原位汽化固定床反应器设计与试验

生物油具有含氧量高、酸性强、稳定性差、热值低、成分复杂等缺点,为了对生物油进行提质处理,基于原位汽化策略设计了一种固定床反应器,采用浸渍法制备Ni基催化剂,以气体产率、碳转化率、氢气选择性为主要评价指标,探究3种废弃秸秆热解生物油的催化重整制氢效果。利用烟气分析仪检测的实时数据,计算出玉米、茄子、辣椒秸秆热解生物油的产氢率分别为38%、40%、33%;通过扫描电镜联合能谱(SEM)分析发现,表面碳沉积导致催化剂逐渐失活及催化重整制氢能力减弱。原位汽化固定床反应器设计合理、性能可靠,改进优化了生物油重整制氢生产工艺,提高了产氢效率,有利于生物质热解液化产物的高值利用。

增强型生态浮床填料筛选及工况优化

生态浮床作为一种经济、环保的黑臭水体处理工艺得到广泛应用,但其处理能力受制于植物根系深度及表面积。通过悬浮球、生物绳、弹性和组合填料分别与间种的粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)和西伯利亚鸢尾(Iris sibirica)植物构建生态浮床,探究不同填料对生态浮床效能的强化作用及微生物机制;并在优选填料的基础上进一步探究优选填料的最优添加工况及其强化下浮床对污染物去除的动力学模型。填料优选实验结果显示,生物绳填料对COD、氨氮和总磷的去除率最佳,分别为>99%、43.85%和14.03%;高通量测序分析显示,生物绳填料表面生物膜微生物丰富度最高、物种组成分布最均匀、微生物多样性最高,且生物绳填料可定向富集Flavobacterium、Exiguobacterium、Chryseobacterium、Microbacterium、Caulobacter等脱氮除磷相关功能菌。生物绳工况优化结果显示,修复轻度黑臭水体的最佳生物绳填料投加量为12.5 m/m^(3),其对COD、氨氮和总磷的去除率分别为96.4%、38.5%和56.6%;动力学模型拟合显示,一级动力学模型能更好地拟合生物绳强化生态浮床的氨氮及COD降解规律。

HPB工艺用于污水厂扩容提标的中试实验

山东某水厂因进水超标而造成减产,拟用HPB(High concentration powder carrier bio-fluidized bed)工艺提高水厂产量,故进行中试实验验证该技术的可行性及低温下对北方高浓度工业废水的处理结果。实验期间,中试装置进水水质与原水厂相同,结果表明:工况Ⅰ,在水力停留时间为25.84 h时(模拟厂区3×10^(4) m^(3)/d),中试系统COD去除率为96.3%,TN去除率为91.1%,NH_(3)-N去除率为96.0%,TP去除率为98.8%;工况Ⅱ,在水力停留时间为20.0 h时(模拟厂区4×10^(4) m^(3)/d),中试系统COD去除率为94.3%,TN去除率为93.4%,NH_(3)-N去除率为96.4%,TP去除率为98.4%;极限工况下,水力停留时间15.6~20.0 h(模拟厂区4~5.33×10^(4) m^(3)/d),中试系统COD去除率为94.5%,TN去除率为92.0%,NH_(3)-N去除率为96.8%,TP去除率为98.3%。在水力停留时间减半的情况下,中试装置出水仍接近甚至优于原厂区,稳定达到二沉池设计出水水质(COD<100 mg/L,ρ(NH_(3)-N)<1.5 mg/L,ρ(TN)<10mg/L,ρ(TP)<0.3 mg/L)。中试实验验证了北方低温下HPB用于该水厂提标扩容的可能性,为日后的生产性实验奠定基础。

UASB和MBR组合工艺处理生活垃圾焚烧发电厂渗滤液的研究

上升式厌氧污泥床(Upward Anaerobic Sludge Bed,UASB)和膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor,MBR)是目前较为流行的渗滤液处理技术,其组合工艺可有效处理渗滤液。生活垃圾焚烧发电厂可以综合运用两种技术,提升渗滤液处理能力,降低渗滤液对环境的危害。本文结合生活垃圾焚烧发电厂渗滤液产生量与设计进出水水质,设计渗滤液处理工艺,确定关键构筑物和设备参数,然后开展应用案例分析,验证渗滤液处理效果。经现场测试,UASB和MBR组合工艺可有效降低渗滤液的氨氮浓度,明显改善出水水质。

