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。     

生物质水热液化产物特性与利用研究进展

近年来,由于水热液化技术可以将高含水率的生物质直接转化为生物原油而极具潜力,引起了人们的广泛关注。该文综述了生物质水热液化研究的最新进展,简述了生物质水热液化的产物分离流程,着重分析了水热液化4种产物(生物原油、水相产物、固体残渣和气体)的产物特性及其利用方式。在4项产物中,生物原油可作为燃料或者从中提炼高附加值产品,水热液化水相可以进行微藻养殖、经厌氧发酵产甲烷或者利用微生物电解池产生氢气等,固体残渣通过进一步处理后可作为生物炭使用,气相产物可作为温室的气体肥料。另外,该文总结了生物质中关键元素在水热液化产物中的分布规律,展望了水热液化技术未来研究方向,以期能为生物质水热液化研究提供参考与借鉴。     

溶氧量及搅拌速率对青贮玉米秸秆微曝气水解效果的影响

为提高秸秆好氧水解的生物可降解性,试验选用切碎揉丝的青贮玉米秸秆,水解液按照体积比为10%的量添加,以水解液溶氧量(1、2、3、4、5、6mg/L)和搅拌速率(50、100r/min)为变化因素,温度控制在35～38℃、总固体为5%,进行优化设计。研究发现,进行8 d,pH值及氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP)值趋近于稳定;搅拌速率为50 r/min、溶氧量为1～4 mg/L;以及搅拌速率为100 r/min、溶氧量为1～2 mg/L范围内,曝气量的提高,对脂肪酸的积累显著,且搅拌和曝气都可促进乙酸、丙酸和正丁酸的积累;搅拌速率为100 r/min,可溶性需氧量(soluble chemicaloxygendemand,s COD)的浓度整体呈现出高于搅拌速率为50 r/min时的状况;以纤维素降解为例,在搅拌速率为100 r/min条件下,溶氧为2 mg/L时,木质纤维素具有较高的降解率,达到48%。     

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。     

生物炭强化有机废弃物厌氧发酵技术研究

厌氧发酵是中国有机废弃物处理的重要技术途径,但利用厌氧发酵技术在高负荷条件下处理有机废弃物过程中,因有机酸、氨氮等抑制性物质作用,易导致厌氧发酵运行不稳定,处理效率不高等问题。生物炭是生物质材料在无氧或缺氧条件下经高温热解形成的多孔径碳质材料,具有比表面积高,孔隙结构复杂,表面活性基团丰富和导电性强等特性,并被广泛用于厌氧发酵技术研究。近年来国内外研究表明,生物炭能有效强化厌氧发酵,提高厌氧发酵过程中有机废弃物的处理效率。然而,对于生物炭强化厌氧发酵技术途径,目前仍未见系统的梳理和报道。该文对生物炭材料的化学组成、孔隙结构、表面官能团关键因素及生物炭强化厌氧发酵技术的重要途径进行了系统分析和归纳,从生物炭材料的理化性质出发,阐述了生物炭对于厌氧发酵技术的强化效果及强化途径,强化途径主要包括:提升系统缓冲能力、微生物载体作用和强化电子传递等,在此基础上提出了今后生物炭强化有机废弃物厌氧发酵技术的重点研究内容和方向,为开发厌氧发酵强化技术提供指导。     

我国生物炭基肥生产工艺与设备研究进展

炭基肥作为一种新型绿色环保肥料,其生产工艺及加工设备大多还在沿用有机肥生产的工艺与设备。介绍了目前生物炭基肥的生产工艺及设备研究进展,重点对国内炭基肥造粒配方及工艺进行了总结、归纳分析,并对主要的炭基肥造粒设备进行了分析,在分析造粒设备工作原理、技术参数、造粒工艺及其主要影响因素的基础上,指明了炭基肥造粒设备的研发方向。     

秸秆固体成型燃料与颗粒饲料的对比

中国农作物秸秆资源丰富,为研究剩余秸秆的能源和饲料2种转化利用途径,对秸秆固体成型燃料和颗粒饲料性能和用途、加工原料和工艺过程等进行对比研究。结果表明,秸秆固体成型燃料和颗粒饲料的原料成分、工艺路线和工况均不同,对成型设备的磨损不同,秸秆固体成型燃料的生产工艺路线较短,工况较复杂,关键部件达不到设计使用寿命,增加了维修成本。为缩短秸秆固体燃料成型机设计周期,可借鉴颗粒饲料使用的环模式成型机的成型原理进行结构和部件的优化。因此,颗粒饲料成型机不能直接生产秸秆固体成型燃料,需对关键部件加以改进,并建议秸秆分级利用以适应饲料和燃料的不同用途。     

生物质颗粒燃料短期储藏特性研究

中国不同地区气候不同,温湿度差异较大,生物质颗粒燃料在储藏过程中,会引起颗粒燃料的特性发生变化,从而对燃料的应用产生影响。针对玉米秸秆颗粒和木质颗粒两种燃料,采用密封和露天2种储藏形式,利用高低温湿热试验箱模拟不同温湿度条件,开展储藏试验。结果表明,生物质颗粒燃料在储藏过程中,影响颗粒燃料全水分的主要因素是温度、湿度和储藏方式;湿度大于70%,玉米秸秆颗粒燃料会出现长毛、发霉现象;木质颗粒燃料在高温、高湿条件时,会出现裂缝及发霉现象。     

生物质炭对不同pH值土壤矿质氮含量的影响

为了揭示生物质炭作为土壤调理剂添加后对土壤矿质氮形态、含量等土壤性质的影响,该研究利用芒草分别在350和700℃裂解制得生物质炭,发现2个温度尤其是700℃制得的生物质炭,对NH4+有很强的吸附能力,但对NO3-的吸附能力很弱。将生物质炭分别加入到酸性(pH值为3.8)和碱性(pH值为7.6)土壤中,25℃下室内培养180d。结果表明,生物质炭提高了土壤全氮含量,酸性和碱性土壤分别平均提高了22%和17%;但使土壤铵态氮含量大幅降低至接近仪器检测限水平;生物质炭对土壤硝态氮含量的影响因生物质炭和土壤类型而异。生物质炭对土壤矿质氮形态和含量的影响,显然与生物质炭对铵的吸附作用、提高土壤pH值、增强氨挥发损失,以及形成微生物量氮等密切相关。该研究可为开展生物质炭基氮素新型肥料及制剂等方面的科学研究提供参考。     

分离式两相厌氧发酵渗滤液回流对发酵过程影响

为研究分离式两相厌氧发酵工艺中渗滤液回流对其发酵过程的影响,在试验室对分离式两相工艺流程进行模拟,实现两相间渗滤液相互回流。比较分析渗滤液在喷淋和浸泡两种回流方式下的产气性能,重点分析两种回流方式下渗滤液pH值、挥发性脂肪酸总量及成分的变化以及其与产气量之间的关系,并计算出两种回流方式下的单位物料TS产气量,试验结果表明：分离式两相厌氧发酵工艺中,系统在渗滤液浸泡回流方式下稳定性更好,产气性能更佳,累计产气量是喷淋回流方式的2倍,其物料单位质量TS产气量可达217.88 mL/g。