生物质能利用与农业生态环境关系探讨

本文从农业生产与能源的关系角度论述了人类在不同的历史时期从事农业生产对生态环境的影响,并探讨了生物质能的利用在改善农业生态环境方面的作用,重点介绍了中国在生物质压缩成型技术领域的研究、应用及其在促进农业生态环境方面的作用。

淀粉类餐厨垃圾化学转化制备高值化学品

餐厨垃圾是城市垃圾的主要组成部分,同时具有危害性与资源性双重属性。工业化餐厨垃圾处理方法主要以填埋、焚烧发电和厌氧发酵为主,高值化利用方法和技术仍然欠缺,严重制约了餐厨垃圾的资源化发展。本工作首先介绍了淀粉类餐厨垃圾的特性、现有处理技术及预处理方法,并对当前技术手段的优劣进行阐述。最后,介绍了淀粉类餐厨垃圾制备葡萄糖、5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸(酯)、γ-戊内酯和乳酸(酯)等高附加值化学品的方法和反应机理,归纳并总结了化学法催化淀粉类餐厨垃圾转化制备高附加值化学品依旧存在的问题与不足。尽管如此,化学转化法是实现淀粉类餐厨垃圾绿色、资源化利用的有效手段之一。

秸秆成型燃料生产应用的关键问题探讨

秸秆成型燃料(strawdensificationbriquettingfuel,SDBF)的研究在中国已有二十多年的历史,但中国SDBF现有的年产量仅有十多万吨,是中国原料年产量的万分之一,是世界年产量的2.5%,形成这种局面的主要原因是生产中的几个关键问题一直没有受到重视。通过十余年的潜心研究,作者认为:要在中国实现SDBF规模化生产,必须认真解决好四个问题:一是资源收集和储运的高成本问题;二是成型机快速磨损问题;三是燃烧设备中受热面飞灰沉积和腐蚀问题;四是原材料脱水问题。该文在分析SDBF成型机理和实际应用案例的基础上,对四个问题的影响因素和成因进行了探讨,提出了解决这些技术难题的办法和中国生物质成型燃料规模化发展的模式和建议。

生物质气化烤烟系统设计及节能与品质改善效果分析

针对传统间接换热式烤房存在的能源利用效率低 ,烤烟质量不易保证的问题 ,研究设计了一套以生物质燃气为能源 ,采用间接换热与直接换热相结合的方法进行烘烤的烤烟设备 ,通过这种改进 ,不但使烤烟房的效率有了较大幅度提高 ,而且由于直接换热过程中烟气所携带的 CO2 有助于提高烤烟的质量 ,加之温湿度自动控制系统的采用 ,使得烤烟质量得以保证。实验表明该系统节能及品质改善效果都较传统间接换热式烤房有显著提高 ,系统热效率达 5 8.3 % ,烟叶质量较对照传统烤房提高了 1个等级。

木质纤维素原料厌氧生物降解研究进展

分析了木质纤维素原料生物降解特性的分析,重点从两个方面介绍了利用这种原料进行厌氧生物降解产沼气的研究进展:原料预处理技术,包括物理处理、化学处理、生物处理以及热处理技术;厌氧发酵工艺,包括单相发酵和两相发酵工艺,以及混合原料发酵工艺,并简要探讨了木质纤维素原料厌氧生物降解进一步的研究和发展方向。

互花米草厌氧生物转化可行性分析与试验研究

针对互花米草这一广泛分布在中国海滩上的外来植物的资源化利用问题,通过对其生物结构的SEM观察,以及化学组成的测试分析,探讨了对其进行厌氧生物转化利用的可行性;同时,在35℃条件下采用批量发酵方式进行了厌氧发酵试验。结果表明:无论是从生物结构还是从化学组成来看,互花米草都具备作为厌氧发酵所需的基本条件,但其很高的Na元素含量(22683 mg/kg),以及高达58.45的C/N是其厌氧发酵面临的不利因素;互花米草可以顺利的进行厌氧发酵,试验条件下的原料产气率为251 mL/g TS,原料转化率为41.3%。因此,厌氧生物转化可以作为互花米草资源化利用的一条有效途径。

两种厌氧反应器培养颗粒污泥的对比试验

以养猪场废水作为试验用水，对在IC和UASB反应器内培养厌氧颗粒污泥的过程进行了对比试验，并对培养出的颗粒污泥的特性进行了对比分析。结果表明：经过54d培养，通过不同孔径的筛网进行测试，发现IC反应器内形成的颗粒污泥的直径多数在1～4mm之间，其中2～3mm的污泥质量占污泥总质量的比例最大，为28．5%，并且有大于5mm的颗粒污泥产生；而UASB内形成的颗粒污泥直径多数在1～3mm之间，其中1～2mm的污泥质量占污泥总质量的比例最大，为38．7％，且没有发现大于5mm的颗粒污泥。

