存在显著的线性关系(R2=0.977);经多元线性回归和曲线拟合所得到的复合回归模型对户用沼气行业CO2减排量的拟合较好,各种替代情景下误差率均在5%以内;对大中型沼气工程行业CO2减排量的模拟在2006年后呈现较好的拟合效果,各种替代情景下误差率均在2%以内。依据《可再生能源发展‘十二五’规划》进行预测,2015年中国沼气行业可减少CO2排放6.18×107～1.38×108t。加强沼气科技研发,促使沼气工业化、规模化发展以及提升沼气利用品味,是保持沼气利用CO2减排重要地位的有效途径。     

沼气中CO2含量对沼气灶性能的影响及对策

采用天然气掺混CO2的方法模拟沼气,在CO2体积分数为30％～50％条件下,测试了典型家用沼气灶的热工性能,研究了应对沼气气质变化的措施.结果表明:随C02含量的降低,沼气灶热流量增大,热效率升高,烟气中CO浓度升高,NOx浓度无显著变化.热流量大于3.26 kW时,现行测试方法不能真实反映热效率与CO2含量的关系.沼...     

添加尿素对模拟发酵罐中沼气发酵的影响

如何提高产气量一直以来都是沼气发酵过程中需要解决的主要问题。本研究是在实验室条件下组建模拟沼气发酵罐,并用于研究发酵罐中添加尿素对沼气发酵的影响。结果表明:与不添加尿素的对照组相比,处理组中添加浓度为1000mg/L的尿素可以有效提高沼气发酵基质的利用率,并提高沼气中甲烷含量,该系统中发酵原料总固体(total solid,TS)消耗率提高1.79%,挥发性固体(volatile solid,VS)消耗率提高4.36%,甲烷产量提高8.4%;添加3000mg/L尿素使发酵原料TS消耗率降低1.59%,但是VS消耗率提高2.28%,产甲烷量提高5.4%;添加5000mg/L尿素则会对发酵原料的利用产生抑制作用,TS、VS消耗率分别降低3.04%、3.72%,甲烷产量降低4.2%。本研究结果将为提高沼气发酵效率提供初步的理论基础。     

NaOH预处理花生壳厌氧发酵制取沼气的试验研究

为了探索花生壳厌氧发酵制取沼气的产气特性和潜力,利用NaOH在无流动水和常温的条件下,分别用质量分数为2%、4%、6%、8%的NaOH溶液对花生壳进行了碱性化学预处理,在中温（35±1）℃、总固TS质量分数为8%、pH为7.0～7.6条件下,利用自行设计的厌氧发酵实验装置进行批量厌氧消化试验,研究NaOH预处理对花生壳厌氧发酵过程中产气量、pH值和甲烷含量的影响规律。结果表明,4%NaOH预处理下的花生壳的总产气量为28083mL,比不使用NaOH和8%NaOH预处理的总产气量分别高48.91%和35.72%;甲烷含量最高超过60%,且平均甲烷含量高于不处理、2%和8%NaOH预处理;pH初期波动,13d后基本稳定在7.2左右。4%NaOH预处理下的TS产气率、VS产气率以及甲烷含量和不处理以及8%NaOH预处理下的差异性显著（P〈0.05）,和其他两组试验之间的差异不显著（P〉0.05）,表明4%NaOH预处理是较优的工艺条件。     

废弃烟气脱硫活性炭对土壤理化性质的影响

废弃烟气脱硫活性炭是经烟气处理吸附SO2达饱和而无吸附能力的废弃活性炭材料。为研究废弃烟气脱硫活性炭对土壤理化性质的影响,采用实验室玻璃箱培土,按照不同质量比混合废弃活性炭与土壤,测定土壤持水量、p H值和有效硫含量。结果显示:随着废弃活性炭混入量的增多,土壤持水量和有效硫含量明显增加,p H值则明显降低;不同废弃活性炭含量的土壤,持水量和有效硫含量随时间的变化趋势均是保持上升一段时间达到最大值,而后开始下降到稳定不变,p H值则是随时间小幅度稳定变化。因此,将废弃烟气脱硫活性炭作为硫肥加入土壤,是改善干旱、酸碱度失调和贫瘠土地的有效方法,同时也是废弃活性炭再利用的一个新方向。     

