华北平原地区农村生活污水产污特征研究

为了解华北平原地区农村生活污水产污特征,准确评价农村生活污染状况,本研究选取华北平原地区典型农村(保定市徐水县荆塘铺村)不同收入水平的15户典型农户,对其生活污水的产污情况进行12个月(2010年8月至2011年7月)的调查和监测,得到农户的生活污水人均日产生量、pH、COD、TAN、TN和TP的产污系数。农户生活污水人均日产生量为21.03L·d-1·人-1,pH值为6.14,COD、TAN、TN和TP的产污系数分别为7.87、0.581、1.31g·d-1·人-1和0.0662g·d-1·人-1。各项指标从高到低依次为中收入水平农户,高收入水平农户和低收入水平农户,且高中收入水平农户与低收入水平农户各项指标差异性较显著。以上结果表明华北平原地区农村生活污水人均日产生量和污染物产污系数与收入水平有关。

农业废弃物厌氧发酵及沼肥利用全过程碳氮变化研究

厌氧发酵是实现农业废弃物资源化利用、改善生态环境的重要途径。文章系统综述了农业废弃物厌氧发酵及沼肥利用过程碳氮元素变化,为减少沼肥养分损失提供参考依据。分析结果发现,湿法发酵-沼液储存全过程碳氮元素损失分别达15.52%~29.45%和4.94%~29.79%,其中发酵阶段分别损失15.40%~27.29%和4.19%~13.16%,储存阶段分别损失2.94%~29.63%和4.50%~37.31%;干法发酵-沼渣堆肥全过程碳氮元素损失分别达38.79%~49.38%和18.76%~50.13%,发酵阶段分别损失7.6%~16.72%和1.20%~8.30%,堆肥阶段分别损失33.75%~35.01%和19.15%~42.34%。总体来看,湿法发酵-沼液储存过程碳氮损失小于干法发酵-沼渣堆肥过程,更有利于节能环保;储存阶段氮损失大于碳损失,应采用加盖低温储存方式减少氮损失;堆肥阶段碳含量降低,应注意调节适宜的含水率和通风供氧等条件减少碳损失,提高堆肥养分含量。

抗结渣生物质固体颗粒燃料燃烧器研究

针对我国秸秆类生物质颗粒燃料灰含量高、灰熔点低而导致燃烧过程中易结渣、燃烧器易熄火、燃烧不稳定等问题,采用多级配风原理,设计出高效双层燃烧筒装置,实现三级配风,同时研究了螺旋清灰破渣机构,并在此基础上研制了生物质颗粒燃料燃烧器。采用玉米秸秆颗粒燃料和落叶松木质颗粒燃料进行了燃烧试验,试验结果表明,本燃烧器的多级配风结构和破渣清灰机构设计合理,燃烧效率达到91%,能够有效地将燃烧过程中产生的灰渣排出,结渣率明显下降,实现了连续稳定燃烧。与瑞典PX-20型燃烧器相比,以玉米秸秆颗粒为燃料时,本燃烧器燃烧效率提高了9%、结渣率降低了25.94%,燃料适应性广。

土地利用/覆被变化(LUCC)与土壤重金属积累的关系研究进展

土壤重金属污染是世界性环境问题之一.土地利用/覆被变化(LUCC)是最主要的环境演变驱动因子之一.为明晰LUCC对土壤重金属积累和污染的影响,根据前人研究,从场地、县域和流域/区域尺度总结了LUCC和土壤重金属污染的关系.研究发现,三个尺度上土地利用方式和覆被类型/格局是控制土壤重金属空间积累和分布的重要因子,土地利用/覆被可以直接吸纳或吸附重金属,亦能通过改变土壤物理、化学和生物性质从而控制重金属在土壤中的移动性和活性,造成土壤中重金属的积累直至污染.此外,论文阐明了LUCC在土壤重金属污染风险预测、规避和污染土壤修复中的重要作用,最后提出了在实践中通过调整土地利用/覆被类型进行污染土壤修复的建议.寓景观生态学思想于土壤重金属污染防治过程是一种新的有效途径.

