本文關鍵詞：生態(tài)型氣肥耦聯(lián)發(fā)酵工藝模式與技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在能源和環(huán)境問題的雙重壓力下,開發(fā)利用可再生的清潔能源尤為重要。生物質能作為一種可再生的新能源日益受到重視。在各種利用生物質的方法中,進行微生物發(fā)酵制沼氣是一種較為有效的途徑。然而,在利用生物質發(fā)酵制沼氣的同時,也產生了大量的沼液,沼液含水率較大,不易運輸和處理,而沼液以及沼渣中富含各種氨基酸,正是做有機肥料的基質。如何在保證沼氣產量和沼肥質量的前提下,實現(xiàn)沼氣相沼氣沼肥耦聯(lián)生產的發(fā)酵工藝生態(tài)化,已成為亟需要解決的重要課題。本文著眼于生態(tài)型發(fā)酵氣肥耦聯(lián)生產工藝及其應用模式研究,研制出溫室隧道式氣肥聯(lián)產裝置,并完成了生產性運行實驗研究;進行了生態(tài)型發(fā)酵溫室系統(tǒng)能量平衡分析,繪出生態(tài)型發(fā)酵溫室系統(tǒng)的能流圖,優(yōu)化出生態(tài)型發(fā)酵經(jīng)濟溫度;開展了生態(tài)型發(fā)酵沼液沼渣的預處理技術及其肥效相關實驗研究;針對位于南水北調中線工程水源保護區(qū)的河南省西峽縣農業(yè)產業(yè)區(qū)域特色,提出西峽縣獼猴桃產區(qū)生態(tài)發(fā)酵氣肥聯(lián)產技術及其應用模式,主要研究結果如下:(1)研制出一種生態(tài)型發(fā)酵沼氣氣肥聯(lián)產裝置-溫室隧道式氣肥聯(lián)產裝置,對高效沼氣氣肥聯(lián)產裝置的結構和功能進行了優(yōu)化和研究,對氣肥聯(lián)產裝置的發(fā)酵單元、太陽能溫室、輔助加熱單元等進行了設計和優(yōu)化。設計的溫室隧道式氣肥聯(lián)產裝置,發(fā)酵單元有效容積1000m3,將智能化太陽能溫室與隧道式發(fā)酵系統(tǒng)相結合,提高沼氣發(fā)酵溫度,采用原料回流與氣體攪拌提高原料利用率,池容產氣率達到0.8m3/m3·d,原料產氣率達到0.3m3/kg,發(fā)酵周期30天,月產沼氣1800m3。(2)對生態(tài)型發(fā)酵溫室進行熱平衡分析,建立以沼氣技術為紐帶的生態(tài)型發(fā)酵沼氣工程溫室能量流動的數(shù)學模型,通過對整個系統(tǒng)能量流動過程進行模擬研究,從理論上確定該系統(tǒng)的能量流動的穩(wěn)定性。盡可能提高太陽能和輔助能量轉化利用效率,以增加溫室系統(tǒng)的產出。通過溫室熱平衡的分析和計算,可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)結構是否合理和生產過程中的薄弱環(huán)節(jié),從而提出改進措施。(3)依據(jù)能量守恒定律和物料平衡原理,核算加熱成本,對生態(tài)型沼氣反應器進行系統(tǒng)分析,建立生態(tài)型發(fā)酵經(jīng)濟溫度的數(shù)學模型,確定出經(jīng)濟效益最優(yōu)化時的溫度,即經(jīng)濟發(fā)酵溫度,為生態(tài)型發(fā)酵沼氣工程運行的PID控制提供科學參考。(4)提出沼液產品加工工藝和沼渣制肥工藝,提出采用負壓蒸發(fā)的辦法濃縮沼液,設計了相應的負壓蒸發(fā)裝置,并進行了相關的實驗研究。結果表明:在加熱濃縮沼液時,期望沼液溫度越低越有利于避免沼液中氮磷鉀等元素的流失,同時真空度越大,越容易蒸發(fā),當真空度在0.065Mpa時沼液的濃縮率可達到26.5%。采用所提出的沼渣制肥工藝所制得的有機肥產品合格。(5)基于生態(tài)農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)的價值鏈分析,結合實際情況構建了基于價值鏈的生態(tài)型獼猴桃產區(qū)氣肥聯(lián)產模式,既實現(xiàn)氣肥聯(lián)產的功能性、又保障獼猴桃生產的品質和經(jīng)濟性,為生態(tài)農業(yè)的開展提供了嶄新的創(chuàng)新模式參考,實現(xiàn)氣肥聯(lián)產系統(tǒng)和獼猴桃種植系統(tǒng)以及農業(yè)大生產系統(tǒng)、環(huán)境大系統(tǒng)的良性協(xié)調運行。