高温烟气热触杀土壤病草害装备设计与试验

【目的】针对农作物秸秆和根茬直接还田导致农田病草害加剧问题,设计了一种高温烟气热触杀土壤病草害装备,以实现秸秆和根茬能源化利用与土传病草害绿色防控的有机结合。【方法】装备主要由进料系统、炉膛、空气预热器、热触杀系统、供风系统和控制系统等组成,并对所设计装备的炉膛、预热器及热触杀烟道等关键部件进行了设计验证。【结果】在进料量约为360 kg·h^(-1)条件下,装备能够稳定燃烧,炉膛温度最高达到500℃以上,出料口土壤温度为(72.6±6.0)℃。依据热平衡试验,装备热效率约为48.7%;经田间试验验证,该灭杀工艺对杂草雀麦的灭杀率达95.5%以上,下茬玉米茎基腐病的病情指数下降了34.10。【结论】经设计验证后的装备能够稳定燃烧,土壤热触杀后的温度满足灭杀需求,草害得到有效控制,玉米病情指数显著降低,为田间病草害热物理防控提供了理论和技术支持。

河南乡村生物质和边际土地资源量统计及其能源转化潜力分析——以周口市杨湾村为例

河南是我国主要的产粮大省,生物质资源丰富。文章通过实地调查,走访问卷的方式对河南典型乡村,周口市杨湾村的边际土地分布、总面积和秸秆类生物质、畜禽粪便、农民生活污水等生物质资源量进行资源收集和潜力分析。通过分析调查,杨湾村生物质资源丰富,可转化为多种形式的能源,若简单以可转化沼气量为统计指标,则杨湾村生物质和边际土地可产297819.41 m^(3)沼气,其中,生物质资源可转化为291053.94 m^(3)沼气,充分利用边际土地,可产6765.47 m^(3)沼气。将其进行有效利用,不仅可以提高当地生物质资源的利用率,改变村庄的能源结构,同时还能降低环境污染,具有显著的社会经济和生态效益。

CdS/TiO_(2)双晶薄膜光催化解聚玉米秸秆的实验研究

秸秆光催化解聚技术可以降低秸秆的利用难度,扩大秸秆可利用的范围。文章采用水热法制备了CdS/TiO_(2)双晶薄膜光催化剂,对催化剂的表面形貌和晶体结构进行了表征分析;设计了以原料浓度、反应时间和搅拌强度为自变量的玉米秸秆光催化解聚单因素实验,并建立了CdS/TiO_(2)双晶薄膜光催化玉米秸秆解聚还原糖过程的响应面模型。基于所建模型的分析表明,还原糖产量的影响顺序为“原料浓度>搅拌强度>辐照时间”,且三者存在交互作用,搅拌强度与辐照时间的交互影响因素最强。优化结果为原料浓度972 mg/L、辐照时间2 h、搅拌强度71.4 r/min,预计总还原糖产量为326.08 mg/L。实验验证结果表明,总还原糖产量为314.6 mg/L,解聚还原糖产量为189.6 mg/L,显示出模型预测与实验结果的吻合度较高。

氨水改性活性炭对沼气吸附脱碳的实验研究

针对沼气吸附法脱碳提质所用活性炭进行改性研究,以氨水为改性剂,探讨改性剂浓度和改性时间对活性炭脱碳效果以及其表面化学结构的影响。实验结果表明:1)经过氨水改性处理后的活性炭呈酸性官能团减少,呈碱性官能团增加,同时引入含氮官能团,改性后活性炭的表面疏水性增强,极性发生变化,增强对气体的吸附能力;2)在改性剂浓度5%~25%范围内,氨水浓度为10%,改性时间为12 h,改性效果最佳,活性炭比表面积由413.2 m^(2)/g增至502.7 m^(2)/g,增加21.66%,微孔容积增加39.47%,达到最大值0.735 cm^(3)/g,总孔容积增加54.33%,达到最大值0.963 cm^(3)/g,微孔孔径增大13.06%,达到1.307 nm;3)模拟沼气(CH4体积占比60%,CO_(2)体积占比40%)吸附脱碳实验显示,改性最佳的活性炭处理使样品气中甲烷含量增加19.96%,由未改性活性炭的76.30%达到91.53%。