激光粉末床熔融成形仿生梯度多孔结构弯曲性能

梯度材料结构具有优异的力学性能和能量吸收性能,在航空航天、医学植入体、吸能结构等方面具有广阔的应用前景。通过模仿竹子梯度结构,提出了一种梯度极小曲面多孔结构设计方法,并基于该方法设计了线性梯度Gyroid结构和拓扑密度梯度Gyroid结构。利用激光粉末床熔融技术制备了上述多孔结构,并通过弯曲试验和数字图像相关技术对比研究了均匀结构与梯度结构的弯曲性能差异。研究结果表明,Gyroid均匀多孔结构的弯曲弹性模量与孔隙率呈现线性函数关系,且在80%~85%之间具有弯曲断裂临界孔隙率;而线性梯度多孔结构则具有类似竹子的非对称性弯曲行为,当孔隙率以70%→90%形式分布时具有最高的挠曲韧性且无弯曲断裂现象,而以90%→70%形式分布时则具有最高的弯曲强度,比80%Gyroid均匀结构弯曲强度高出36.08%;基于拓扑优化密度云的梯度Gyroid结构具有最优的弯曲弹性模量。本研究工作验证了孔隙率梯度分布模式会改变结构的弯曲变形和断裂模式,可以通过合理的梯度结构设计获得轻质高强抗弯结构。

煤/生物质基分级多孔炭制备工艺的优化与应用

为实现煤层气的高附加值利用,通过在煤中添加生物质和KOH合成一种煤/生物质基分级多孔炭,并将其应用于煤层气直接裂解制氢,从而获得高纯氢气和一定数量的碳材料。鉴于煤/生物质基分级多孔炭在制备过程中影响因素众多的问题,采用Design-Expert软件构建了制备煤/生物基分级多孔炭材料的实验方案,结合合成的多孔炭材料催化煤层气裂解制氢反应的实验数据进行了影响因素分析,建立了影响因素与反应转化率之间的拟合方程并对实验方案进行了优化。结果表明:温度和碱碳比是煤/生物质基分级多孔炭制备过程中的主要影响因素。优化得到的制备条件理论最优解与实验值之间的最大误差为3.3%,说明Design-Expert软件对制备过程的优化是准确且可靠的。与原煤炭材料相比,煤/生物质基分级多孔炭催化裂解煤层气具有较高的活性。前者反应后表面生成大量的碳球,而后者表面则生成大量的碳球和碳纤维。

内循环生物流化床工艺试验研究

考察了不同生物载体的挂膜特性,研究了气量、水量和固含率对内循环生物流化床流态的影响,并详细考察了水力停留时间HRT、容积负荷和空气量对载体挂膜的影响,分析挂膜成功后对废水COD的去除效果。结果表明:最佳载体为粒径1~2 mm的生物陶粒;最佳固含率为5%。反应器快速挂膜启动的最佳条件为:HRT 0.5~1 h,污泥质量浓度1 g·L^(-1),固含率2%~4%,气量0.2~0.4 m^(3)·h^(-1),容积负荷4~5 kg(COD)·m^(-3)·d^(-1);反应器运行稳定后,废水COD去除率可达80%以上。

MBBR工艺在难降解污水处理的应用研究

研究了使用MBBR的城市污水处理工艺的早期开发、已确立的应用和最新进展。概述了MBBR技术早期发展的主要驱动因素,以及MBBR工艺的原理及处理流程,分析了MBBR工艺的优势。介绍了常用生物载体的类型和特点,以及生物膜的形成和胞外聚合物(EPS)的作用。此外,还调查了MBBR工艺在处理生活污水、工业废水、河流治理及污水厂提标改造中的应用。紧凑的占地面积和高性能的碳和氮去除能力使MBBR成为小型分散设施或现有设施升级改造的重要选择。

