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规模化沼气工程预警监控系统设计与实验

农业机械学报 2018年第6期49卷 318-324页

作者：吴树彪张相雨王海粟孙昊董仁杰中国农业大学农业部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083

针对目前规模化沼气工程中以挥发性脂肪酸(VFAs)和碳酸氢盐(TIC)质量浓度为指标预警的监测装置自动化程度较低的现状,基于Nordmann滴定法和工业控制计算机,设计了一种可检测厌氧发酵过程中pH值、VFAs和TIC,并根据异常进行修复的自动预... 详细信息

针对目前规模化沼气工程中以挥发性脂肪酸(VFAs)和碳酸氢盐(TIC)质量浓度为指标预警的监测装置自动化程度较低的现状,基于Nordmann滴定法和工业控制计算机,设计了一种可检测厌氧发酵过程中pH值、VFAs和TIC,并根据异常进行修复的自动预警诊治系统。从系统所要实现的功能出发,确定系统开发的总体设计方案,选用Visual Studio 2017软件开发平台,采用C#高级语言进行工控机软件编程,将整个系统分为数据远程传输模块、总控制模块、显示模块、运动控制模块、滴定模块、清洗模块、进样模块、I/O控制模块、数据采集模块等9大模块,不仅可以实现规模化沼气工程厌氧发酵过程的自动监测、预警、运行状态诊断及发送,用户也可远程管理沼气工程的运行。实验验证结果表明,实际鸡粪发酵液的检测准确度和精密度均在95%以上,高于手动滴定结果。

关键词：规模化沼气工程厌氧发酵挥发性脂肪酸碳酸氢盐 Nodmann滴定法监控系统

基于改进半监督模型的空间异质性农田特征提取研究

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农业机械学报 2023年第12期54卷 173-185页

作者：陈理韩毅杨广赖有春郑永军周宇光中国农业大学工学院北京100083 农业农村部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083

提取农田信息对智慧农业、环境保护等有重要意义。监督学习模型对不同地貌、区域、种植类型等空间异质性农田的特征提取效果不佳。针对该问题,本文提出一种半监督学习模型,该模型使用基于加权损失函数的在线难例样本挖掘策略,在Vaihinge... 详细信息

提取农田信息对智慧农业、环境保护等有重要意义。监督学习模型对不同地貌、区域、种植类型等空间异质性农田的特征提取效果不佳。针对该问题,本文提出一种半监督学习模型,该模型使用基于加权损失函数的在线难例样本挖掘策略,在Vaihingen数据集中总体精度高达87.1%,相较于其他半监督学习模型的提取效果最好。在吉林一号农田影像数据集进行空间异质性农田特征提取中的对比试验和精度评估,结果表明:分别使用拟提取地区和训练集地区的无标注影像训练该模型,均可提高对空间异质性农田特征提取精度,若无标注影像与拟提取地区影像中农田特征相似度高,总体精度可提升2.1~6.1个百分点,总体精度最高可达84.0%。该模型使用更少量的标注信息获得媲美监督学习模型的提取效果;而使用相同量的标注信息,可以通过增加无标注影像以取得比监督学习模型更好的提取效果。本文构建河北献县地区的农田数据集,模型使用吉林一号农田影像数据集(部分1)作为有标注训练集,吉林一号农田影像数据集(部分2)和献县地区高分二号影像数据集作为无标注影像训练后的总体精度高达88.7%。验证了改进后的半监督学习模型可准确有效提取空间异质性农田特征。

关键词：农田特征提取语义分割半监督学习空间异质性农田遥感影像

基于文献计量学的玉米秸秆利用及关键共性技术分析

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农业工程学报 2024年第12期40卷 224-236页

作者：陈理赖有春陈帅宇马明旭周宇光韩毅冯欢欢郑永军中国农业大学工学院北京100083 农业农村部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083

为促进玉米秸秆全价值利用,该研究以中国知网(CNKI,China national knowledge infrastructure)数据库和Web of Science(WOS)核心数据库作为数据来源,利用知识图谱可视化软件,绘制玉米秸秆利用领域的知识图谱,以便全面了解玉米秸秆利用... 详细信息