负载二氧化钛陶瓷材料对玉米秸秆光合生物制氢的影响

【目的】探究陶瓷材料作为二氧化钛(TiO_(2))载体在玉米秸秆光合生物制氢中的作用。【方法】将3种陶瓷材料(氧化铝、氧化锆和碳化硅)负载TiO_(2),以累计产氢量、pH值和还原糖质量浓度为考察指标,考察负载TiO_(2)陶瓷材料对玉米秸秆光合生物制氢的影响及重复使用效果。【结果】添加负载TiO_(2)陶瓷材料可以提高玉米秸秆光合生物制氢累计产氢量,其中负载TiO_(2)氧化铝陶瓷材料效果最好,累计产氢量相较空白对照组提高了25.7%,最大产氢速率为12.08 mL·h^(-1);添加负载TiO_(2)陶瓷材料对光合生物制氢pH值和还原糖质量浓度的影响较小,仅在12~48 h内导致还原糖质量浓度明显降低。在重复使用试验中,负载TiO_(2)氧化锆陶瓷材料在第二次和第三次使用中效果更好,累计产氢量相较空白对照组提高了24.7%和28.0%,可以有效提高TiO_(2)的重复利用率。利用扫描电子显微镜观察使用后的陶瓷材料,发现TiO_(2)的负载有利于光合细菌的固定。【结论】添加负载TiO_(2)陶瓷材料可以有效提高TiO_(2)在玉米秸秆光合生物制氢工艺中的催化效果和重复利用率。

小麦-玉米轮作根茬燃烧热触杀防控土传病害的试验

针对秸秆和根茬直接还田导致作物土传病害重发和频发问题,采用自主设计的可控燃烧热触杀装备进行了试验研究,分析了不同运行工况下装备内的温度分布规律、热触杀后土壤中病原真菌与细菌的灭杀率及作物植株发病程度。结果表明:当进料速度为360~1800 kg/h时,装备可实现热触杀温度(117~167℃)和送风温度(62~172℃)的有效调控,炉膛内沿程烟气温度分布呈先增大后减小趋势,稳定燃烧时炉膛最高温度可达479℃,可保证燃烧效率持续处于较高水平。土壤中细菌比真菌的耐温性更强,117℃下细菌和真菌的灭杀率分别为53.33%和33.33%,132℃以上时两者的灭杀率均达到86%以上,167℃下可实现深度灭杀。与对照组相比,秸秆与根茬燃烧高温热触杀后田间玉米植株根部病情指数降低了34.1,该研究对实现作物连作土传病害的绿色防控具有重要意义。

秸秆打捆燃料链条锅炉的设计与研究

针对目前秸秆打捆燃料难以充分燃烧及现有燃烧设备与之不兼容的问题,依据秸秆打捆燃料燃烧的独特性,对炉膛结构进行了改良,并开发了一种适用于此类燃料的链条炉排蒸汽锅炉。该锅炉采用单锅筒纵向布置的设计,配备有链条炉排和多管旋风除尘系统。试验结果显示,锅炉的燃烧效率达到98.52%,热效率达到82.38%;同时,烟气中的主要污染物——氮氧化物(NO_(x))、二氧化硫(SO_(2))及颗粒物的排放浓度分别仅为105、28、22 mg/m^(3),林格曼黑度也低于1级。这些数据表明,该锅炉不仅具有较高的热效率,而且其污染物排放浓度极低,完全满足我国锅炉污染物的排放标准,因此具有显著的环境和社会效益。

