尾菜批式中温发酵和高温发酵过程对比试验研究

尾菜的快速无害化处理已成为高原夏菜产业发展的“瓶颈”。针对目前尾菜规模化处理厂普遍存在厌氧发酵过程不稳定,而国内外缺少尾菜恒温发酵过程研究的现状,在0.56 m^(3)的恒温发酵罐中开展了尾菜批式中温发酵和高温发酵过程的对比试验,对比了两个过程中沼气产气量、氨氮量、pH值和溶解性总固体的变化过程,并用修正的Gompertz方程分析了恒温厌氧发酵产甲烷过程,研究结果表明:在接种量30%、总固体含量(Total Solid,TS)2.2%的30天批式发酵过程中,中温发酵过程和高温发酵过程均可稳定进行,与修正的Gompertz方程拟合结果吻合度R^(2)均大于0.99。高温组累积产气量、产甲烷量分别为3939 L、2034.2 L,比中温组分别高出11.3%和15.5%,同时高温组甲烷体积分数达到50%的时间较中温组提前了3 d;中高温两试验组对应的最低pH值分别为6.66和6.52,后期均逐渐升高并稳定在7.30左右;两试验组氨氮浓度呈前期快速上升后持续上下浮动趋势,整体高温组大于中温组。试验研究为使用恒温厌氧发酵稳定快速无害化、规模化处理尾菜提供了借鉴和参考。

尾菜集约化处理系统的运行状况及优化分析

为探究大量未经科学化处理的尾菜污染环境及资源浪费问题的有效解决方法,以甘肃省兰州市某尾菜处理和循环利用系统工程为案例,对现行尾菜集约化处理模式下系统的运行现状进行分析。结果表明:该系统在2022年运行期间共处理尾菜48351.72 t,折合尾菜产气能力为10.85 m^(3)/t,达标废水排放量共计48646 m^(3),产沼渣共计3901.5 t,处理成本达到86.78元/t;系统在运行过程中对尾菜的可回收资源利用不充分,未实现完全无害化,整体存在效率低、能耗高和运行成本高等问题。针对现行系统存在的问题分析其原因并提出系统运行的优化方案,为尾菜集约化处理模式的工艺优化提供一定依据,对尾菜资源化利用的持续健康发展有重要意义。

基于多种可再生能源的多联产系统优化配置研究

为提升基于多种可再生能源的多联产系统整体性能,合理的容量配置至关重要.针对基于太阳能、生物质能和空气能的多联产系统,以一次能源节约率最大化、费用年值节约率最大化和二氧化碳减排率最大化作为优化目标,以光伏光热一体化组件、内燃机、空气源热泵的容量为决策变量,采用改进的多目标遗传算法,利用优劣解距离法求解系统最优容量配置.同时,通过算例验证优化模型的可行性,并研究系统经济性能对成本参数的敏感性.结果表明,优化方案在能源、经济、环境各方面都表现出很好的性能,系统的一次能源节约率为29.07%,费用年值节约率为58.15%,二氧化碳减排率为54.30%,且厌氧发酵环节的成本参数对系统经济性能影响较大.

多种可再生能源互补的多联产系统性能研究

为了在满足乡村多层次用能需求的同时实现乡村生态环境的可持续发展,以甘肃省兰州市50户新农村建筑为研究对象,构建了一个由生物质能、太阳能及空气能互补的冷热电气肥多联产系统。分析了系统的运行性能,并从能源、经济和环境3个方面与传统分供系统进行比较,最后分析了各经济参数对系统经济性能的影响。结果表明:相对于传统分供系统,该系统的一次能源节约率为34.25%,费用年值节约率为48.82%,CO_(2)减排率为76.79%;动态资本回收期为6.08 a,而沼液价格是影响最大的经济参数。研究结果说明了多联产系统在农村的可行性,对农村可再生能源的高效利用和环境保护有一定的参考价值。

颗粒大小对蔬菜废弃物厌氧发酵过程的影响研究

蔬菜流通环节产生的大量蔬菜废弃物(即尾菜)亟需无害化处理,然而现有尾菜规模化处理采用的“破碎+压榨+厌氧/好氧”处理工艺易出现厌氧发酵酸化问题。为了破解此问题,在分析现有尾菜规模化处理工艺中发现破碎过细是造成厌氧发酵酸化的主要原因,因以尾菜为主要原料的厌氧发酵,常因为其水解过快,体系内有机酸过度积累出现酸化现象,导致产气失败。为了进一步研究颗粒大小对尾菜厌氧发酵过程的影响,提高其能源利用率,文章选取白菜作为试验底物,比较了高有机负荷下不同颗粒大小白菜(2 cm见方小块、完整叶片、1/4棵)对产沼气性能的影响。结果表明:较小颗粒大小会导致出现酸化现象。颗粒大小为整片和1/4棵条件下累积产气量分别为68.1 L、69.2 L,发酵过程处于稳定状态;颗粒大小为2 cm小块试验组出现酸化产气停止,各基础指标出现停滞或累积现象。试验可为尾菜规模化快速处理提供数据参考。