生物炭对沼渣堆肥理化性状及微生物种群变化的影响

【目的】近年来沼气工程发展迅速,沼渣的合理利用成为制约沼气工程发展的瓶颈。本文通过试验探讨了添加生物炭制备沼渣堆肥的可行性,为沼渣高效资源化利用提供一条安全可行的途径。【方法】供试沼渣为鸡粪沼气工程(干发酵,沼渣经固液分离处理),生物炭为果木于550℃高温热解2 h制得。以沼渣为主要堆肥原料,添加猪粪调节氮含量,以1 cm左右玉米秸秆为调理剂,控制物料C/N为25∶1,含水率控制在65%～70%,在室温25℃下堆置30 d。生物炭添加量共设0、2%、5%和10%四个水平(表示为CK、F1、F2、F3)。测定了沼渣堆肥过程中的理化性质及微生物含量变化。【结果】堆肥过程中,各处理最高温度均达到55℃以上,F1、F2处理组高温持续时间在6 d左右,达到无害化要求。pH与EC具有相同变化规律,均呈先上升后下降,最后趋于平缓趋势。四组处理的pH值在8.55～8.80之间,F2处理pH值始终大于其它三组处理,且处于较高水平(>8.7),升温期pH最大值达到9.03。四组处理电导率均低于1 mS/cm。与CK相比,F1、F2、F3处理组有机质含量分别降低了13.0%、9.3%、7.4%,且总有机质含量均大于45%,总养分含量分别提高了6.5%、4.3%、2.2%,种子发芽指数也均在85%以上。添加生物炭对细菌、真菌、放线菌的影响不同。随着生物炭添加比例的提高,细菌数量减少,两者呈负相关;放线菌数量呈上凹曲线型,F2处理对放线菌具有最大抑制作用;真菌数量随生物炭添加量增加而增加。不同处理堆肥腐殖质含量变化总体先减少后增加,呈"V"字型,第11 d达到最低值,以F1处理组始终处于较高水平,远高于其它三组处理,最高值达到24.08%,最低为17.92%。与CK对比,F1、F2、F3处理组产品腐殖质含量分别提高了8.12%、7.23%、7.43%。【结论】生物炭的添加能够延长堆肥的高温期,改变堆体理化性质,促进堆肥腐熟,提高总养分含量,综合分析生物炭对微生物的影响,添加2%的生物炭(干基比)对堆肥微生物的生长具有最大的促进作用,显著促进堆肥腐熟。     

农村户用可变容积式塑料沼气池的设计与试验

为了解决传统形式的沼气池建造周期长、运输困难、一体化生产价格高的难点,结合现有的工艺与技术设计建造一种可变容积的聚氯乙烯(PVC)塑料沼气池。该池体由PVC塑料单板与支撑件经由胶剂粘接而成,组装简单,单板运输方便;在不增加设计、加工要求的基础上,可根据用户要求轻松扩展容积。试验证明设计的9 m~3的池体结构,在承受竖向土层载荷作用下以及在侧向土层载荷、沼气压力、沼液压力共同作用下能完全满足使用需要;胶黏剂与凹槽组装的结构在24 h试验下的气体泄漏量小于国标2%,因此该结构能够保证池体的密封性能;池体在常温工作条件下,日产气可达1.380 m~3,产气量可满足一家3~5口的生活燃气需求;池体进料容易,出渣依据压力差作用较为方便,压力仓的作用能更好的保证密封与防止结壳产生;整个池体在日常条件工作,可使用20 a。     

活性炭催化生物质与低密度聚乙烯共热解

为探究生物质主要组分与聚烯烃塑料在活性炭共催化热解过程的相互作用机理,该研究采用磷酸活化法制备了活性炭催化剂,利用固定床反应器对纤维素、木聚糖、木质素、花旗松单独催化热解及其与低密度聚乙烯共催化热解产物的产率及组成进行了分析。结果表明,活性炭催化纤维素和木聚糖单独热解的主要产物为呋喃类物质,其质量分数分别为78.6%和83.2%;而活性炭催化木质素热解的主要产物为简单酚类物质（86.6%）。与理论计算值相比,四种混合物共催化热解所得液体产率降低了8.7%～11.4%,气体产率提高了22.6%～64.0%;液体产物中芳烃和轻质脂肪烃（C9～C16）的质量分数增加而氧化物的质量分数降低;气体产物中H2的体积分数有所增加而CO和CO2的体积分数明显降低。活性炭催化剂作用下,生物质三组分与低密度聚乙烯之间相互作用的影响程度有所不同。     

基于膜蒸馏的沼液资源化处理研究进展

沼液可占湿法厌氧发酵后发酵剩余物总质量的80％以上,在农田土地承载量和运输成本的双重限制条件下,大型沼气工程的沼液很难通过还田利用的方式进行完全消纳.对沼液实行资源化处理既能减少沼液体积和降低对环境的潜在威胁,还可实现高附加值的资源回收,促进可持续的农业循环经济发展.作为膜分离技术中的重要分支,膜蒸馏在沼液处理过程中具...     

稻秸厌氧发酵产沼气预处理

秸秆厌氧发酵是一种有效的秸秆利用途径,秸秆预处理对发酵过程影响显著,为了探索合理的预处理方法,该文对秸秆预处理工艺进行了研究。以稻秸为原料,首先研究了不同浓度的Ca(OH)2溶液浸泡对秸秆有机物降解的影响,当采用9 g/L Ca(OH)2溶液时,5 d溶出化学需氧量（COD）可增加75.9%,说明碱处理能有效促进秸秆水解。但同时,碱处理容易导致厌氧系统酸化,在未调节pH值的情况下,碱处理的总产气量较对照组降低17.4%。然后通过二次正交旋转组合设计试验,研究了秸秆厌氧发酵预处理中秸秆粉碎粒度、C/N、堆沤时间3个因素的改变对产沼气量的影响。建立了沼气产量的二次多项式数学模型,得到了秸秆厌氧发酵预处理的优化工艺条件：秸秆粉碎粒度为4～6 mm,C/N为40,堆沤时间为8 d。表明预处理过程中秸秆无需过度粉碎,且预处理使得高C/N原料正常发酵,为利用秸秆等高C/N原料厌氧发酵提供了试验依据。     