實際運行分析表明:生態(tài)獼猴桃的氣肥聯(lián)產設計合理,原料預處理考慮周密得當,產氣集中,運行穩(wěn)定,管理方便,是一種適合規(guī)�；\行和推廣的創(chuàng)新模式;施用沼肥后的獼猴桃營養(yǎng)價值較高;采用生態(tài)發(fā)酵模式可帶來較好的經(jīng)濟和社會效益。
【關鍵詞】：氣肥耦聯(lián) 經(jīng)濟發(fā)酵溫度 負壓沼液濃縮 生態(tài)模式
【學位授予單位】：河南農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 致謝4-9
• 摘要9-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.1.1 我國發(fā)展生物質能源的必要性11
• 1.1.2 生物質資源的利用技術11-12
• 1.2 生物質發(fā)酵綜合化利用研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 生物質制沼氣12-14
• 1.2.1.1 生物質厭氧發(fā)酵產沼氣原理12
• 1.2.1.2 影響沼氣發(fā)酵工藝的因素12-14
• 1.2.2 沼液的利用14-16
• 1.2.2.1 沼液成分14-15
• 1.2.2.2 沼液的用途15
• 1.2.2.3 我國沼渣沼液綜合利用存在諸多問題15-16
• 1.2.3 生物質氣肥耦聯(lián)模式16-17
• 1.2.3.1 當前主要模式16-17
• 1.2.3.2 當前模式存在的不足17
• 1.3 本文研究目的與內容17-19
• 1.3.1 本文研究目的17
• 1.3.2 本文主要研究內容17-19
• 2 生態(tài)型氣肥耦聯(lián)發(fā)酵工藝設計19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 溫室隧道式沼氣氣肥耦聯(lián)工藝設計19-28
• 2.2.1 厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的設計20-24
• 2.2.2 溫室隧道式沼氣氣肥聯(lián)產成套設備24-28
• 2.3 運行實驗28-29
• 2.3.1 試驗測試目的和依據(jù)28
• 2.3.2 實驗條件及其日期28
• 2.3.3 試驗測試參數(shù)與結果28-29
• 2.4 本章小結29-30
• 3 生態(tài)型發(fā)酵關鍵工藝參數(shù)分析30-56
• 3.1 引言30
• 3.2 生態(tài)型發(fā)酵溫室的熱平衡分析30-39
• 3.2.1 溫室熱交換的基本原理30
• 3.2.2 溫室系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的能流圖30-33
• 3.2.3 溫室熱負荷的計算33-39
• 3.2.3.1 污水進出溫室時攜帶的生物能33-34
• 3.2.3.2 溫室內吸收的太陽輻射熱量34-36
• 3.2.3.3 通過圍護結構材料的傳熱量36-37
• 3.2.3.4 地面?zhèn)鳠崃?/span>37
• 3.2.3.5 滲透熱損失37-38
• 3.2.3.6 沼氣離開溫室時攜帶的生物能38-39
• 3.2.3.7 太陽能集熱器的采光面積39
• 3.3 生態(tài)型發(fā)酵經(jīng)濟溫度確定39-50
• 3.3.1 數(shù)學模型39-44
• 3.3.1.1 溫度與產氣量的關系40
• 3.3.1.2 反應器的能量平衡分析40-41
• 3.3.1.3 反應器的總散熱量41-43
• 3.3.1.4 反應器的加熱量43