发酵床垫料翻耙结合网床养殖改善鸭舍空气质量与鸭生产性能

为解决规模化肉鸭生产中粪污影响鸭健康和污染环境的问题,研发了一种发酵床结合网床架养新技术及其配套的可移动式网床下发酵床垫料翻耙系统,并研究了该模式在控制舍内气载微生物数量和提高鸭生产性能中的优势。结果显示：1）可移动式发酵床垫料翻耙系统实现不同发酵床体共用一台翻耙机。2）与发酵床平养相比,鸭26日龄之前未翻耙垫料时,发酵床网养舍内需氧菌总数（1.531×105 CFU/m3）和大肠杆菌数量（1.298×104 CFU/m3）显著升高（P〈0.05）;鸭27~34日龄时每4 d翻耙垫料,发酵床网养舍内需氧菌总数（2.304×105 CFU/m3）和金黄色葡萄球菌数量（1.353×105 CFU/m3）显著降低（P〈0.05）;鸭35~39日龄时每天翻耙垫料,发酵床网养舍内需氧菌总数（1.255×105 CFU/m3）和＂沙门＋志贺＂氏菌数量（14.13 CFU/m3）显著降低（P〈0.05）。3）在发酵床平养舍内,与每4 d翻耙1次垫料相比,每天翻耙1次垫料舍内需氧菌总数（2.688×105 CFU/m3）、大肠杆菌（2.038×104 CFU/m3）、金黄色葡萄球菌（8.90×104 CFU/m3）和＂沙门＋志贺＂氏菌（47.11 CFU/m3）数量显著（P〈0.05）降低,而在发酵床网养舍内,每天翻耙1次垫料舍内需氧菌总数（1.255×105 CFU/m3）和＂沙门＋志贺＂氏菌（14.13 CFU/m3）数量显著降低（P〈0.05）。4）与发酵床平养相比,发酵床网养增加鸭体质量（P〈0.05）,降低死亡率和上市淘汰率（P〈0.05）。结果表明研发的肉鸭养殖新模式能更好地减少舍内空气中病原菌浓度,改善鸭舍内空气环境,提高鸭生产性能。该研究为发酵床结合网床架养新模式在规模企业中推广应用提供技术支持。

蚯蚓生物床工程处理对牛粪性质的影响

利用蚯蚓处理有机固体废弃物比传统技术手段具有更明显的优越性,得到越来越广泛的关注。试验通过蚯蚓生物床工程处理牛粪,采用室内分析的方法研究处理前后性质变化特征。结果表明:牛粪经蚯蚓生物床处理后的通水性和透气性得到明显改善,易干燥,无臭气,含水率和电导率明显下降,pH值趋于中性。蚯蚓生物床工程处理使全氮和有机质含量下降,提高了铵态氮、硝态氮、全钾、全磷、有机磷、无机磷和速效磷的含量,降低了钾的生物有效性,对腐殖酸含量无明显影响。对Cr、Cd和Cu的去除效果较好,对Pb、Mn、Zn和Fe的去除效果不佳。蚯蚓生物床工程处理过程丰富了蚯蚓粪中微生物区系,增加了过氧化氢酶活性,降低了脲酶活性,使牛粪中的碳水化合物发生逐步分解,生成腐殖物质,同时使水溶性有机硅化合物分解为无机硅氧化物。

猪发酵床不同原料垫料重金属元素累积特性研究

2011年7月至10月,在江苏省农业科学院六合动物科学基地猪发酵床养殖场,选择两种不同垫料,一栋使用已饲养2批猪的木屑与稻壳并按比例添加部分木屑与稻壳为垫料,一栋以发酵猪粪、果树枝、菌糠及中药渣为主并配以少部分木屑为垫料,监测在育肥猪一个生长周期不同垫料内重金属Cu、Zn、As、Cr等的积累变化情况。结果表明,在一个养殖周期内,不同垫料内重金属元素As、Zn、Cr、Cu含量随时间增加而显著增加,Cu、Zn、Cr等元素在不同垫料内的积累差异显著;经过约一个养殖周期,发酵猪粪、果树枝、菌糠、中药渣垫料内As、Zn、Cu元素含量由浅层(0～20cm)到深层(20～40、40～60cm)呈降低趋势。以发酵猪粪为主的垫料内重金属元素含量均显著高于果树枝、菌糠、中药渣成分为主的垫料,其他材料为主的垫料对垫料内重金属元素积累影响则不明显。

发酵床垫料中有机质及氮素形态变化

通过测定发酵床养猪栏内0 - 20、〉20 - 40 cm垫料层和〉40 - 60、60 - 80 cm土层样品的含水率、pH值、不同形态氮素含量以及有机质含量等指标，研究垫料中氮素形态的转变及其对下层土壤一些理化指标的影响。结果表明，随着垫料使用时间的延长，垫料含水率和有机质含量均呈现持续降低趋势；由于猪粪尿的不断排放，垫料中全氮、碱解氮和硝态氮含量逐渐增加，而铵态氮含量和pH值均呈现先上升后降低趋势。在发酵床垫料的下层土壤中有机质和氮素含量呈升高趋势，因此在发酵床养殖方式下应采取必要的防渗措施以保护深层地下水土。

