沼气工程技术在滇东北农村生态环境治理中的应用

在乡村振兴背景下,滇东北地区农村生态环境问题是当下农村发展中亟须解决的问题。沼肥作为一种优质的有机肥,可以有效缓解化肥、农药过量施用造成的农业面源污染问题。本文分析了滇东北农村生态环境存在的主要问题,综合利用沼气工程技术的优势,提出农村生态环境治理对策,并对沼肥种植技术的综合效益进行了分析,以期为农村地区合理利用资源、整治环境污染、促进绿色发展、优化生态环境提供参考。

云南省果林修剪枝条资源评估及生物质能潜力分析

以2010—2020年果林修剪枝条及45个水果种植(柑橘、石榴、苹果、梨和葡萄)主要优势县(市、区)为研究对象,利用果林修剪系数及折标煤系数,测算云南省果林修剪资源量,估算生物质燃料潜力,解析其时空分布特征。结果表明:2010—2020年云南省果林修剪枝条资源总量呈上升趋势,枝条年均修剪用量为152.27万t,不同区域之间果林修剪枝条资源量差异明显;2020年云南省果林修剪枝条资源量为261.75万t,其中超10万t的县(市、区)6个,5万~10万t的县(市、区)份有8个,低于5万t的有31个;将枝条制成颗粒燃料折算成标准煤,年均量为91.80万t,标准煤折算成天然气和发电量,年均量分别为69.03亿m^(3)和74.72亿kW·h,其产生的年均潜在价值为41.84亿元。云南省果林修剪枝条能源化潜力巨大,发展生物质燃料的资源禀赋条件优异,具备产业化发展生物质颗粒燃料的资源基础。

农村能源与信息技术研究现状与展望

农村地区作为全球能源消耗的重要组成部分,面临着能源供应不足、能源利用低效以及环境污染等挑战。为了解决这些问题并推动农村地区的可持续发展,农村能源技术的发展逐渐成为关注的焦点。本研究在介绍农村能源利用现状的基础上,从对农村能源供应不足、利用率低、对传统能源依赖以及造成的环境污染4个方面分析农村能源存在的问题,介绍了农村能源与信息技术相结合取得的进展。最后,从制定全面的政策框架以及建立合作机制,加强基础设施建设以及监管和政策执行,促进绿色能源、数字化农业等方面提出了相应的政策建议,并从发展可再生能源技术、进行能源整合、开发智能能源管理系统等方面推动农村能源与信息技术全面、健康和可持续发展展望了能源信息技术对农村地区发展的积极影响。

云南省特色作物秸秆资源产量及区域分布利用模式研究

为提高云南省秸秆资源化利用,促进农业绿色低碳发展,该文采用草谷比法分别对2017—2021年全国和云南省农作物秸秆资源量进行了测算,分析探讨云南省秸秆资源化利用现状及其问题,依据区域分布对云南省特色作物(甘蔗和烟草)秸秆资源进行分析,并提出相应利用模式。结果表明,2017—2021年云南省秸秆产量总体呈现逐年增长趋势,其中玉米秸秆产量最多,约占全省秸秆产量26%;特色作物烟草秸秆产量从2017年的59.57万t增加到2021年的60.14万t,增幅约为0.95%;甘蔗秸秆产量从2017年的651.92万t增加到2021年681.08万t,增幅约为4.47%。2021年云南省的甘蔗秸秆产量约占全国甘蔗产量的14.85%,烟草秸秆产量约占全国烟草秸秆产量41.91%。针对云南省特色作物秸秆的利用现状及其问题,提出因地制宜、分布利用的处理模式,以及发展和完善县域(村-镇收集,县域处理成品)收储运及处理利用体系。

