含固率对污水厂剩余污泥和生活垃圾混合厌氧发酵的影响

以城市污水处理厂剩余污泥和生活垃圾的混合物为厌氧发酵底物,在中温(35℃)条件下,采用序批式厌氧发酵法进行试验。研究了不同含固率下的日产气量、累计产气量、TS和VS去除率、发酵液p H值等变化规律。研究结果表明,在适宜范围内提高进料含固率可提高系统累积产气量,但会推迟产气高峰,延长发酵周期。其中,物料含固率为3%的试验组产气效果最佳,日产气量高达537 m L,累计产气量为7 905 m L,过高或过低的含固率均不利于产气以及TS和VS的去除。混合物料含固率越高,发酵液p H值降低越多。控制合理的进料含固率能够增强系统缓冲能力,有效缓解城市生活垃圾易水解导致的p H值急剧下降情况。     

Fe2(SO4)3对稻秆和猪粪混合厌氧发酵产气的影响

为了探究不同剂量Fe_2(SO_4)_3对混合厌氧发酵产气的影响,以猪粪和稻秆为发酵原料,添加初始剂量分别为0.5%、1%、3%、6%、9%(基于发酵原料总固体质量)的Fe_2(SO_4)_3,采用中温((35±1)℃)厌氧发酵,发酵周期为30 d。结果表明,添加3%Fe_2(SO_4)_3处理总产气量和产甲烷量最高,相比对照分别提高了32.01%和51.48%;而Fe_2(SO_4)_3添加量过高会抑制产气,6%、9%添加量处理的总产气量相比对照分别降低了10.50%、11.73%。其中,9%的Fe_2(SO_4)_3添加组出现了挥发性脂肪酸(VFA)累积和发酵液p H值偏低的现象。对产气组分分析发现,不同添加量的Fe_2(SO_4)_3对N_2等主要气体含量影响无明显差异,但硫酸根的引入提高了各试验组沼气中的H_2S含量。通过对沼渣的XRD分析发现,铁源的添加促进了纤维素的分解,并刺激了体系中的硫与多种重金属元素生成矿物沉淀。     

基于动力学与混合核函数LS-SVM的厌氧发酵产气量预测模型研究

利用农业生产中产生的牲畜粪便牛粪和秸秆进行厌氧发酵试验,以产气量为参考指标,研究牛粪和秸秆厌氧发酵的产气量预测模型。试验过程中测量发酵物的氧化还原电位(ORP)、p H值、挥发性脂肪酸(VFA)、氨氮含量、化学需氧量(COD)、电导率及产气量,并用灰色关联分析法筛选出与产气量关联较强的参数,将筛选出的参数作为多项式核函数和高斯径向基核函数构建的混合核函数LS-SVM模型的输入量,训练出预测能力较强的混合核函数LS-SVM模型,然后在混合核函数LS-SVM模型中融入微生物动力学构建产气量预测模型,并用验证集验证模型性能。仿真结果表明,筛选得到关联较强的参数为ORP、p H值、VFA、氨氮含量;融入动力学的混合核函数LS-SVM模型与混合核函数LS-SVM模型相比,产气量的预测更准确,误差更小,最小误差减少了近一个数量级,试验证明该模型有效。     

新型茧覆惰化材料对不同体积分数甲烷的吸收性能分析

针对研制出的新型茧覆惰化材料,选择在甲烷爆炸下限以下2%、3%和4%三个体积分数梯度,使用纯水、多体积分数水平的新型复配试剂和参比试剂(国际先进水基灭火溶液F-500)对含有不同体积分数甲烷的混合气体进行喷洒,对比研究新型试剂在不同体积分数甲烷泄漏环境中的吸收性能。结果表明,不同甲烷体积分数环境下,两试剂均表现出良好的吸收包覆甲烷的能力,配方试剂对应曲线较参比试剂的波动小,甲烷体积分数下降速度更快,茧覆吸收效果突出、稳定;随添加量增加,两试剂受到分布不均及包覆饱和的影响,作用后期出现小范围反吸收效应,但不影响甲烷体积分数的整体下降趋势。配方试剂吸收包覆可燃烷烃的能力随试剂添加量及作用时间增长而增强,当添加量超过3%时,作用效果明显,试验初期甲烷体积分数下降迅速,后期逐步趋于稳定。总体而言,新型茧覆惰化材料具有良好的吸收包覆甲烷气体的能力。     