• 3.3.1.5 加熱的經(jīng)濟成本43-44
• 3.3.2 工程案例驗證44-49
• 3.3.2.1 工程案例簡介44
• 3.3.2.2 發(fā)酵溫度與沼氣產氣量的關系44-45
• 3.3.2.3 散熱量與料液溫度的關系45-47
• 3.3.2.4 加熱量與經(jīng)濟成本的關系47-49
• 3.3.3 分析49-50
• 3.4 秸稈粉碎尺度對其厭氧發(fā)酵的影響50-55
• 3.4.1 材料與方法50-51
• 3.4.1.1 試驗材料50
• 3.4.1.2 試驗裝置50
• 3.4.1.3 分析測試與計算方法50-51
• 3.4.2 結果與分析51-55
• 3.4.2.1 原料粉碎尺度對沼氣產率影響51-53
• 3.4.2.2 原料粉碎尺度對PH的影響53
• 3.4.2.3 粉碎尺度對原料化學組分變化的影響53-54
• 3.4.2.4 原料粉碎尺度對微生物分布的影響54-55
• 3.5 本章小結55-56
• 4 生態(tài)型發(fā)酵沼肥工藝56-76
• 4.1 引言56
• 4.2 沼液產品加工工藝設計56-59
• 4.3 沼液的負壓蒸發(fā)濃縮59-74
• 4.3.1 系統(tǒng)結構組成59-62
• 4.3.2 工作原理62-63
• 4.3.3 裝置主要參數(shù)的設計63-69
• 4.3.3.1 設計方案的確定63
• 4.3.3.2 各項設備的參數(shù)設計63-69
• 4.3.4 負壓蒸發(fā)濃縮沼液裝置實驗69-74
• 4.3.4.1 實驗目的69
• 4.3.4.2 實驗設計69
• 4.3.4.3 不同溫度下沼液理化性質實驗69-73
• 4.3.4.4 負壓蒸發(fā)濃縮沼液實驗73-74
• 4.4 沼渣制肥工藝流程設計74-75
• 4.5 本章小結75-76
• 5 生態(tài)型氣肥耦聯(lián)發(fā)酵工藝模式76-95
• 5.1 引言76
• 5.2 模式的理論基礎76-77
• 5.2.1 價值鏈76
• 5.2.2 生態(tài)產業(yè)鏈76
• 5.2.3 發(fā)展新的沼氣生態(tài)農業(yè)模式的條件76-77
• 5.3 模式構建與特征分析77-79
• 5.3.1 模式總體結構77-78
• 5.3.2 系統(tǒng)要素組成78-79
• 5.3.3 模式特征79
• 5.4 模式的具體體現(xiàn)形式79-84
• 5.4.1 殖沼果模式79-80
• 5.4.2 殖沼電果模式80-81
• 5.4.3 多品種綜合生態(tài)模式81
• 5.4.4 綠色能源為主模式81-83
• 5.4.5 循環(huán)農業(yè)為主模式83
• 5.4.6 立體農業(yè)循環(huán)經(jīng)濟模式83-84
• 5.5 生態(tài)型獼猴桃種植中沼肥應用84-92
• 5.5.1 沼肥在生態(tài)型獼猴桃種植中的應用技術研究84-90
• 5.5.1.1 沼液水肥一體化關鍵技術84-87
• 5.5.1.2 基于沼肥的生態(tài)型獼猴桃種植技術87-90
• 5.5.2 生態(tài)型獼猴桃種植中的能量平衡90
• 5.5.3 獼猴桃種植采用沼肥后的效果90-92
• 5.6 生態(tài)發(fā)酵模式推廣應用情況、經(jīng)濟效益和社會效益92-94
• 5.6.1 推廣應用情況92-93
• 5.6.2 近三年直接經(jīng)濟效益93
• 5.6.3 社會效益與間接經(jīng)濟效益93-94
• 5.7 本章小結94-95
• 6 結論及展望95-97
• 6.1 本文的主要結論95-96
• 6.2 展望96-97
• 參考文獻97-102
• 攻讀博士學位期間公開發(fā)表的學術論文102
• 攻讀博士學位期間參與的科研項目102-103
• ABSTRACT103-105

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本文編號：394741