赤子爱胜蚓处理鸡粪的试验研究

对“赤子爱胜蚓”处理鸡粪的试验研究结果表明:蚯蚓在堆肥7d以上鸡粪中的生长和繁殖情况均比干鸡粪中好;堆肥28d的饵料中,蚯蚓日增重倍数最高达0.08;堆肥35d的饵料中,蚯蚓日繁殖倍数最高达0.13。与饵料相比,蚓粪C/N值降低,NH4-N含量显著下降,而NO3-N含量显著升高。

IC反应器水力特性实验研究

利用模拟实验的方法,从水力学的角度对压力、沼气产率以及温度与反应器内循环水流量的关系进行了实验研究。研究表明,压力变化是影响内循环水流量的最主要因素;反应器产气率对循环水流量的作用也非常显著,而且在一定范围内,反应器的循环水流量随产气率成线性关系变化;温度对反应器循环水流量的影响相对比较复杂,且与产气速率有很大关系;摩擦力对内循环水流量存在一定程度的影响,在反应器设计过程中不能忽略该因素。

IC反应器基质降解动力学特性研究

依据对IC反应器有机物降解特性的分析,以及对其精细处理区和膨胀污泥床区水力流态分别作推流和全混流处理,基质降解速率与微生物浓度之间按一级反应处理的基础上,建立了IC反应器基质降解动力学理论模型。并根据80LIC反应器处理葡萄糖配水的试验结果,确定出了反应器在平均温度为33 3℃条件下污泥膨胀床区和精细处理区内基质降解动力学参数分别为K1=6 47×10-6L·mgVSS-1h-1,K2=0 341L·h-1。

秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料试验

针对秸秆压缩成型存在设备磨损严重和厌氧发酵面临的抗生物降解屏障,提出了一种秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料的思路并进行了试验研究。以玉米秸秆为原料,在总固体质量分数12%和中温38℃下对原料分别进行为期10和20d的厌氧发酵,发酵后的沼渣经粉碎和干燥后于100℃、6MPa条件下压缩成直径10mm的颗粒燃料。试验结果表明:经过10和20d的发酵,玉米秸秆所含能量仅有14.49%和32.01%转移到沼气中;沼渣弹筒发热量分别达到18.01和18.05MJ/kg,高于原料的17.02MJ/kg;沼渣挥发物质质量分数为74.08%和72.63%,比原料的81.02%分别下降了8.6%和10.4%;沼渣木质素质量分数为16.98%和17.92%,比原料的13.65%分别增加了24.4%和31.3%;沼渣苯醇抽提物质量分数为5.66%和4.86%,比原料的7.52%分别降低了24.7%和35.4%。成型试验结果表明:沼渣制成的成型燃料松弛密度分别为1.041g/cm3和1.150g/cm3,比未发酵秸秆的1.019g/cm3分别提高了2.2%和12.86%。厌氧发酵改性有助于提高秸秆成型性能、制粒达到相同松弛密度所需的压力较小,有助于降低成型过程设备磨损,且基于上述思路形成的气固二元燃料生产工艺,使秸秆的转化利用不再受制于抗降解屏障,值得深入研究。

厌氧发酵液杀灭蚜虫机理的试验研究

利用蚜虫作为试验对象,通过田间试验的方法,对厌氧发酵液的杀虫效果和杀虫机理进行了研究。研究结果表明,厌氧发酵液中具有杀虫作用的主要因子为NH4+离子,而发酵液中的微生物以及pH值对杀虫效果没有影响。

生态果园模式中“猪-沼-炕”单元研究与设计

根据中部地区生态果园运行需要,本文提出并设计了生态果园系统中的"猪-沼-炕"单元,详细介绍了该单元的工作原理、设计方法及运行效果,解决了以沼气为纽带的生态果园模式冬季运行效率低等问题。同时,对孟州示范基地的运行测试结果表明该单元模式在提高猪舍温度、促进猪的生长、增加沼气产率等方面均较普通的太阳能猪舍有较大幅度提高,成为适合中部地区应用的生态果园模式中较有特色的接口技术。