船舶载运煤炭甲烷释放特性研究

为了研究船舶载运煤炭甲烷释放规律,基于Fick扩散定律建立了货舱甲烷体积分数计算模型,分析了不同扩散系数条件下甲烷释放量与时间的关系,确定了空隙系数的取值范围,通过对某船舶煤炭运输过程中甲烷体积分数随船实测对模型进行了验证.结果表明,货舱甲烷体积分数随运输时间增加而增加,扩散系数为1.0×10-8 cm2/s时,甲烷释放量达到极大值;煤炭的空隙系数基本在0.53～ 0.57 m3/t之间.当煤炭极限甲烷解吸量为1.6 ～ 3.83 m3/t时,货舱甲烷最高体积分数在0.53％ ～ 1.22％,5个货舱中4个货舱的甲烷释放量与理论计算相吻合,1个货舱的最大甲烷释放量高出理论计算量6％,船运煤炭过程中的甲烷释放计算模型与实测结果较为吻合.对于甲烷体积分数超限的货舱,及时通风可使甲烷体积分数迅速降低,有效地解决船运煤炭过程中甲烷体积分数超限的问题.     

可燃气体爆炸破坏效应的试验研究

借助高速摄像机及ProAnalyst软件,研究可燃气体体积分数和障碍物对可燃气体爆炸破坏力的影响。测定不同体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸冲击波超压,和爆炸火焰波在有无乒乓球方向传播的平均速度。试验结果表明:超压和平均速度均随着甲烷体积分数的增加呈现先增大后减小的变化趋势,其最大值均出现在甲烷体积分数为10%～11%之间;同一体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸火焰波在有乒乓球方向传播的平均速度比没有乒乓球方向传播的平均速度大。根据试验结果,推导出可燃气体爆炸冲击波超压和爆炸火焰波传播平均速度与可燃气体体积分数之间的函数关系,并得出障碍物对爆炸火焰波传播的加速作用随着体积分数的增加呈现先加强后减弱的变化趋势。     

甲烷煤尘燃烧爆炸试验研究

为揭示甲烷煤尘空气混合物爆炸波的传播规律,采用试验分析的方法,建立甲烷煤尘空气混合物燃烧爆炸的3种试验方案,分析不同体积分数的甲烷和不同质量浓度的煤尘消耗不同体积空气时的爆压和爆速等参数的发展趋势,探究爆轰波传播的稳定性,阐明了甲烷煤尘燃烧爆炸的基本特征。试验结果表明,在最优配比条件下,与单一甲烷空气、煤尘空气混合物相比,甲烷煤尘空气混合物的爆压、爆速明显增加。甲烷煤尘空气混合物爆轰比单一的气相、固相混合物爆轰的爆炸压力、爆速明显增加、爆轰更稳定。     

氨真空预处理对互花米草厌氧发酵特性的影响

为解决木质纤维结构对互花米草厌氧发酵过程的抑制作用,提出了氨真空预处理的方法.在氨水体积分数为10%,真空度分别为0.03 MPa和0.06 MPa的条件下对互花米草进行预处理,然后在35℃,挥发性固体(VS)质量分散为6%的条件下对预处理后的原料进行批量厌氧发酵试验.FTIR、UV和XRD分析结果表明,该预处理方法可以有效促进木质素和纤维素无定型区的降解.批量发酵试验结果表明,在36d的发酵时间内,真空度为0.06 MPa和0.03 MPa处理组的累积产气量分别达到了 136.3 mL/gVS和110.1 mL/gVS,比对照组的99.5mL/gVS分别提高了36%和11%.VFAs分析结果表明,该处理方法可以提高互花米草的水解产酸速度,从而提高发酵液中VFAs的浓度.     