水蒸气活化花生壳炭吸附磺胺甲噁唑的研究

以花生壳炭为原料,经蒸汽活化制备了花生壳活性炭(SAPSB-X)。采用全自动比表面积及孔隙度分析仪和傅里叶红外光谱(FT-IR)仪对花生壳活性炭进行表征。考察了活化温度、吸附时间、炭投放量和蒸汽活化对其吸附磺胺甲噁唑(SMX)溶液效果的影响并进行了吸附动力学研究。研究结果表明:蒸汽活化花生壳炭的吸附性能和芳香化程度随活化温度的升高而提高,花生壳炭在温度为950℃的环境下活化,SAPSB-950比表面积可达706.28 m^(2)/g,孔容为0.3208 cm^(3)/g,比SAPSB-550(146.99 m^(2)/g,0.0760 cm^(3)/g)分别增大了3.80倍和3.22倍;在快速吸附阶段(吸附时间<10 min),SAPSB-950吸附速率可达5.96 mg/min,约为SAPSB-550的5.23倍;在SAPSB-950投放量0.1g,SMX溶液质量浓度100 mg/L下吸附60 min对SMX的去除率高达97.81%。动力学拟合结果表明花生壳炭吸附SMX的过程同时存在物理吸附和化学吸附。

秸秆类生物质厌氧发酵补氢强化技术研究进展

针对秸秆类生物质厌氧发酵过程中适当补充氢气能够有效提高沼气产量和质量的补氢强化新技术,介绍了国内外补氢强化技术的研究现状,分析了外源补充氢气的含量、流量以及反应温度、微量元素等与厌氧发酵产气速率、甲烷含量等因素之间的相关关系及其影响规律,明确了秸秆类生物质厌氧发酵过程中由于外源氢气的补入提高了沼气产量、产气速率和甲烷含量,并指出了补氢强化技术未来的重点研究方向。

低共熔溶剂应用于木质纤维素预处理的研究进展

低共熔溶剂(DES)是一种新型的绿色溶剂,具有制备简单、价格低廉、无毒、可生物降解、可循环使用的特点,在木质纤维素预处理应用方面前景广阔。本文首先概述了低共熔溶剂的组成、分类、制备方法及其物理性质等,随后对DES在生物质预处理领域中的研究应用进行归纳,综述了DES预处理分离木质纤维素的机理性研究,重点介绍了DES选择性分离木质纤维素的应用进展,以期为DES在预处理木质纤维素类生物质的规模化应用提供理论参考。

生物降解农用地膜发展现状及其环境影响和经济效益的综述

生物降解农用地膜通过微生物直接降解而减少塑料废弃物,是替代传统塑料农用地膜的合理材料。如何从环境影响和经济效益双重因素考虑,提高生物降解农用地膜的应用性能和推广力度是亟待解决的问题。本文在介绍生物降解农用地膜分类的基础上,根据国际上近几年生物降解农用地膜的发展现状及趋势,系统介绍了生物降解农用地膜的各个种类,包括活体植物覆盖农用地膜、农业废弃物地膜、糖基及其衍生物农用地膜、多肽类农用地膜、纸基农用地膜、液态农用地膜,总结了不同材料生物降解农用地膜在环境影响、降解性能、经济效益等方面的差异性。生物降解农用地膜的降解性能与其材料的关联性较强,多数生物降解农用地膜的增产效果明显,但相较于塑料地膜没有成本优势。最后阐述了生物降解农用地膜所面临的挑战,并展望其未来的发展趋势,生物降解农用地膜的发展需要从科研、企业、用户、政策等多方面推进,作为传统塑料地膜的替代品,其研发与应用影响深远,对环境保护及经济发展有着不可小觑的作用。

秸秆木醋液的制备及应用研究进展

木醋液作为生物质热解制炭过程中的高价值酸性副产物,富含酸、醇、酚、醛、酯、醚等多种有机化合物以及少量金属元素,具有极高的应用价值。在木醋液的原料中,秸秆木质素含量较低、品质略差,因而秸秆木醋液的发展与应用较为缓慢。但秸秆木醋液的研究对农业废弃物的利用具有重要意义,有广阔的发展前景。主要介绍了秸秆木醋液的粗制及精制工艺,概述了其组成及理化性质,并综述其在农业、医药卫生及其他领域的研究及应用进展,为秸秆木醋液的进一步发展及高效利用提供参考。