寒冷地区户用大平板太阳能集热器-空气源热泵系统性能研究

针对太阳能难以单独稳定供暖和空气源热泵供暖成本高的问题,提出空气源热泵辅助太阳能稳定供暖构想,在甘肃省兰州市七里河区魏岭乡绿化村研发搭建大平板太阳能集热器-空气源热泵系统,对比研究晴天、多云和阴天3种典型工况下大平板太阳能集热器的集热效率、太阳能热泵和空气源热泵COP、太阳能保证率、系统总供热量和系统能效比等性能参数。结果表明:晴天、多云和阴天系统集热效率分别为44.9%、38.7%和20.6%,3种工况下太阳能热泵COP均为4.0,空气源热泵COP分别为3.5、3.3和3.1,太阳能保证率分别为38.1%、32.3%和12.9%,系统全天供热量分别为142.52、135.22和120.96 kWh,系统能效比分别为3.5、3.4和2.7。研究结果证明大平板太阳能集热器-空气源热泵系统用于寒冷地区单体建筑供暖的可行性,可为寒冷地区农村单体建筑的供暖提供一种新途径。

采用变回水温度控制策略的空气源热泵空调系统研究

为了提高空气源热泵空调系统运行性能,研究了一套采用变回水温度控制策略的空气源热泵机组的制冷性能。实验研究表明,变回水温度工况可满足室内冷负荷需求。与传统采用定12℃回水温度的空气源热泵空调系统相比,COP更高,耗电量更小,是一种高效节能的空气源热泵空调系统控制方法。此外,所建立的Dymola模型从理论上验证了实验结果,在此基础上模拟实际空调系统的能耗,模拟结果表明,COP由3.99提高至4.39,提高了10%。

尿素和草木灰对生物质恒温厌氧发酵兼好氧处理过程的影响

为了研究添加物对混合原料恒温厌氧和好氧发酵过程的影响,实现生物质向沼气和沼肥的快速转化,先在3个分别无添加、添加质量浓度1 g/L尿素和1 g/L草木灰的0.56 m^(3)恒温发酵装置中进行了牛粪和番茄茎叶VS(Volatile Solid)比例1:1、TS(Total Solid)为8%、发酵温度(26±2)℃、为期54 d的恒温批式厌氧发酵,并将剩余沼液进行(30±1)℃、12 L/min、为期8 h的好氧曝气处理,对比分析不同添加物的厌氧发酵及沼液好氧处理组合对装置产气和产肥性能的影响。结果表明:厌氧发酵阶段,反应前28d各添加物对系统产沼气及合成甲烷的促进作用显著,且尿素组效果最好,累计产气量、累计产甲烷量分别为4917、1746.4 L,较空白组提高91%、128.7%,较草木灰组提高12.6%、69.4%,同时尿素组甲烷体积分数达到50%以及达到系统总产气量80%即5346 L的时间均较空白组提前了5 d,但全周期空白组累计产气量和累计产甲烷量均高于其他2组;好氧处理阶段,空白组、草木灰组和尿素组沼液完全腐熟的最快时间分别为第1小时、第4小时、第1小时,此时GI(Germination Index)分别为98%、124.5%、100.4%,TDS(Total Dissolved Solid)分别为5670、5350、7010 mg/L,NH_(4)^(+)-N分别为734.4、538.1、862.1 mg/L,尿素组沼液生物有效性最好。综上,尿素组系统中前期的产气效率最佳、产肥品质最优,但与复混液体肥料标准相比仍需补充养分,或浓缩处理。该研究为提高沼气产气效率、沼肥品质提供参考。

牛粪中温厌氧干发酵过程中的流变特性及产气特性研究

为揭示牛粪在中温干发酵过程中流变特性和产气特性随厌氧消化进行的变化机理,同时对流变特性和产气特性之间的影响机理进行了分析,为实际沼气工程提高产气量及合理选择运行策略提供参考。通过自制的恒温厌氧发酵装置对初始总固体质量分数分别为8%、15%、20%和22%的牛粪进行了中温(37℃±1℃)厌氧发酵,并使用在线振动式粘度计研究了其表观粘度变化情况。结果表明:在厌氧发酵过程中,牛粪的总固体质量越大,表观粘度越大,表观粘度随着厌氧消化时间的增加而减小,8%、15%、20%和22%的牛粪表观粘度的最大值分别是1.16 mPa·s、10.07 mPa·s、70.93 mPa·s和95.78 mPa·s;累计产气量和累计产甲烷量与初始固体质量成正比;溶解性化学需氧量(SCOD)和挥发性脂肪酸(VFAs)含量随着厌氧消化时间的增加先增大后减小;氨氮含量随初始总固体质量增加而增大,且随着厌氧消化时间的增加而增大后趋于稳定。研究结果可用于指导禽畜粪便中温沼气工程提高发酵效率。