超细粒级浸出渣充填配比试验研究

为了探究超细粒级浸出渣与分级尾砂混合作为充填骨料的充填体强度能否达到凡口铅锌矿井下充填的要求,开展了浸出渣与分级尾砂的充填配比试验。通过充填配比试验,分析不同配比和质量分数的充填料浆的流动性和充填体强度特性。结果表明:质量分数对充填体强度的影响较大;灰砂比、质量分数越大,充填体的强度越高;在一定范围内,增加浸出渣的用量可提高充填体的强度;扩散度可以很好地反映充填料浆的流动性,充填料浆的流动性随质量分数增加而减小,当质量分数较高时增加水泥用量可提高充填料浆的流动性,增加浸出渣含量会导致充填料浆的流动性降低。根据凡口铅锌矿充填技术要求及室内充填配比试验结果,得出不同部位的最佳充填配比:矿房采场的最佳灰砂比、浸出渣与分级尾砂之比、质量分数分别为1∶6、1∶5、71%,间柱采场为1∶6、1∶6、69%,首层和浇面为1∶3、1∶6、71%。     

多种废弃物混合厌氧发酵产气及对重金属的影响

为综合利用多种废弃物混合发酵产沼气及解决沼渣中重金属污染问题,选用猪粪为主料,麦秸、蓝藻、磷矿粉作为辅料,厌氧污泥为微生物接种源,将多种废弃物组合发酵.通过分析不同原料组合的产气效果及对沼渣重金属的钝化效果来探究最佳产气和钝化重金属的原料组合.结果表明:各配比试验中"猪粪+污泥+麦秸"组合(ZJ)产气效果最佳,总产气量是"猪粪+污泥+蓝藻"组合(ZL)的4.8倍,日产气量较ZL组提前3 d达到极值;磷矿粉对各组沼渣中的重金属均有钝化作用,"猪粪+污泥+麦秸+磷矿粉"(ZJ1)组合对沼渣中重金属Cu、Zn钝化效果最优,残渣态分配率分别升高了 5.25个百分点和6.77个百分点;ZJ1沼渣重金属生物有效性下降率最高,Cu、Zn生物有效性分别下降了50.39％和59.25％.蓝藻对发酵沼渣中Cu、Zn则具有活化作用,其Cu、Zn生物有效性分别增加了 28.04％和20.69％.因此,猪粪、污泥、秸秆、磷矿粉通过合适配比进行厌氧发酵,既能绿色产能使多种污染物资源化,又能降低沼渣中重金属污染,为多种污染物协同厌氧发酵产沼气提供理论依据和参考.     

煤矿巷道中低浓度甲烷微生物降解效能实验研究

为了研究煤矿低浓度甲烷微生物降解效能,富集、纯化分离并初步鉴定出可以甲烷作为唯一碳源的高效降解甲烷的好氧型微生物。生理生化实验表明,该菌符合甲烷氧化菌的典型特征。自主设计了模拟巷道中低浓度甲烷微生物降解实验分析系统。实验结果表明,在风速为0.5~1.0 m/s,甲烷体积分数为1%~5%范围内,随着甲烷体积分数的增加,甲烷的降解效果越明显,然而风速越大越不利于甲烷的降解,经过50 min的降解,甲烷体积分数由最高的5%最低降至1.43%;二氧化碳体积分数可由初始的0.031%最大升高到0.075%。实验还发现消耗的甲烷和生成的二氧化碳并非符合1∶1的比例。     

超细水雾抑制甲烷爆炸的影响因素分析

为深入了解超细水雾对甲烷爆炸的抑制作用,搭建小尺寸半封闭可视化试验平台并开展试验,研究超细水雾喷施量、甲烷体积分数、通入甲烷位置和预混时间4个因素对甲烷与空气的混合物的爆炸的影响。结果表明:超细水雾能有效抑制甲烷爆炸,其中对9. 5%甲烷的抑制作用最明显;随着超细水雾喷施量的增大,抑制作用增强;甲烷体积分数对甲烷爆炸最大爆炸超压ΔP_(max)有显著影响,超细水雾喷施量对甲烷爆炸ΔP_(max)有一定影响;超细水雾喷施量对甲烷爆炸火焰传播时间有显著影响,甲烷体积分数对甲烷爆炸火焰传播时间有一定影响。     