4种生长环境的巨菌草沼气发酵产气特性研究

巨菌草是一种优质高产的作物,用来发酵产沼气的潜力巨大。分别以阳台、焦地、水地和旱地4种生长环境下的巨菌草为研究对象进行厌氧消化。在中温(35℃±1℃)的条件下,采用批量式发酵工艺,对其产气特性和有机质含量变化与厌氧消化之间的关系进行分析。试验结果表明:巨菌草是一种较佳的发酵原料,阳台、焦地、水地和旱地巨菌草的原料产气率分别为616 mL·g^(-1)、680 mL·g^(-1)、769 mL·g^(-1)和643 mL·g^(-1);TS产气率分别为734 mL·g^(-1)、748 mL·g^(-1)、836 mL·g^(-1)和699 mL·g^(-1);VS产气率分别为816 mL·g^(-1)、901 mL·g^(-1)、1032 mL·g^(-1)和813 mL·g^(-1);将纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白、粗脂肪、总糖、低聚糖、还原糖和淀粉在整个发酵周期中的降解情况与产气潜力进行对比可知,有机质和糖类含量的变化对厌氧消化产气性能的影响较大,提高有机质去除率可以改善原料的厌氧消化产气性能。对4个实验组的巨菌草累积产气量曲线运用一级动力学Modified Gomepertz方程进行拟合,分析出4种不同生长环境原料消化周期中的产沼气规律,得出实验组的实际累积产气量均接近于理论累积产气量。试验结果对巨菌草的工程应用与筛选巨菌草作为沼气发酵原料和缓解今后的能源紧缺具有重要意义。

甜高粱发酵产沼气的试验研究

为了探究甜高粱厌氧消化产沼气的潜力,采用批量发酵工艺,在恒温(30±0.2)℃的条件下,进行了甜高粱茎秆和甜高粱穗的沼气发酵试验。结果表明,甜高粱茎秆和穗的发酵周期分别为36、40 d;实际工程中,甜高粱发酵产沼气的水力滞留时间(HRT)可设计为22 d。甜高粱茎秆的TS产气率、VS产气率分别为583、618mL·g^(-1);甜高粱穗的TS产气率、VS产气率分别为899、950 mL·g^(-1)。

CSTR处理低浓度豆腐废水的启动研究

为探究全混合式(CSTR)反应器处理豆腐废水的启动实验,在常温条件下对自行设计的CSTR反应器进行了相关实验。结果表明:在启动后的运行时间30 d后,进水COD为3500 mg·L^(-1),水力滞留时间为10 d,COD去除率达到了99.51%,池容产气率达到了0.46 L·L^(-1)d^(-1),甲烷的质量分数达到60.69%。所以,对CSTR高效厌氧反应器的低浓度废水启动方式是可行的,对原豆腐废料的降解方式也是可行的,为今后对CSTR高效厌氧反应器的设计应用提供了一种新型启动方式。

蔬菜废弃物厌氧消化中搅拌工艺优化的研究

为了优化蔬菜废弃物厌氧消化工艺,以白菜的废弃物为原料,采用批量厌氧消化工艺,设置不同搅拌频率(静置、间歇搅拌、连续搅拌)的3个实验组,在35℃±1℃的条件下厌氧消化。实验证明:间歇搅拌组累计产气量最多,能源产出指数最高,搅拌效果较好。证明间歇搅拌能同时平衡搅拌效果和经济性;间歇搅拌可防止沉淀、泡沫、结壳或浮层的形成,并促进沼气从基质中释放。这一结果可为蔬菜废弃物厌氧消化工程的搅拌工艺优化提供参考。

基于CiteSpace的蓝藻厌氧处理研究文献计量和可视化分析

采用CiteSpace软件对近22年来中国知网(China national knowledge infrastructure,CNKI)和Web of Science(WOS)数据库中收录的有关蓝藻厌氧处理方向的文献,进行了年度发文量、作者、机构、国家、关键词共现、突现、聚类等可视化分析。通过人工剔除不相关文献,共筛选出339篇有效文献。蓝藻厌氧处理研究从2007年开始,但近几年学者对该领域关注度不高,该领域进入新的瓶颈期。其中,中国和美国学者是此领域重要的研究力量。中国是发文量最多的国家,中国科学院是发文量最多的机构;研究热点集中于蓝藻的厌氧消化、产沼气潜力、资源化利用、预处理、藻毒素的降解、与其他物质共消化以及用微藻为原料生产可再生能源。认为在双碳目标的大背景下,蓝藻厌氧处理有广阔的发展前景,厌氧发酵产酸很可能成为新的研究热点。通过可视化的方式解析了蓝藻厌氧处理研究发展态势,提出了未来重点研究方向,可为水体富营养化控制与可持续发展的提供重要的理论基础。

改进型CSTR处理豆腐废水的实验研究

采用改进型连续搅拌釜反应器(CSTR)在35℃下对豆腐废水进行了厌氧消化,设置水力滞留时间(HRT)分别为26、17、13 d和8 d,探究不同有机负荷下豆腐废水的厌氧消化特性.结果表明:日产气量随着HRT的缩短而增加,平均甲烷含量在HRT为26 d达到51.06%后,随着反应的进行最后升高至56.00%.