基于微藻养殖的沼液资源化利用与高价值生物质生产耦合技术研究

综述了微藻培养技术研究进展,并分析了沼液作为资源制备微藻生物质可行性,提出了沼液资源化利用与高价值生物质生产耦合工艺技术系统。结果表明,沼液预处理技术、目标藻种筛选技术、微藻规模化培养技术和藻渣高值利用技术是耦合系统的四大关键技术。基于微藻培养技术,该耦合系统促使沼液处理系统从"处理工艺"向"生产工艺"转化,实现了多元功能耦合,即沼液除磷脱氮耦合氮磷回收,沼液净化处理耦合生物能源生产以及CO2的固定耦合沼气净化。

中国农村能源生产消费现状与发展需求分析

农村能源是中国能源体系的重要组成部分,是建设美丽乡村的重要物质基础。通过对官方统计数据与文献资料的归纳整理和系统分析,论述了中国农村生活与生产用能现状与基本特征,农村能源消费中煤炭占主导地位,农村生活用能中的煤炭消费占33.8%,农村生产用能中的煤炭占51.5%,另外,可再生能源使用量较低,当前农村生活用能消费结构不合理。阐释了农村能源产业规模、产业技术与产业政策的现状,并在此基础上,分析了中国农村能源发展中存在的主要问题与近期基本需求。最后,概述了的分布式能源系统、北方农村地区供暖、生物质能源化资源化综合利用、农村节能等农村能源发展的基本方向。

中国农业规划环境影响评价指标体系建立

当前中国农业可持续发展面临资源约束趋紧和环境污染加剧的双重压力。农业规划环境影响评价是从源头上控制农业污染、协调环境与农业可持续发展的重要手段,农业规划环境影响评价适用范围划分和指标体系构建是开展农业规划环境影响评价的重要基础性工作。在系统梳理现有研究成果的基础上,采用基本指标体系模式法、专家咨询法和实例验证法,确定了环境影响评价的适用范围及指标体系,提出了将占比最大、影响最直接的县级农业规划纳入到规划环境影响评价范围的建议;构建了种植业和畜牧业两大产业规划环境影响评价指标体系,大大简化了农业规划环评的指标体系,提高了农业规划环评的可操作性,将为推进中国农业规划环境影响评价工作提供有力的技术支撑。

生物炭生产工艺与还田效果研究进展

主要对生物炭还田效用、生产还田生物炭的重要工艺条件、生物炭的质量评价参数这3个主要部分进行综述和分析。提出生物炭研究及应用的当前问题,并对今后的研究趋向和前景进行展望,认为生物炭的研究仍在起步阶段,生产原料、设备、工艺多种多样,土壤类型、农作物也是种类繁多,因此这一领域的研究难成体系,施入方法也难以统一。有必要对具体农作物、具体土壤类型生产针对性强的还田生物炭,而具体的生物炭施用方法有待学者们进一步地研究与总结,但可以确定的是生物炭在农业领域中的研究应用仍存在巨大潜力。

病死畜禽无害化处理产物及其应用研究进展

病死畜禽可通过好氧发酵、化制法、炭化等处理技术实现无害化处理和资源化利用,产品主要包括有机肥、肉骨粉、动物油脂等。文章综述了病死畜禽无害化处理产物及其安全性和高值安全应用方法,为病死畜禽无害化处理及资源化利用提供参考。

畜禽粪便好氧发酵过程中挥发性气体排放差异研究

为有针对性地控制与治理不同畜禽粪便好氧发酵中产生的挥发性气体,设计了猪粪、牛粪和鸡粪好氧发酵试验,对畜禽粪便好氧发酵中产生的挥发性有机物(VOCs)以及NH3、H2S等挥发性气体进行分析研究。实验结果表明:畜禽粪便好氧发酵中挥发性气体的排放主要集中在好氧发酵前期,不同粪便好氧发酵产生的VOCs均有所区别,猪粪产生9种VOCs,牛粪产生4种VOCs,鸡粪产生8种VOCs;不同畜禽粪便好氧发酵中排放的主要VOCs均有二甲二硫、二甲三硫和甲硫醚,故在畜禽粪便好氧发酵中应针对这3种VOCs进行重点监控与治理。畜禽粪便好氧发酵中猪粪排放H2S浓度最高,牛粪最低;鸡粪高浓度(>200μL·L-1)排放NH3持续时间最长,牛粪最短。

不同预处理剩余污泥的中温厌氧消化试验研究

设计单因素试验,考察了热处理时间和碱投加量对剩余污泥有机质溶出和厌氧消化产沼气的影响。结果表明:加热和碱预处理均可明显地促进有机质溶解和提高厌氧产气效率;与原污泥相比,高温处理20 min后,剩余污泥可溶性有机质和累积厌氧产气量达到最高,分别为2 550 mg/kg和3 275.33 mL,较对照污泥分别增加了7.4倍和34.15%;高浓度CaO(6%和10%)处理后,剩余污泥中STOC浓度分别达到3 280 mg/kg和3 340mg/kg,较对照污泥STOC浓度(305 mg/kg)提高了9.75和9.95倍;CaO预处理对污泥厌氧消化影响较复杂,表现为低浓度促进产气和高浓度抑制产气;2%CaO处理下,累积产气量比对照提高了39.87%;6%和10%CaO处理下,累积产气量低于对照污泥。