脱碳方式对沼气发酵甲烷原位富集的影响

甲烷原位富集是通过厌氧发酵直接制取生物天然气的一项技术,该技术通过将溶解在发酵液中的CO2持续脱除达到产出高甲烷含量沼气的目的,影响甲烷原位富集效果的关键是CO2的脱除方式。为了研究和探索适宜甲烷原位富集的脱碳方式,该文研究了空气吹脱、真空脱碳和超声波辅助空气吹脱3种脱碳方式对甲烷原位富集的影响。采用葡萄糖配制的人工废水为原料,在中温38℃条件下开展了厌氧发酵甲烷原位富集试验。结果表明,空气吹脱除碳方式下,发酵液日循环比率(daily recycle rates,DRR)为0.2和0.4 L/(L·d)时,所产沼气中甲烷平均体积分数分别达到了76.4%和78.3%,比对照组的65.4%分别提高了17%和20%;DRR为0.2 L/(L·d)空气吹脱组的累积甲烷产量与对照组相近,但DRR为0.4 L/(L·d)空气吹脱组累积甲烷产量比对照下降了15%,原因是吹脱提高了溶解氧含量并导致了抑制作用;在真空度0.1 MPa下真空脱碳组沼气甲烷体积分数比DRR为0.2 L/(L·d)的空气吹脱组下降了4.6%。超声波辅助空气吹脱试验结果表明,超声波可以加强CO2吹脱效果,在前3 min内其脱除CO2的速度比空气吹脱组提高了32%,同时经过21 min吹脱经其处理发酵液中游离态CO2的脱除量比单独空气吹脱组提高了29.8%。总之,控制空气吹脱携带溶解氧对厌氧发酵的抑制作用是甲烷原位富集工艺需重点考虑的因素,超声波对CO2空气吹脱能产生明显的促进作用,值得深入研究。

以沼气为纽带的生态高效庭院农业示范研究

本文针对我国人多地少，农户仅靠责任田增收空间受限的实际，把大农业的触角引向农家小院，以小庭院为舞台，沼气为纽带，绿色技术为支撑，把农户住宅、厨房、浴室、温室、屋顶、圈舍、厕所、鱼池、沼气池、花坛、草地、葡萄架等生活、生产设施巧妙、科学组合在一起，使之良性循环，持续发展，高效产出，年增收万元以上，为农民增产增收，尽快致富提供了一种新的模式。

中国生物能源利用的思考

在国际能源价格大幅度涨、跌的情况下,国内在如何对待生物能源的利用上出现了截然不同的态度,知识界的分歧更多,影响了国家和企业对生物能源研究的投资方向和信心,也出现了不少盲目性投资。该文在统一生物能源基本概念和计算方法的基础上,对中国生物资源的有限性,时效性,生物能源研究的阶段性,经济性等问题阐述了作者的观点,提出了正确对待生物能源的基本思路,对统一认识,合理布局,推进生物能源发展有重要参考价值。

牛粪与互花米草混合厌氧消化产沼气的试验

在中温(35℃)条件下,采用批式发酵方式,研究了牛粪对互花米草厌氧生物转化的影响以及牛粪与互花米草不同混合比例对互花米草厌氧生物转化的影响。试验设置了互花米草与牛粪VS(挥发性固体)比分别为7︰1(SC71)、3︰1(SC31)、1︰1(SC11)、1︰3(SC13)和1︰7(SC17)等5个处理。结果表明:混合发酵对系统产气有促进作用,日产气量稳定,产气高峰较单独发酵提前了13d,累积产气量提高了38.83%。牛粪与互花米草不同比例混合发酵的试验中,SC71、SC11、SC13和SC17的累积产气量分别为SC31的92.99%、79.00%、73.59%和61.17%;混合发酵提高了系统的缓冲能力,牛粪的比例越高,系统的缓冲能力越强,且不会出现有机酸的积累;X射线衍射谱图和傅里叶红外光谱的结果进一步证明,混合发酵促进了微生物对互花米草中有机物的分解,对纤维素结晶区的破坏有一定的促进作用。以互花米草与牛粪VS比3︰1的效果最好.

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-1VS,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。

玉米秸秆主要成分及热值的测定与分析

分别对15个玉米杂交种和22个亲本自交系秸秆的主要成分(纤维素、半纤维素、木质素)和热值进行了测定,分析了秸秆主要成分与热值的关系。结果表明:(1)反映玉米秸秆能量的主要指标是纤维素、木质素;(2)同一材料的热值及纤维素、木质素含量从上部到下部逐渐增多,半纤维素含量逐渐减少;(3)纤维素、木质素含量与热值呈正相关,即玉米秸秆的纤维素、木质素含量越多,热值越高。

互花米草厌氧发酵产沼气初步试验研究

互花米草是一种分布在潮间带的耐盐耐淹的优势高等植物,具有很高的生产力,每年高达3154.8g·dw·m-2以上,作为外来物种其生态入侵问题受到了广泛关注。为了对其进行资源化利用,采用35℃批量发酵的方式,研究了6%、10%和15%3个总固体(TS)浓度条件下其厌氧发酵产气特性,并且在TS浓度均设定为6%条件下,开展了辐照剂量为5kGy时γ-射线辐照预处理对其厌氧发酵产气效果的影响试验,以及互花米草与土豆按4∶1和6∶1(以TS计)配比时混合厌氧发酵试验。结果表明,3个TS浓度水平下互花米草都可以顺利进行厌氧发酵,γ-射线辐照处理使互花米草厌氧发酵累积产气量提高了9.1%,4∶1和6∶1的混合原料以及互花米草的产气率分别为293.4、263.4、228.9mL·g-1TS。