不同养猪模式的温室气体排放研究

为评价不同养猪模式温室气体排放情况,对南京六合发酵床和传统水泥地面猪舍温室气体排放情况进行试验测定。通过测定猪舍内空气中CH4、CO2、N2O浓度,根据二氧化碳平衡法原理,计算不同猪舍的温室气体排放通量。结果表明:发酵床舍内CH4、CO2、N2O的平均含量分别是传统猪舍的61.2%、78.6%、125.0%;其舍内CH4平均排放通量要低于传统猪舍,是其63.6%,而N2O和CO2平均排放通量分别是传统猪舍的10倍和1.4倍;考虑到传统猪场猪粪堆肥和化粪池后续管理过程中的温室气体排放,试验期间发酵床养猪模式每天每头猪排放的CO2当量的温室气体总量较传统养猪模式多26.3%,CO2是发酵床养猪过程中温室气体排放总量的主要贡献者,其次是N2O。

发酵床对舍内环境质量和肉番鸭生产性能的影响

旨在探究发酵床结合网床架养模式对舍内环境质量和肉番鸭生产性能的影响。本研究选择同批次30日龄番鸭6 000只,随机等份放入发酵床平养、网床架养和发酵床网养3种鸭舍。每隔10d分别在08:00、14:00和20:00时检测舍内有害气体、粉尘、气载内毒素和细菌浓度以及鸭生产性能。结果显示,鸭36、46、56和66日龄时,发酵床网养舍内NH_3、内毒素、总菌、大肠杆菌和"沙门+志贺"氏菌浓度显著低于发酵床平养(P<0.05)或网床架养(P<0.05),56日龄时的PM10浓度低于发酵床平养(P<0.05);08:00、14:00和20:00时,发酵床网养舍内NH_3、总菌、大肠杆菌和"沙门+志贺"氏菌浓度显著低于发酵床平养(P<0.05)或网床架养(P<0.05),14:00时的内毒素以及20:00时的CO_2和内毒素浓度低于发酵床平养(P<0.05)。发酵床网养番鸭的日增重高于发酵床平养(P<0.05),成活率和饲料利用率(P<0.05)均高于网床架养和发酵床平养。结果表明,发酵床网上养鸭模式比单纯的发酵床平养或网床架养模式能更好地改善舍内空气环境质量以及提高番鸭健康和生产性能。

发酵床不同垫料对猪生长、组织器官及血液相关指标的影响

为了探讨发酵床不同垫料对猪生长、组织器官及血液相关指标的影响,选择90头体质状况良好和体质量相近的60日龄苏钟猪(阉割)作为试验动物,随机分为3组:木屑发酵床组、酒糟发酵床组、传统水冲圈饲养组(对照),试验期90 d。结果显示:1)木屑发酵床组、酒糟发酵床组猪试验末体质量、总增质量、平均日增质量和心脏质量均显著高于对照(P<0.05)。2)育肥前期(试验第45 d)酒糟发酵床组猪血清中总蛋白质浓度显著高于木屑发酵床组和传统水冲圈饲养组;育肥后期(试验第90 d),酒糟发酵床组猪血清中总蛋白质浓度显著高于木屑组(P<0.05)。3)育肥前期,酒糟发酵床组猪血清中生长激素(GH)和三碘甲腺原氨酸(T3)均显著高于对照(P<0.05),木屑发酵床组和酒糟发酵床组猪血清中乙酰胆碱(Ach)浓度均显著高于对照(P<0.05),酒糟发酵床组血清5-羟色胺(5-HT)浓度显著高于木屑发酵床组(P<0.05)。表明,发酵床养殖(酒糟发酵床组和木屑发酵床组)可显著提高猪的生长性能,有利于猪心脏发育;另外,发酵床养殖可促进激素(T3)、情绪物质(Ach和5-HT)的分泌,增强猪免疫机能。