生物炭对猪粪好氧发酵产生的硫醚的控制研究

好氧发酵作为农业废弃物资源化利用的主要方式,以其投资小,工艺简单等特点得到广泛应用,农业废弃物好氧发酵化处理不仅可以减轻环境压力,还能够节约大量养分资源。然而在好氧发酵过程中会产生微量的、对人体健康和环境有危害作用的、以硫醚类为代表挥发性有机物(VOCs),目前尚无高效率去除好氧发酵中产生的硫醚的控制方法与技术,故该实验以生物炭为吸附材料,在猪粪和秸秆好氧发酵中添加不同比例的生物炭,研究生物炭对猪粪好氧发酵中产生的硫醚的减排作用。研究表明,在以好氧发酵物料干基比100∶25添加生物炭能够有效降低猪粪好氧发酵中各个阶段TVOCs的排放浓度,缩短好氧发酵前期二甲二硫高浓度排放时间,降低好氧发酵前期二甲三硫94.30%的排放浓度,为猪粪好氧发酵中臭气和TVOCs的控制提供了科学依据。

进料浓度对玉米秸秆与牛粪全混式厌氧发酵特征影响研究

目前,中国大多数沼气工程均采用农作物秸秆与畜禽粪便为主要原料,但对于实际沼气工程的工艺控制,尤其是对于沼气工程进料混配及发酵浓度等控制工艺仍缺少参考和支撑。该研究采用玉米秸秆与牛粪原料,在中温条件下,利用纯牛粪、纯秸秆以及秸秆与牛粪干物质比(S:CM)=1:1、1:3、3:1条件的混合原料,按照不同干物质浓度(total solid,TS)=3%、6%、8%,梯次启动CSTR反应器,系统探讨物料配比与发酵浓度对反应器产气量、甲烷体积分数、pH值、氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP)、挥发酸(volatile fatty acids,VFAs)含量等运行特征的影响。结果表明,正常运行时,纯秸秆与纯牛粪条件下厌氧发酵产气效果显著低于混合原料,且所有条件下反应器的产气量基本都随着发酵浓度升高而升高。在发酵浓度为8%条件下,S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率在运行130和150 d后分别达到峰值0.78和0.76 L/(L·d)。随着反应器的持续运行,170 d后各反应器的产气率与pH值降低,而VFAs与ORP升高。S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率降低至0.6 L/(L·d),pH值降低至6.5左右。这主要是由于恒定的搅拌功率条件下,随着反应器内TS升高,搅拌转速降低,进而在反应器内产生搅拌死区与浮渣等问题,导致反应器内局部酸化,造成系统整体失稳。在启动期间,所有5个条件下反应器内ORP呈缓慢上升趋势。运行172d后,S:CM=1:1条件下ORP迅速增加至高于–300mV。总体而言,厌氧系统中VFA浓度随着进料中秸秆比例增加而增加,且丙酸积累发生并变得更加严重。这也在一定程度上表明,与采用秸秆与粪便混合原料厌氧发酵相比,采用纯秸秆原料厌氧发酵生产沼气厌氧反应器的运行稳定性较差。

槽式抛物面太阳能聚光集热器供热厌氧反应器研究

应用能量密度较高的槽式抛物面太阳能聚光集热器(PTC)为厌氧反应器提供热源,确定装置中重要单元的尺寸,并进行了反应器内部能量平衡的计算,得出8 m^3的地下厌氧反应器内最大2处负荷分别为进料热损失与发酵物料散失热量,分别为16 077.31 k J/d和23 180.01 k J/d。通过计算得出相应的聚光集热器的关键参数,确定光孔宽度b为2.4 m,焦距f为0.6 m,集热板面积为4.16 m^2,集热管直径为0.016 8 m。应用流体力学模拟软件Fluent对反应器内整体的传热效果进行模拟,仿真结果表明反应器内料液温度可维持在35℃左右。采用与设计参数相近的PTC系统和厌氧反应器进行试验验证,厌氧反应器内料液温度保持在33.6~35.8℃,与Fluent仿真结果基本吻合。

蚯蚓中超氧化物歧化酶(SOD)提取条件的优化研究

超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase,SOD）是一种重要的抗氧化剂,在农业和医药领域具有巨大的应用价值。利用磷酸盐缓冲液提取赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）中SOD,对H_3PO_4缓冲液p H值、热处理温度、料液比与（NH_4）_2SO_4饱和度等关键参数设计单因素实验,采用4因素4水平的正交试验法[L_（16）（4~5）]进行优化。结果表明：热处理温度对蚯蚓SOD活性有显著性影响,主次顺序为：热处理温度〉料液比〉H_3PO_4缓冲液p H值〉（NH_4）_2SO_4饱和度。蚯蚓SOD的最佳提取工艺为：H_3PO_4缓冲液p H值为8.0、热处理温度为30℃,料液比为6,以及硫酸铵饱和度为51%~70%。正交实验设计优化后,蚯蚓SOD活性达到了2895.32 U/g[FW]。为大规模生产蚯蚓SOD提供了数据支撑。