为促进玉米秸秆全价值利用,该研究以中国知网(CNKI,China national knowledge infrastructure)数据库和Web of Science(WOS)核心数据库作为数据来源,利用知识图谱可视化软件,绘制玉米秸秆利用领域的知识图谱,以便全面了解玉米秸秆利用领域的研究现状和发展趋势,总结其面临的主要问题,并在此基础上深入挖掘分析玉米秸秆利用关键共性技术。玉米秸秆利用研究大致可分为1990—2007年及2008—2022年两个阶段。在后一阶段,各研究团队逐渐构成以肥料化、饲料化为主,燃料化为辅的玉米秸秆利用研究体系。经文献梳理发现,玉米秸秆利用研究大致经历了3次阶段性热点迁移,每次变化时长约为10a;中国玉米秸秆利用研究已取得较多成果,主要集中在秸秆还田和生物质能源生产方面;通过对知识图谱综合分析发现,玉米秸秆利用的热点方向包括生物质能源生产、土地改良和保护、畜牧业发展和饲料生产。最后,知识工程和归纳法分析结果表明,玉米秸秆利用技术仍存在收运不及时、还田质量低、秸秆制饲料技术不成熟、能源化技术成本高和附加值低等瓶颈。故在农业废弃物资源化利用这一国家重大需求驱动下,该文主要关注并分析了未来研究应重点聚焦的13项玉米秸秆全价值利用关键共性技术。该研究可为促进中国玉米秸秆全价值利用提供参考。

关键词：秸秆利用文献计量学 Web of Science 中国知网关键共性技术

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纳米铁氧化物强化牛粪厌氧发酵产甲烷

农业环境科学学报 2024年第5期43卷 1163-1170页

作者：李煜叶青青瞿云山刘子墨任玉莹于莉民李欣中国农业大学工学院农业部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083

为探究金属添加剂对牛粪厌氧发酵产甲烷过程的影响,提升牛粪厌氧发酵效率,本研究以纳米铁氧化物(Iron oxide nanoparticle,INP)为典型金属添加剂,比较了添加INP的反应器和从未添加INP的对照反应器中日产甲烷量、总挥发性酸、纤维素和半... 详细信息

为探究金属添加剂对牛粪厌氧发酵产甲烷过程的影响,提升牛粪厌氧发酵效率,本研究以纳米铁氧化物(Iron oxide nanoparticle,INP)为典型金属添加剂,比较了添加INP的反应器和从未添加INP的对照反应器中日产甲烷量、总挥发性酸、纤维素和半纤维素等的变化,并进一步探究INP添加对微生物群落和关键酶活性的影响。结果显示,INP添加促进纤维素水解并有利于挥发性脂肪酸的降解,从而促进产甲烷过程。连续反应器每日添加625 mg∙L^(-1)INP时日甲烷产量达到173.4 mL∙g^(-1)∙d^(-1),比对照组提高了38.3%;即使反应器停止添加INP,与对照组相比日产甲烷量依然显著提高(P化菌Mesotoga和嗜氢产甲烷菌Methanoculleus这一对协同互营菌。宏基因组分析表明,INP添加显著促进嗜乙酸产甲烷途径和嗜氢产甲烷途径相关酶的活性,尤其提高了甲烷合成关键酶-甲基辅酶M还原酶(EC 2.***.4.1)的活性(P能源化利用效率。

关键词：厌氧发酵牛粪纳米铁氧化物挥发性脂肪酸宏基因组学

厌氧消化液氨氮吹脱回收整体处理装置设计与中试试验

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农业机械学报 2016年第8期47卷 208-215页

作者：吴树彪徐新洁孙昊何柯立魏晓明董仁杰中国农业大学农业部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083 北京联合创业环保工程股份有限公司北京100007