膨胀颗粒污泥床厌氧反应器原废水循环启动的实验研究

在室温条件下,以水葫芦汁液为废水来源,对自行设计的膨胀颗粒污泥床(EGSB)厌氧反应器进行原废水循环启动实验。结果表明:在启动运行65d后,进水有机负荷可以达到7kg/(m^3·d)左右,COD去除率达到90%以上,容积产气率达到1.35m^3/(m^3·d),甲烷体积分数达到61%,颗粒污泥粒径达到2~4mm。因此,EGSB厌氧反应器的原废水循环启动方式是可行的,对水葫芦汁液的降解是高效的,为EGSB厌氧反应器的工程应用提供一种新的启动方式,也为水葫芦汁液的能源化利用提供了一套高效、节能的厌氧发酵装置。

蒸汽爆破玉米秸秆厌氧消化产气特性研究

采用批量式厌氧反应装置,在中温(35±1)℃的条件下,探究蒸汽爆破处理后玉米秸秆厌氧消化产气特性.结果表明:在接种物量为30%的情况下,累积产气量为2239 mL,原料产气率为361 mL/g,TS产气率为393 mL/g,VS产气率为519 mL/g,水力滞留时间为18 d.

中温条件下不同有机负荷木瓜皮的产气潜力和动力学研究

利用厌氧消化法探究不同有机负荷(TS=3.5%,4%,5%,6%)木瓜皮的产气情况.结果表明,木瓜皮厌氧消化反应持续60 d,每个实验组至少有两个产气和产甲烷峰值.4%TS组的累积产气量为4600 mL,在四组有机负荷中最高;5%TS组的累积甲烷产量最高,为2221.43 mL;但6%TS组几乎不产甲烷,表明木瓜皮的厌氧消化处理在消化TS为6%时过载.使用Modified Gompertz模型拟合发现,5%TS组的产气和产甲烷潜力最高且滞留时间较短.尽管3.5%TS组的累积产气量和累积产甲烷量最低,但其VS产气率和VS产甲烷率最高;随着有机负荷的增加,VS产气率和VS产甲烷率呈下降趋势,表明随有机负荷的增加,由于接种比的降低对厌氧消化有一定的抑制.

玉米秸秆厌氧消化产气特性研究

为了探究不同地区玉米秸秆在厌氧消化过程中的产气特性,文章以吉林省的玉米秸秆为发酵原料,采用实验室自制的批量式发酵装置,在恒温35℃±1℃的条件下,对其产气特性及木质纤维素含量变化与厌氧消化之间的关系进行分析,并与云南省的玉米秸秆厌氧发酵情况进行对比。结果表明:吉林省玉米秸秆的产气潜力要低于云南省玉米秸秆,但吉林省玉米秸秆的产甲烷潜力要高于云南省玉米秸秆;两种玉米秸秆发酵前后的有机质含量均发生变化,且产气潜力与半纤维素含量变化呈正相关,与木质素含量变化呈负相关;吉林省玉米秸秆的粗脂肪和粗蛋白降解率要低于云南省玉米秸秆,但吉林省玉米秸秆的能源转化率要高于云南省玉米秸秆。该试验结果不仅阐明了玉米秸秆的主要组成成分与厌氧消化性能间的关系,同时也对玉米秸秆厌氧消化的合理开发和生物能源化利用提供依据。

2种原料中温发酵产气特性和有机质的变化研究

玉米芯和糠醛渣均可作为沼气发酵的原料,二者的原料产气率分别为613,412 mL·g^(-1);TS产气率分别为681,457 mL·g^(-1);VS产气率分别为695,571 mL·g^(-1).两种原料发酵前后的有机质含量均发生变化,其中玉米芯中纤维素和糠醛渣中的木质素降解率最高,分别为93.79%,87.19%,降解率最低的为粗蛋白,糠醛渣的粗蛋白降解率只有2%;发酵前后料液中的总糖、还原糖和淀粉含量的变化均高于发酵前,而低聚糖含量的变化均低于发酵前;将累积产气量曲线运用一级动力学Modified Gomepertz方程进行拟合,分析2种原料消化周期中的产沼气规律.该试验结果为玉米芯和糠醛渣厌氧消化的工程应用和生物能源化开发提供研究理论和技术支撑.