光合-厌氧混合菌群生物共发酵产氢动力学研究

以光合、厌氧细菌混合菌群为对象,研究了混合菌群共发酵产氢过程中产氢动力学特性,建立了混合菌群生物共发酵产氢过程中关于菌体质量浓度、底物利用及产氢量的动力学模型。将光照因素引入混合菌群产氢动力学模型中,采用同伦摄动法(HPM)对非线性动力学模型进行求解,得到了混合菌群共发酵产氢过程中菌体质量浓度、底物利用及产氢量的动力学模型。通过与实验数据对比,模型与实验数据基本一致,能够很好地反映出共发酵产氢过程中产氢参数的变化趋势。对建立的3个动力学模型的动力学参数的相互关系及其敏感性进行了分析,研究发现动力学参数中最大比生长速率对模型结果的影响最大,最大比生长速率对菌体质量浓度影响的变化量达到79%,对底物质量浓度影响的变化量达到118%,对产氢量影响的变化量达到98. 4%。

嗜热纤维素降解菌研究进展

纤维素是地球上含量丰富的可再生资源,对其进行充分利用可有效缓解日益严峻的能源和环境问题。纤维素酶是纤维素生物转化的关键,其催化效果决定了纤维素能源化利用的商业价值。鉴于常规的中温酶很难适应工业化生产中的极端条件,来源于嗜热微生物的纤维素酶引起了科研人员关注。结合国内外研究现状,综述了嗜热纤维素降解菌的种类、纤维素酶类型以及纤维素降解方式,讨论了嗜热纤维素酶在工业生产中的作用及应用现状。最后提出了嗜热纤维素酶大规模应用的技术瓶颈和今后的研究重点,展望了嗜热纤维素酶的商业化前景。

光照波长对HAU-M1光合菌群产氢影响的研究

以菌体干重、比产氢速率、pH值和葡萄糖浓度等为主要实验指标,研究不同波长光源对HAU-M1光合菌群生长及光发酵产氢的影响,并用产氢动力学对光合菌群产氢进行分析。结果表明:相同光照强度下,相对于连续全光谱,492~622 nm波长光照能促进光合菌群生长及产氢;492~577 nm波长下菌群生长及产氢效果最佳,菌体干重达到0.72 g/L,比产氢速率达到11.16 mL/(g DCW·h),相比对照组提高25%。

水热碱改性枣木炭及其吸附性能研究

为处理净化印染废水,以枣木炭为原材料,利用KOH溶液在水热反应釜中对其进行改性处理,并考察其物理特性及吸附性能变化。结果表明,枣木炭经水热碱改性处理后,BET比表面积和孔数量都有所增加,其对亚甲基蓝吸附量也明显提高。改性处理效果最好的枣木炭在10 min内亚甲基蓝吸附量可达70.491 mg/g,较未改性前提升了239.5%。此外对吸附过程进行动力学分析发现,改性枣木炭吸附亚甲基蓝以化学吸附为主。研究结果可为生物炭在工业废水处理中的应用提供参考。

蒸汽爆破对牛骨理化特性的影响

目的:为探究蒸汽爆破对牛骨理化特性的影响,并为牛骨加工提供新的处理方式。方法:以牛骨为原料,采用蒸汽爆破技术制备骨液,使用物质结构分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、凯氏定氮仪等对样品进行分析,研究其粒度、硬度、蛋白质含量、钙和磷含量及成分结构的变化。将压强和时间作为蒸汽爆破处理的参数,分别选取5个水平,配对成25组实验。结果:蒸汽爆破后固态牛骨的占比随着压强的增大及时间的延长而减少;牛骨液中蛋白质及钙含量显著增大(P<0.05)。特别是高压及长时间蒸汽爆破能够加速牛骨中无机物及蛋白质的流失、弱化骨骼强度、使骨碎片化、增强钙离子的释放率。通过对比傅里叶变换红外光谱图发现,牛骨经蒸汽爆破后,其图谱随着压强的增大和时间的延长逐渐接近羟基磷灰石的图谱,并且C—H键强度的减小证实蒸汽爆破可以有效地减少牛骨中的有机成分。结论:蒸汽爆破技术可作为制备牛骨深加工产品及羟基磷灰石的一种前期处理手段,实现牛骨的高效利用。