沼液中氮的回收利用技术研究进展

沼液中营养元素回收和高附加值利用技术是沼液处理与资源化利用研究的新方向。近年来,如何高效回收利用沼液中的氮,同时降低沼液后处理难度,是研究的热点和难点。对不同发酵原料所产生沼液的理化特性和沼液中氮回收利用技术的应用效果进行了综述,阐述了沼液中氮的回收利用技术的研究重点及发展方向,以期为沼液处理与资源化利用提供技术支撑。

改性生物炭对猪粪堆肥过程重金属钝化效果研究

为进一步提高猪粪堆肥中重金属钝化效果,以猪粪和玉米秸秆为原料,以未改性处理、NaOH改性处理和FeCl_3改性处理等3种生物炭为钝化剂进行堆肥试验,以未添加生物炭的处理作为对照(CK),研究不同改性生物炭对猪粪堆肥效果及重金属Cu、Zn、Pb形态的影响。试验结果表明:四个处理堆肥高温期维持天数及种子发芽指数达到无害化要求,腐熟堆肥均呈碱性(8.0~9.0),堆肥结束后添加未改性生物炭和NaOH改性生物炭的处理EC值略高于4 mS·cm^(-1),分别为4.06 mS·cm^(-1)和4.04 mS·cm^(-1)。添加生物炭的处理重金属钝化效果均显著高于CK,添加FeCl_3改性生物炭对重金属Cu、Zn、Pb表现出相对较好的钝化能力,钝化效果分别为78.70%、43.53%、66.45%。综合分析,在堆肥过程中添加FeCl_3改性生物炭(添加比例为干物质的24%)更有利于实现堆肥过程中重金属钝化,提升堆肥产品质量。

稻壳鸭粪混合物料厌氧消化产沼气模型研究

以稻壳鸭粪混合物料为原料,利用小型厌氧装置开展了厌氧消化工艺的试验研究,并利用不同的产气速率模型以及累积产气模型对混合物料的厌氧消化过程进行了拟合。结果表明,稻壳鸭粪混合物料堆沤处理前后,其初始产气速率分别为2.31 L/(kg TS·d)与1.21 L/(kg TS·d),峰值产气速率分别为10.67 L/(kg TS·d)和5.65 L/(kg TS·d),产气潜力分别为113.5 L/kg TS(387.9 L/kg VS)和60.5 L/kg TS(336L/kg VS),堆沤处理后这3个参数均有所降低。线性模型、指数模型与高斯模型3个产气速率模型相比,指数模型对于混合物料产气速率的模型效果最佳,两段拟合曲线的R2值均达到了0.92以上;而累积产气模型中修正Gompertz函数的拟合效果优于Logistic模型和RC函数,拟合曲线的R2值高于0.99。

高含氮木质废弃物热解气化特性研究

为了考察高含氮木质废弃物的气化特性,在热重-质谱-红外联用装置与固定床装置上进行了Ar和Ar+O2气氛下高含氮木质废弃物和木粉的热解气化试验,研究了2种原料热解气化过程和产物的异同。结果表明:2种原料的热解气化失质量和失质量速率曲线整体一致,阶段划分较为类似,但高含氮木质废弃物挥发分析出峰值出现的温度低于木粉15～20℃,失质量速率峰值为木粉的70%左右;2种原料热解气化产物主要成分整体上较为类似,但高含氮木质废弃物热解气化产物中CH4浓度明显高于木粉;高含氮木质废弃物气化产生含氮气体污染物高于木粉,固定床试验中产生的NH3浓度为木粉的147倍。该文结果可为高含氮木质废弃物的处理和高效资源化利用提供参考依据。

农业废弃物资源化利用工程模式构建

作为农产品生产环境保护工程的重要内容,农业废弃物资源化利用工程在循环农业和生态文明建设中发挥着愈加重要的作用。采用科学合理的方法构建农业废弃物资源化利用工程模式,可为我国农产品生产环境保护产业的发展提供参考。该研究以产业发展理论、系统理论和循环经济理论为依据,提出了农业废弃物资源化利用工程模式的构建方法,即从技术模式、组织模式和产业模式三方面入手,充分考虑各模式的外部影响因素和内部组成要素,通过模式耦合,进而形成具有良好运行效果及平衡性能的系统模式。研究通过实证案例分析,进一步明确了农业废弃物资源化利用工程模式的构建过程。