废弃碳源甘油强化污泥发酵生产挥发性脂肪酸的研究

针对污泥厌氧消化碳氮比不均衡导致挥发性脂肪酸(VFA)产量低的问题,在中温(35℃)条件下,通过向污泥发酵体系投加不同量的废弃生物碳源甘油,考察污泥和甘油混合比对p H、VFA、溶解有机物、生物气的影响。结果表明C/N为25/1对污泥厌氧发酵促进效果最好,p H最低值为7.1,VFA的最大含量为584 mg/g。进一步研究发现适宜C/N能够提高溶解性蛋白质和多糖的含量,从而为VFA的积累提供充足的物质基质。此外,C/N为25/1时,生物气的最大产量为2 141 m L。     

甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰传播特性的影响

为探究甲烷体积分数对煤粉爆炸过程的影响,并掌握甲烷-煤粉爆炸火焰传播特征,通过粒度分析仪和同步热分析仪研究2种煤粉样品的粒径大小和热解过程。利用1 500 mm×80 mm×80 mm的半开口竖直燃烧管道,探究不同甲烷体积分数下,中位粒径分别为65和25μm烟煤粉的火焰传播特性,分析甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰结构、温度和速度的影响。结果表明:25μm煤粉比65μm煤粉的火焰更加明亮,甲烷体积分数的增加对65μm煤粉火焰有更强的促进作用;当甲烷体积分数越接近当量比时,火焰锋面越规则,火焰速度也越快;随着甲烷体积分数的增加,火焰温度和火焰传播速度均呈现先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9%时,火焰温度达到最大值;甲烷体积分数为8%和10%时,65和25μm煤粉最大火焰速度为分别为26.53和39.28 m/s。     

氢气对预混甲烷/空气燃爆过程的影响

为研究氢气的加入对不同体积分数甲烷/空气预混爆炸过程影响的规律,在尺寸为150 mm×150 mm×1 000 mm的管道中通入体积分数为8%、9.5%和11.5%的甲烷/空气预混气体,然后加入一定体积分数的氢气。氢气所占体积分数分别为0、0.74%、1.48%、2.95%、4.40%。分别对加入不同体积分数的甲烷爆炸过程中爆炸压力、火焰图像和爆炸温度进行测量、分析。结果表明:只有在8%纯甲烷爆炸时能够形成完整的郁金香火焰。8%和9.5%甲烷体积分数试验中,氢气的加入使火焰面由上下对称变得不对称,火焰阵面上移,火焰速度加快;爆炸中的最大超压增大并且最大超压时刻点提前。在11.5%的甲烷加氢试验中,随加氢量增加,爆炸压力、温度、火焰速度分别略微降低。这表明氢气的加入在体积分数为8%的爆炸反应中较大地促进了反应,而体积分数为11.5%时加氢后爆炸反应减弱。通过理论分析计算了半封闭管道中体积分数为9.5%甲烷爆炸温度和实测温度之间的差异。爆炸压力和温度的变化能很好地反映加入氢气对甲烷爆炸的影响。     

餐厨垃圾固渣厌氧发酵产甲烷潜力及Logistic动力学研究

为考察餐厨垃圾经提炼生物柴油处理后的固渣厌氧生物处理的可行性,在中温条件下,研究固渣批式厌氧发酵的产气特性和物质转化过程,并结合Logistic方程分析该固渣厌氧消化产甲烷的动力学过程.结果表明,该固渣具有较高的厌氧发酵产甲烷潜力,在2:1的物料比条件下,单位质量固渣产气效率最高,甲烷产量达633 NmL/gVS.稳定状态下,Logistic方程可以较好地分析餐厨垃圾固渣厌氧发酵产甲烷过程(决定系数R2＞ 0.99),经过拟合,产甲烷潜力为661.33NmL/g VS,最大产甲烷速率为106.78 NmL/(g VS-d),无滞后期,与试验结果基本一致.随底物负荷提高,总挥发性脂肪酸和氨氨的质量浓度分别达到14 800 mg/L、2 500 mg/L,pH值降至5.0左右,产甲烷菌活性受到总挥发性脂肪酸(VFAs)、高浓度氨氮(NH4+-N)及低pH值的严重抑制.     

