蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵挥发性有机物排放特征

为研究蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程产生的挥发性有机物(volatile organic compound,VOCs)及主要致臭物质,开展了蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵试验,采用气相色谱-质谱法和三点比较式臭袋法分析了好氧发酵升温、高温和降温阶段产生的VOCs种类和浓度及臭气浓度。结果表明,蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程共检出34种VOCs,其中芳香烃类化合物11种、烷烃7种、含硫化合物4种、酮类4种、卤烃类化合物3种、醇类2种、酯类2种、醛类1种;发酵升温期臭气浓度最大,达72 443,而在降温期产生的VOCs种类最多为29;在联合好氧发酵过程中主要致臭物质为甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、NH3和H2S,羰基硫、乙醛和苯乙烯仅在高温期产生且浓度较高;根据嗅阈值比值大小与最大浓度,需重点监测和控制恶臭物质的顺序是二甲二硫醚H2SNH3甲硫醚。该研究结果为蔬菜废弃物与畜禽粪便联合好氧发酵过程中恶臭物质的监测和控制策略研究提供理论依据。     

中国农作物秸秆综合利用潜力研究

针对秸秆分区布局规划不完善,导致地区性、季节性、结构性秸秆过剩,资源浪费与环境污染问题突出,研究秸秆综合利用规划理论,提出"一主多元、农用优先"秸秆综合利用途径。中国秸秆综合利用潜力总量8.76亿t,比2015年增加利用量1.56亿t,其中秸秆肥料化、饲料化和能源化利用量分别增加8 722.4万t、5 122.3万t和1 720.1万t。通过肥料和饲料化利用,可直接和间接替代化肥潜力氮肥(N)1 481.6万t、磷肥(P2O5)419万t、钾肥(K2O)1 885.1万t,节本增效节约化肥成本约685.9亿元(折合98.5元/t秸秆);通过能源化利用,可替代煤炭等化石能源5982.4万t(标准煤),可减排二氧化碳1.5亿t、二氧化硫448.7万t、氮氧化物224.3万t,烟尘4068万t,经碳排放交易经济效益可达20.25亿元(折合16.9元/t秸秆),环境和经济效益显著。     

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-reductionpotential,ORP)、挥发酸(volatilefattyacids,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172 d后,S:CM=1:1条件下ORP迅速增加至高于–300 mV。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。     

生物质炭催化玉米秸秆热解气重整提质研究

为研究生物炭作催化剂消减焦油提高热解气品质的效果,以玉米秸秆为原料,以焦油转化率、热解气产率和热解气热值为评价指标,研究重整温度、停留时间和生物炭特性对热解气提质的影响,并分析生物炭作为催化剂重整前后比表面积的变化。研究结果表明,与石英砂(高温裂解)相比,生物炭具有较好的催化特性,且稻壳炭、木屑炭和玉米秸秆炭对焦油的转化率分别为79.8%、78.6%、72.6%,热解气产率分别为39.7%、38.6%、37.9%。随着重整温度和停留时间的增加,热解气产率和焦油转化率增加,而热解气热值仅随着温度升高而增加,当温度为800℃时,热解气热值为17.6 MJ/m~3。800℃催化重整后生物炭比表面积为79.81 m~2/g,高于550℃热解生物炭比表面积37.96 m~2/g,生物炭作催化剂时不但可以提高热解气品质,而且生物炭比表面积也有所增加。     

国内外堆肥标准分析及其对中国的借鉴启示

中国农业废弃物产量巨大,堆肥是农业废弃物资源化利用的主要方式之一,也是养分和有机质回收到土壤中的方法。结合国内外堆肥标准制定情况,通过分析对比无害化指标、有机质、总养分、重金属、含水率等指标,指出中国存在就农业废弃物处理缺乏专业化堆肥及有机肥标准推进委员会、对堆肥产品中氮磷钾和有机质含量的最低限值较高及未建立堆肥标准体系等问题。建议国家组建堆肥标准制定专家委员会或堆肥协会,进一步规范有机肥生产运行管理,进一步修订有机肥、生物有机肥、沼肥等标准,建立完善的堆肥标准体系。     

生物质颗粒燃料特性及其对燃烧的影响分析

采用欧盟生物质固体成型燃料标准(CEN/TC 335)试验检测了中国和瑞典典型的10种生物质颗粒燃料,重点对中国的秸秆类颗粒燃料与瑞典的木质颗粒进行了对比,并分析其对燃烧特性的影响.结果表明中瑞两国的生物质颗粒燃料都能满足技术标准要求,瑞典木质颗粒具有较高的性能参数;中国的玉米秸秆颗粒燃料发热量比瑞典木质颗粒低20.9%,挥发分低,燃烧后灰渣中的硅含量高20%,灰熔点低,燃烧后灰分多,易结渣,对燃烧设备有较高的要求.     

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。     

双碳背景下黑龙江省农村生活用能研究

针对黑龙江省农村生活用能高、结构不合理及秸秆能源需求大等问题,开展了黑龙江省农村生活用能研究,并对2030年、2060年黑龙江省的农村能源进行了资源量、消费量、能源结构以及温室气体减排贡献等相关预测分析.结果表明:目前黑龙江省农村生活用能总量稳定在0.220亿t标煤,农村生活用能结构以秸秆、煤炭为主,特别是秸秆使用占比...     

数值模拟秸秆热解过程影响要素及其应用分析

为进一步明确秸秆热解过程的影响因素及其相互作用,本研究系统分析2000—2018年国内外秸秆热解研究的相关文献,总结秸秆热解研究中存在的问题。从数值模拟分析的角度对影响秸秆热解过程的因素进行归纳分类,分析数值模拟中需要考虑的因素及其应用,如基于非稳态数值模拟可实时监测秸秆热解过程中装置内部瞬时温度分布、挥发分流动路径、秸秆颗粒流动规律及浓度分布等瞬态物理量变化。阐述将CFD数值模拟与试验测试、理论推导相结合来研究秸秆热解的必要性,并分析此种研究方式的可行性。     

"绿色"引领下东北地区秸秆产业发展长效机制解析

东北地区秸秆产出总量大、积温低,是中国秸秆综合利用的重点和难点区域,推进东北地区秸秆综合利用对于保护黑土地、促进农业绿色发展具有重要意义。该研究在总结农业绿色发展内涵的基础上,结合东北地区秸秆利用现状、主要问题和发展需求,分析了"绿色"引领下秸秆产业发展的总体思路。通过文献调研,研究了以美国等为主的直接还田肥料化利用方式、以韩国等为主的种养结合饲料化利用方式,以丹麦等为主的发电供热能源化利用方式,结合东北地区秸秆利用主要成效与典型做法,阐释了"绿色"引领下东北地区秸秆产业发展长效机制的构成要素及其内在关联,绘制了秸秆产业发展长效机制框架图,并从技术装备研发、法规政策创设、市场主体培育、公共服务与市场监管等方面进行了解析。提出了基于产业发展长效机制的全要素、多维度秸秆利用模式构建原理,并示例说明了利用模式构造基本过程与方法。该研究可为推动东北地区秸秆高质高效利用提供基础支撑和决策参考。