寒冷地区空气源热泵辅助太阳能热水器供暖性能

为提高太阳能热水器供暖的稳定性并大幅降低空气源热泵供暖的成本,提出空气源热泵辅助太阳能真空管热水器供暖构想,在甘肃省兰州市七里河区魏岭乡绿化村搭建空气源热泵辅助太阳能热水器供暖试验系统,详细研究了晴天、阴天及多云3种典型工况下系统的集热效率、热泵性能系数、系统太阳能保证率和系统能效比等.研究结果表明,晴天、阴天及多云工况下太阳能集热器有效得热量分别为75.5、4.1和49.2 kW·h,集热效率分别为61.3%、26.6%、55.2%,太阳能热泵平均性能系数(COP)分别为3.6、3.4、3.6,空气源热泵平均COP分别为0、2.9、3.1,系统实际供热量分别为113.4、125.9和124.8 kW·h,系统耗电量分别为33.4、50.5和42.7 kW·h,系统太阳能保证率分别为66.6%、3.3%、39.4%,系统能效比分别为3.4,2.5,2.9.研究证明了太阳能真空管集热器-空气源热泵系统用于寒冷地区供暖的可行性,为寒冷地区供暖提供了一种新途径.

寒冷地区不同过流断面MHP-PV/T冬季性能研究

为研究寒冷地区不同过流断面平板微热管光伏光热一体化组件(MHP-PV/T)冬季运行性能,对2组MHP-PV/T组件在45°安装倾角下进行性能测试,对比2022年1月1—2日系统光电、光热和综合性能。结果表明:在室外平均环境温度0.5℃条件下,矩形过流断面平板微热管PV/T(R-MHP-PV/T)系统平均光电效率12.1%、光电功率140.6 W、光热效率12.2%、光热功率161.7 W、总能功率321.1 W、总能效率约24.6%,总能收益2.31 kWh;梯形过流断面平板微热管PV/T(T-MHP-PV/T)系统平均光电效率12.0%、光电功率140.4 W、光热效率约8.6%、光热功率114.6 W、总能功率278.4 W、总能效率约20.9%,总能收益2.11 kWh。填充工质为R141b、充液率25%的矩形和梯形过流断面MHP-PV/T系统在寒冷地区冬季室外可启动并正常工作,R-MHP-PV/T系统综合性能优于T-MHP-PV/T系统。

添加凹凸棒黏土对生物质固体成型燃料抗结渣性的影响

针对当前生物质固体成型燃料抗结渣剂成本高、抗结渣效果差等实际问题,该研究采用凹土作为天然复合添加剂,制备了凹土添加量为0~7%的生物质固体成型燃料,并对其进行了工业分析及高位热值测定。燃烧生物质固体成型燃料获得灰样,采用高速相机采集灰样宏观形貌,采用扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对灰样微观形貌进行分析。最后借助X荧光(X-ray Fluorescence,XRF)、X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)对生物质灰成分进行确定,以分析凹土抗结渣机理。结果表明,凹土添加量为3%以下时,热值下降速度较小,但灰分随凹土添加量增大而增加较快。由宏观形貌和微观形貌谱图发现,凹土可以极好地提升生物质固体成型燃料抗结渣性,这主要是因为添加凹土后,凹土改变了K的迁移途径,生成了更多KAlSiO_(4)、KAlSi_(2)O_(6)、Ca_(2)Mg(Si_(2)O_(7))等高熔点的复盐。该研究可为解决生物质固体成型燃料行业缺乏高效低成本抗结渣剂问题提供良好解决方案。

冬季日光温室外MHP-PV/T遮阴性能研究

针对冬季日光温室通风口降温热量损失大的问题,提出了PV/T遮阴降温的设想,并在兰州某地日光温室外搭建了MHP-PV/T试验系统,详细分析了冬至前后三天日光温室外45°安装倾角时MHP-PV/T系统的光电性能、光热性能和综合性能。研究结果表明:三天内MHP-PV/T系统平均光电效率约为0.083,光电功率约为83.9 W,光热效率为0.161,光热功率约为119.3 W,总能功率约为203.3 W,总能效率约为0.379,累积总能收益约为1.42 kW·h。研究结果证明了MHP-PV/T装置用于寒冷地区冬季日光温室遮阴降温的可行性,为寒冷地区冬季日光温室遮阴降温提供了一种新途径。