夏季发酵床结合网床养殖模式对舍内环境质量和肉番鸭生长性能的影响

为了探究夏季发酵床结合网床养鸭模式对舍内环境质量和肉鸭生产性能的影响,为发酵床养殖模式在南方地区推广提供理论依据,比较分析了发酵床平养、网床架养和发酵床结合网床架养3种养殖模式对鸭舍内温度、湿度、粉尘、有害气体、微生物以及番鸭生产性能的影响。结果显示,在整个试验期间,大部分日龄发酵床结合网床架养的舍内NH3、CO2、PM10、总菌、大肠杆菌、沙门氏菌+志贺氏菌浓度低于网床架养或发酵床平养(P<0.05)。舍内温度、湿度、内毒素和PM2.5浓度在大部分日龄3种养殖模式间差异不显著(P>0.05)结合网床架养。发酵床结合网床架养模式的公番鸭、上市体质量、上市率均高于发酵床平养(P<0.05),料质量比低于网床架养和发酵床平养(P<0.05),发酵床结合网床架养母番鸭上市体质量、日增质量均高于发酵床平养(P<0.05),料质量比低于网床架养和发酵床平养(P<0.05)。可见,南方夏季高温高湿季节发酵床结合网床养鸭模式比单纯的发酵床养殖或网床架养模式能更好地改善舍内空气环境质量以及提高番鸭健康和生产性能。

温度及流化床床料对生物质热裂解产物分布的影响

为考察热裂解温度及床料对生物质热裂解液固产物分布的影响,在一高温烟气发生炉加热的小型流化床上,以玉米秸秆粉为原料,石英砂、白云石和高铝矾土分别作为流化床床料,在450、475、500和525℃4个不同温度下进行热裂解液化试验。研究结果表明:①以上述3种物质分别作床料时,生物油收集率都先随温度的升高而增大,当温度升高到一定程度时,开始随温度的升高而下降。以白云石为床料的生物油收集率较高,在500℃时最高值可达43%,其次为石英砂,高铝矾土对应的生物油收集率较低;3种床料的生物油最大收集率均产生在约500℃。残炭收集率随温度升高一直呈下降趋势;以石英砂为床料时,残炭收集率较高,高铝矾土与之相近,白云石较低;②生物油分为轻质生物油和重质生物油两部分,随着温度的升高,重质生物油占所得生物油总重比例的变化和生物油收集率变化趋势几乎一致,并也在约500℃达到最大,之后两者都有下降,但重质生物油占总重比例的下降要较生物油收集率的下降剧烈。

发酵床猪舍内气载需氧菌的分布状况

本研究以选择性培养基（营养琼脂、虎红氯霉素琼脂、甘露醇氯化钠琼脂、伊红美兰琼脂及沙门和志贺菌属琼脂）为采样介质,采用自然沉降法,通过培养计数,对发酵床猪舍和水冲清粪猪舍的气载需氧菌（细菌总数、真菌总数、葡萄球菌、大肠菌群、沙门氏菌）进行了监测.研究结果表明发酵床猪舍气载细菌总数、真菌总数、葡萄球菌含量、大肠菌群含量分别为4.57×104～8.71×104 CFU/m3、1.26× 104～2.27× 104 CFU/m3、3.10× 104 ～ 5.59×104 CFU/m3和1.86×103～3.07× 103 CFU/m3,水冲清粪猪舍气载细菌总数、真菌总数、葡萄球菌含量、大肠菌群含量分别为6.00× 104～10.00× 104 CFU/m3、1.54× 104 ～ 2.60× 104 CFU/m3、3.62× 104 ～ 6.52× 104 CFU/m3和1.77×103 ～2.57×103 CFU/m3,沙门氏菌在2种猪舍中都未检出.发酵床猪舍环境气载需氧菌季节性波动较大,需氧总菌含量（细菌总数、真菌总数）夏季最高,秋季最低,而冬季的气载葡萄球菌含量最高.采用磷酸盐、硅酸盐的复合粉剂在消毒后1h可明显降低夏季发酵床猪舍气载微生物浓度,而不影响发酵床垫料微生物含量.

浮动生物床/地下渗滤联合工艺处理校园污水的设计与管理

结合沈阳师范大学的校园污水处理实例,阐明地下渗滤与浮动生物床联合工艺的设计和运营管理的问题。实践证明,采用浮动生物床/地下渗滤工艺对生活污水进行深度处理,投资运行费用低、管理简单、出水水质稳定且优于所要求的回用水水质。

微生物发酵床养猪技术的研究与应用

微生物发酵床养猪模式是一种新型的健康养殖方式,它利用全新的自然农业理念和微生物发酵技术,实现养猪低排放、无臭气、缓解规模养猪场的环境污染问题,是一种全新的低能耗、环保养猪方式。与常规水泥地面饲养方式相比,发酵床养殖模式可显著改善猪舍环境和猪的福利状况,有利于猪健康生长,并改善生产性能和猪肉品质,其安全性和经济性优势明显,应用前景广阔。