动物油脂热压联合提取装置设计与试验

提高病死畜禽胴体中的油脂提取率是实现病死畜禽进一步资源化的关键,为此该研究设计了一种动物油脂热压联合提取装置。首先基于静力学和热传递分析,结合动物油料特性,对关键部件压力机构和油脂提取机构进行了设计,并对加热、加压和可编程控制系统分别进行了关键参数设计和设备选型,最后选取板油进行了装置性能试验,并对提取的油脂进行了黏度测试。结果表明:在70~150℃范围内,单独温度和热压联合两种油脂提取方法的最佳温度均为130℃,在此温度下油脂提取率最高分别可达到59.15%和81.35%。相同温度下,热压联合油脂提取率较单独温度作用最高可提升31.21个百分点。减小油料规格对单独温度作用可明显提高油脂提取率,而对热压联合油脂提取率无明显影响。在高于130℃试验温度下进行热压联合油脂提取,能够达到油脂完全提取效果,所提取油脂在70~150℃温度范围内测得黏度为0.004~0.091 Pa·s,符合工业用润滑油黏度标准。

光催化纳米颗粒对光合细菌HAU-M1产氢的影响

【目的】探究光催化纳米颗粒对玉米秸秆光合生物制氢工艺的影响机制,提高光合生物制氢产氢效率并增加氢气产量。【方法】分别将二氧化钛纳米颗粒(titanium dioxide nanoparticles,TiO_(2) NPs)和氧化锌纳米颗粒(zinc oxide nanoparticles,ZnO NPs)作为光催化剂添加在光合细菌HAU-M1的产氢体系中,以累计氢气产量、氢气含量及pH值为试验指标,研究光催化纳米颗粒对光合细菌HAU-M1产氢工艺的影响规律。【结果】TiO_(2) NPs在质量浓度为500 mg·L^(-1)时,可获得最大的累计氢气产量为673 mL,比对照组增长7.4%。可缩短产氢周期24 h,在120 h就可结束产氢。ZnO NPs质量浓度为100、200、300、400、500 mg·L^(-1)时累计氢气产量分别514、533、480、407、368 mL,与对照组(0 mg·L^(-1))累计氢气产量563 mL相比降低了8.7%、5.3%、14.7%、27.7%、34.6%。同时,ZnO NPs质量浓度为100、200、300、400、500 mg·L^(-1)时氢气含量分别为52.3%、50.5%、48.8%、51.0%、42.3%,除质量浓度为500 mg·L^(-1)外,与对照组(0 mg·L^(-1))氢气含量48.7%相比有所提升。TiO_(2) NPs对光合细菌产氢工艺参数pH值影响微弱,ZnO NPs可显著提高光合细菌产氢工艺参数的pH值。【结论】TiO_(2) NPs可以提高光合细菌产氢效率,增加氢气产量,而ZnO NPs对光合细菌产氢过程具有一定的抑制作用。

维生素B_(4)对秸秆类生物质光发酵产氢的影响

以玉米秸秆类生物质为产氢原料,研究维生素B_(4)对HAU-M1光合细菌生长和产氢过程的影响规律。结果表明:当维生素B_(4)质量浓度为75 mg/L时,光合细菌生长情况最好,细菌干重最大值为0.934 g/L;维生素B_(4)质量浓度为100 mg/L时,氢气累积产量达178 mL,比对照组显著提高了43.8%,对光合细菌产氢的促进效果最好;添加维生素B_(4)对HAU-M1光合细菌发酵产氢过程的pH值影响显著,可减弱发酵液酸化,有利于光合细菌发酵产氢。可知,维生素B_(4)对HAU-M1光合细菌生长及秸秆类生物质光合产氢具有明显的促进作用,可为进一步研究开发秸秆类生物质光合细菌发酵产氢工艺技术提供科学参考。