可燃气体燃爆特性综合试验装置构建与甲烷试验

为研究半开敞空间内可燃气体爆炸过程,设计带有泄压面的气体爆炸室,并在此基础上构建一套可燃气体燃爆特性综合试验装置。运用该试验装置,研究预混塔内甲烷气体分层现象以及甲烷爆炸浓度与最小点火能之间的变化规律。甲烷分层试验结果表明:静置一段时间后,预混塔中甲烷浓度随高度的增加而增大。最小点火能试验结果显示,当甲烷的试验爆炸体积分数在10%～13%时,其浓度与点火能之间呈现比较平缓的变化关系,而当其体积分数小于10%或大于13%时,浓度稍微变化,其点火能将发生明显变化。     

丙烷对甲烷-空气预混气体爆炸影响机理研究

为探究丙烷对甲烷爆炸的影响，通过试验研究不同体积分数丙烷对甲烷爆炸特性的影响特征，利用CHEMKIN-PRO软件模拟丙烷影响甲烷爆炸过程中自由基变化特征。结果表明，随着丙烷体积分数的增大，丙烷对甲烷爆炸呈现出先促进后抑制的作用。当丙烷体积分数为0.2%～0.6%时，促进甲烷爆炸；当丙烷体积分数为0.8%～1.0%时，抑制甲烷爆炸。在丙烷促进甲烷爆炸阶段，丙烷通过均裂反应生成·C₂H₅和·CH₃,·CH₃增大·H、·O、·OH的生成速率，导致爆炸强度增强；在丙烷抑制甲烷爆炸阶段，随着丙烷体积分数的持续增加，O₂体积分数降低，·O生成速率降低，·H、·OH生成速率降低，导致爆炸强度减弱。     

餐厨垃圾厌氧干发酵处理产甲烷潜力及动力学研究

研究采用中温厌氧干发酵反应器,针对餐厨垃圾厌氧干发酵过程中p H,VFA,COD和产气量的变化,结合修正Gompertz方程分析厌氧干发酵产甲烷的动力学过程。在中温厌氧干发酵系统负荷和初始条件下,分析厌氧干发酵产甲烷过程变化,建立厌氧干发酵产甲烷模型,对其预测和试验验证及误差进行分析。结果表明,在中温厌氧干发酵过程中p H先下降后上升,VFA浓度先增加后减少,COD去除率保持在76.02%~90.28%之间;修正Gompertz动力学模型,可以较好地分析餐厨垃圾厌氧干发酵产甲烷过程(决定系数R~20.99),经拟合,具有较高的产甲烷能力,且与试验结果显著相关;在检验水平a=0.05条件下,其方差分析的P值为0.938,大于0.05的显著性,表明模型能较好地预测厌氧干发酵累积产甲烷量。     

充填浆液的产气测试及对CO传感器监测的影响

针对采空区充填浆液因发生物化反应后产生干扰气体,引起矿用电化学CO传感器误报警的问题,基于浆液的氧化周期、产气特性、反应后成分的X射线衍射(XRD)及充填产生气体对矿用电化学CO传感器的交叉干扰等测试,研究煤矸石、粉煤灰、普通硅酸盐水泥和矿井水以65.5∶4.5∶10∶20比例配置成的充填浆液的产气特性,探究充填产生气体对矿用电化学CO传感器的影响特征。结果表明：采空区充填浆液在物化反应过程中会消耗O₂和CO₂,且会产生H₂、CO和CH₄;其中O₂和CO的体积分数变化与煤矸石氧化有关,CH₄的体积分数变化与煤矸石中甲烷解吸有关,CaO和CO₂的反应会导致CO₂体积分数的降低,粉煤灰中的铝粉在碱性环境中反应会产生H₂,且H₂是造成矿用电化学CO传感器误报警的主要因素,并对矿用电化学CO传感器检测结果呈正交叉干扰。