肥料厂废水厌氧消化产气潜力研究

以某肥料厂废水为原料,在(35±1)℃,接种物为120 mL的条件下,探究不同废水添加量对厌氧消化产气影响.结果表明,废水添加量为210 mL和280 mL时厌氧消化产气被抑制;而废水添加量分别为70 mL和140 mL时厌氧消化产气正常,累积沼气产量分别为1490 mL和4200 mL,平均甲烷含量分别为54.75%和54.69%,累积产甲烷量分别为842.89 mL和2291.56 mL.

不同接种量对芥菜渣厌氧消化产气的影响研究

采用批量式厌氧反应装置,在(35±1)℃下,探究不同接种物量对芥菜渣厌氧消化产气产甲烷的影响.结果表明,接种物量为50%的试验组累积产气量为1998.33 mL,TS产气率为987.06 mL/g,相比接种量为35%的试验组分别高出86.15%和93.32%,相比接种量为20%的试验组分别高出99.42%和99.81%;同时,接种物量为50%的试验组所产气体甲烷含量明显高于其他两组.

超声波辅助[L-Glu]HSO_(4)离子液体催化油酸和月桂酸的酯化研究

在超声波辅助下,以[L-Glu]HSO_(4)离子液体作为催化剂,探究了超声波频率、超声波功率、离子液体用量、醇酸物质的量之比和反应时间对油酸与月桂酸酯化反应的影响.结果表明:在超声波频率为35 kHz,功率为450 W,醇酸物质的量之比为7∶1条件下,当离子液体用量为油酸质量的7.5%,反应时间为21 h时,油酸的转化率达到85.84%;当离子液体用量为月桂酸质量的17.5%,反应时间为18 h时,月桂酸转化率达到92.63%.

吉林省主要农作物秸秆空间分布特征及沼气潜力分析

基于吉林省主要农作物水稻、玉米、薯类、大豆、油料作物的产量,本文利用草谷比系数和可收集系数分区域估算不同种类的农作物秸秆资源量,以未被利用的秸秆资源量为原料,计算秸秆资源的沼气利用潜力。结果表明,2020年吉林省主要农作物秸秆理论资源量为6522.51万t,可收集资源量为5393.73万t,中部地区秸秆资源较多,东南地区较少,其中长春市秸秆资源最多。吉林省未被利用的玉米、水稻秸秆资源为1291.29万t,折合标煤667.30万t,通过沼气工程处置,产沼气潜力为40.16亿~58.67亿m^(3),折合标煤343.52万~502.00万t,可以减排二氧化碳913.76万~1335.32万t,能源转化率可达51.48%~75.24%;如果全部用于发电,发电潜力为72.27亿~129.08亿kW·h。产沼气潜力最大的地区是松原市,为8.83亿~12.96亿m^(3),发电潜力为15.89亿~28.51亿kW·h。通过分析农作物秸秆资源量及空间特征,估算不同地区农作物秸秆的沼气潜力,对吉林省农作物秸秆的合理利用及沼气工程建设发展具有非常重要而深远的意义。

蔬菜废弃物沼液对土壤性质和生菜品质的影响

比较了不同比例的蔬菜废弃物沼液配施化肥对土壤性质和生菜品质的影响.结果表明:施用沼液后土壤的孔隙率、总氮含量、有机质含量、速效磷、速效钾和pH均升高,提升的幅度大体上随沼液用量的增大而增大;蔬菜废弃物沼液能增加生菜的鲜重,同时可以使生菜的总糖、还原糖和维生素C含量增加,沼液与化肥配施比单独施加沼液的效果好.