为了促进氨氮吹脱回收工艺处理厌氧消化液的工程化应用,针对投碱量较大、吹脱时易产生泡沫和能耗较高等问题,设计了一套厌氧消化液氨氮吹脱回收整体处理工艺装置。该整体处理装置由高效预处理单元、p H值调节单元及氨氮吹脱与回收单元3... 详细信息

为了促进氨氮吹脱回收工艺处理厌氧消化液的工程化应用,针对投碱量较大、吹脱时易产生泡沫和能耗较高等问题,设计了一套厌氧消化液氨氮吹脱回收整体处理工艺装置。该整体处理装置由高效预处理单元、p H值调节单元及氨氮吹脱与回收单元3个功能单元组成,采用了低耗逆流循环吹脱方法。完成设计后在京郊沼气站进行了中试装置示范搭建,并于2015年8月—11月中旬进行了现场中试试验和工艺优化。结果表明,投加22 g/L生石灰时厌氧消化液pH值可达到运行要求值（10.5以上）,并且在水温和气液比分别为（30.7±2.5）℃和960时,氨氮去除率可达（55.8±2.2）%。研究发现虽然投加石灰干粉具有简便性,但是利用率较低,采用投加石灰浆的方法可以有效避免投加干粉的缺陷,可减少7.5 g/L的投加量。同时研究发现不同厂商生石灰中有效氧化钙的含量差别较大,提升厌氧消化液pH值的性能存在较大差异,并分析得出了不同温度下的建议投碱量。该整体处理装置在常温和低气液比（0~1 000）条件下达到了相对稳定的氨氮脱除效率,具有较好的应用推广前景。

关键词：厌氧消化液氨氮吹脱装置设计中试试验

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一株高生物量链带藻分离筛选与培养条件优化

农业机械学报 2013年第S2期44卷 149-154页

作者：季方郝睿刘颖李道义周宇光董仁杰中国农业大学工学院北京100083 农业部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083 中国农业机械化科学研究院北京100083

为了得到具有高生物量累积特性的微藻及其最优培养条件,从自然水样中分离筛选出一株生物量较高的微藻属,经18s rRNA及ITS1鉴定为链带藻属(Desmodesmus sp.),命名为EJ12-3。通过单因素试验及响应面分析对其培养条件进行优化,得到最大生... 详细信息

为了得到具有高生物量累积特性的微藻及其最优培养条件,从自然水样中分离筛选出一株生物量较高的微藻属,经18s rRNA及ITS1鉴定为链带藻属(Desmodesmus sp.),命名为EJ12-3。通过单因素试验及响应面分析对其培养条件进行优化,得到最大生物量累积的条件为:温度28℃,光照强度131μmol/(m2·s),光周期15∶9(光暗时间比),pH值为6,在此条件下,其培养14 d后的生物量累积可达(0.648±0.015)g/L。并得到这些环境因素对链带藻EJ12-3生长的交互影响,得到二次方程模型,该模型的拟合较好(R2为0.950),有一定的应用价值。

关键词：链带藻分离筛选生物量累积培养条件响应面分析

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模块化滚筒好氧发酵反应器设计与试验

农机化研究 2025年第3期47卷 95-102页

作者：郝旭程红胜沈玉君丁京涛周海宾侯善策郭占斌陈言鑫黑龙江八一农垦大学工程学院黑龙江大庆163319 农业农村部规划设计研究院农村能源与环保研究所北京100125 农业农村部资源循环利用技术与模式重点实验室北京100125

针对现有滚筒式好氧发酵反应器存在腔体容积固定不可调、运行能耗高、尾气余热回用难等问题,基于模块化设计理念,研发了一种模块化滚筒好氧发酵反应器,主要由滚筒、曝气系统、余热回用装置、驱动系统和密封连接件等模块单元组成。对模... 详细信息