浸没式膜生物反应器协同活性炭处理海产养殖废水效果

该文结合海产养殖废水的盐度效应特点,开展了浸没式膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)协同粉末活性炭(powder activated carbon,PAC)处理含盐废水的试验。考察了投加PAC对于MBR污染物去除性能及膜污染的影响;盐度变化过程中(0~35 g/L)MBR对化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮(ammonia nitrogen,NH_4~+-N)、亚硝酸盐氮(nitrite nitrogen,NO_2-N)处理效果;以及含盐废水长期作用下微生物性能、膜通量、絮体粒径的变化情况。重点分析0~5 g/L的盐度变化,本体溶液中的溶解性有机物(soluble microbile products,SMP)和污泥絮体中胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)组成及含量的变化情况。结果表明:MBR-PAC对COD的去除效率比MBR高7.3%,对NH_4~+-N、NO_2-N去除的稳定性优于MBR;两工艺条件下膜通量随盐度变化呈现类似的趋势,即敏感期衰减,稳定期得到一定程度的恢复。养殖废水长期作用下,MBR-PAC膜通量是MBR的1.5倍,MBR-PAC的污泥粒径相对于MBR增加了52μm。盐度变化过程中,PAC由于其吸附性能及絮凝能力,能吸附本体溶液中的溶解性微生物代谢产物,相对于MBR,蛋白质的含量减少了34.0%。MBR-PAC适用于海产养殖废水的处理。     

沼液负压蒸发浓缩装置的设计与试验

为了解决沼液浓缩过程中有效成分流失的问题,采用低温负压蒸发浓缩的方法,结合沼液的理化性质,对沼液负压蒸发浓缩装置的主体部分(蒸发罐)和辅助设备(冷凝器、循环液槽、真空泵)分别进行了参数设计计算和设备选型,并在自制20 L负压蒸发浓缩装置上进行了系列试验。试验结果表明:当温度低于80℃时,沼液的有机质含量基本不变,蒸发温度高于80℃之后,有机质含量明显下降,80~100℃的变化率为9.4%;随着温度的升高,氮磷钾含量不断下降,氮含量流失最大,最大变化率为13%。蒸发浓缩后的沼液中有机质和氮磷钾含量随真空度的增大而升高;随着真空度的升高,沼液的蒸发温度逐渐降低,蒸发量不断增大,绝对真空度为0.025 MPa时,最低蒸发温度为67℃,蒸发量最高能达到8 324 m L/(m2·h),蒸发率为28.75%;绝对真空度维持在0.04 MPa到0.05 MPa之间,温度在75~80℃时,蒸发量能达到7 700 m L/(m2·h),蒸发率为26%左右。     

中国大中型沼气工程温室气体减排效益分析

大中型沼气工程是中国可再生能源建设的重点项目,可提供清洁能源、减轻农村环境污染,具有良好的环境效益,同时也可减少CO2、CH4等温室气体排放,缓解全球变暖趋势.该文根据国际通用的减排量计算方法,对1996～2005年间中国大中型沼气工程所带来的主要温室气体减排量和减排效益进行了计算分析.结果表明:2005年,中国大中型沼气工程减少CO2排放0.54×106～1.51×106t,减少CH4排放1.53×105t(CO2当量),以国际市场价格计,中国大中型沼气工程减少CO2和CH4排放可实现1.16×108～2.69×108元(RMB)的经济效益.根据<可再生能源中长期发展规划>预测,2010和2020年中国大中型沼气工程的CO2减排量可分别达到0.56×107～1.71×107 t和1.95×107～5.99×108 t,CH4减排量分别达到1.79×106 t和6.28×106 t,减少主要温室气体(CO2,CH4)排放的经济效益可分别达1.17×109～3.00×109元和0.41×1010～1.05×1010元.中国大中型沼气工程建设可有效减少CO2和CH4等温室气体的排放,基于清洁发展机制具有显著的经济效益.     

稻壳炭提取SiO2及制备活性炭联产工艺

为了利用气化发电的固体产物稻壳炭,通过单因素试验,研究了稻壳炭同时提取二氧化硅及制备活性炭工艺技术,得出优化的工艺条件:质量分数20%的K2CO3溶液与稻壳炭原料的液固比为15mL/g,煮溶温度100℃,煮溶时间3.5h;稻壳炭的炭化温度是450℃,活化温度850℃,活化时间2h;SiO2的陈化温度为3℃、陈化时间3h。此条件下制备的稻壳基活性炭得率39.34%、碘吸附值978.35mg/g、亚甲基兰吸附值12mL/0.1g;二氧化硅得率25.77%、白度89.91%。试验表明该工艺制备出的稻壳基活性炭及二氧化硅产品的质量均达到了国家标准的要求,同时为稻壳炭的高效、无公害及资源化利用提供了一条可循的途径。