针对现有滚筒式好氧发酵反应器存在腔体容积固定不可调、运行能耗高、尾气余热回用难等问题,基于模块化设计理念,研发了一种模块化滚筒好氧发酵反应器,主要由滚筒、曝气系统、余热回用装置、驱动系统和密封连接件等模块单元组成。对模块化滚筒好氧发酵反应器进行堆肥性能试验,结果表明:高温期持续9 d,发酵持续15 d后种子发芽指数达90%以上,各项指标均满足堆肥腐熟和无害化要求。该设计提高了滚筒好氧发酵反应器加工组装效率,扩大了滚筒好氧发酵反应器适用范围,具有规模可调、分段驱动、分级发酵、精准曝气等优点,可为滚筒好氧发酵反应器堆肥技术发展和应用提供支撑。

关键词：模块化好氧堆肥滚筒好氧发酵反应器模块化设计堆肥性能试验

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生物质混燃在农村能源供应中应用分析

农业机械学报 2018年第S1期49卷 407-412页

作者：周宇光赵楠李博文巴哈尔古力.托哈尼亚孜陈德颖董仁杰中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学农业部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083

通过对比生物质、燃煤及两者1∶1的混合燃料在燃煤炉具中采暖及炊事两种工况下的能量效率、排放特征及经济性能,具体量化生物质混燃的技术优势,为清洁低廉的生物质能在农村地区的推广提供理论依据。结果显示,在燃煤炉具中混合燃料燃烧... 详细信息

通过对比生物质、燃煤及两者1∶1的混合燃料在燃煤炉具中采暖及炊事两种工况下的能量效率、排放特征及经济性能,具体量化生物质混燃的技术优势,为清洁低廉的生物质能在农村地区的推广提供理论依据。结果显示,在燃煤炉具中混合燃料燃烧时的能源效率明显高于生物质燃料,且其采暖工况效率高于炊事工况效率近20%。相比于燃煤,混燃时主要气态污染物SO2、NO、NO2综合减排效果良好,PM2. 5排放量远低于国标限值(100 mg/MJ)。其主要有机污染排放PAHs也能得到有效控制,尤其是高环PAHs在采暖和炊事工况下的减排率可分别达到34%和87%。而相比于生物质,混燃时CO排放较少,在采暖工况下减排率为46%,炊事工况则为61%。此外由于人为操作较少,采暖工况下的污染排放量较为稳定。混合燃料价格较低,单位能量价格为0. 039元/MJ,而单位质量价格仅为燃煤的1/2,燃烧器可使用低成本燃煤炉具,避免使用价格昂贵的生物质专用炉具,可确保低收入家庭居民日常用能支出维持在经济承受能力范围之内。

关键词：生物质混燃农业废弃物农村能源细颗粒物多环芳烃经济性

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农作物秸秆沼气制肥联产发酵设备的研究

太阳能学报 2012年第12期33卷 2032-2037页

作者：张寰周雪花张相锋焦有宙刘圣勇河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室郑州450002

对以秸秆类生物质为原料的沼气厌氧发酵和有机肥好氧堆沤联产技术及其设备进行研究,在充分考虑生产规模、操作实用性、造价等因素的情况下,进行快速发酵罐体、吊装设备、水压池、出料区、混合搅拌进料区等设备的设计,并通过小型模拟装... 详细信息

对以秸秆类生物质为原料的沼气厌氧发酵和有机肥好氧堆沤联产技术及其设备进行研究,在充分考虑生产规模、操作实用性、造价等因素的情况下,进行快速发酵罐体、吊装设备、水压池、出料区、混合搅拌进料区等设备的设计,并通过小型模拟装置对其进行实验验证和参数优化。结果表明:秸秆沼气制肥发酵罐应采取一体式圆柱形结构、底部开口、弧形顶盖等形式,其最佳顶部预留空间为1/10或1/12,其合适直径为1.5m,高为2.4m;厂房采用聚碳酸酯阳光板材料,可显著提高发酵温度,以河南新郑地区10月份气温为测试背景,平均发酵环境温度比未使用该系统前高18.6℃,对实现秸秆类生物质沼气制肥联产技术的工厂化应用及其高附加值资源化利用具有重要意义。

关键词：秸秆类生物质沼气有机肥联产设备