基于沼气能源为核心的循环经济模式研究与应用

沼气能源的产业化是未来沼气应用与推广的发展趋势,然而由于地域差异、缺乏沼气发酵的核心技术及高效的配套装备,致使沼气产业化的循环经济发展模式难以实现。文章针对目前我国沼气产业化发展过程的技术现状、应用模式与制约瓶颈进行了详细阐述与分析,提出了关于实现区域沼气能源产业化模式建设与发展的新思路,尤其构建了以遵循循环经济理论、可持续发展理论及产业经济学理论为指导的新型沼气能源为核心的循环经济模式,并对今后的研究应用与发展前景进行了探讨与分析。

基于能值分析的北方典型生态农场循环模式研究

发展以沼气为核心的生态循环经济,是改善农村生态环境与调整能源消费结构的有效途径。文章以黑龙江海林农场为例,运用能值分析理论,对反映海林生态农场"牛-沼气-玉米"循环系统的平均能值自给率、净能值产出率、环境负载率和可持续发展指标进行了分析与评价。研究结果表明:该生态系统的环境负载率为0.529,是2000年国内农业系统环境负载率平均值的25.96%,这说明海林生态系统的自我维持能力较强;可持续发展指标为1.02,表明该系统具有强大的可持续发展能力;能值自给率和净能值产出率较小,分别为0.395和0.54,仅为2000年国内农业系统能值自给率平均值的44.14%和净能值产出率平均值的19.44%。综合评价各项指标后发现,虽然海林沼气生态系统的生物降解能力较强、可持续发展潜力巨大,但资源开发利用程度较低,市场竞争力较弱。海林农场的循坏经济模式是典型的北方农业循环发展模式,在加强高附加值产品开发、适当延伸产业链后,具有较好的应用价值和发展前景。

沼气能源为核心的寒地生态农业循环经济能流分析

文章针对寒地典型沼气工程代表的海林沼气发酵系统的"牛-沼气-玉米"农业循环经济模式的运行特性,应用能流理论分析方法,通过能流循环指数、能量产投比、光能利用率等指标,对该系统能量的去向、能量流入与流出进行了系统分析。经计算该系统能流循环指数0.9709,表明海林农场以沼气为核心的农业循环经济可持续发展能力强,自我维持循环能力水平较高;但是,由于该模式养殖子系统的能量产投比较低,造成整个循环系统的产投比仅为0.0432,反映该系统的末端产品能量高附加值转化水平低;系统有机能与无机能之比值为34.128,表明整个系统属有机生态模式。综合各项指标经分析,该农业循环经济系统有利于该地区生态农业的发展,符合可持续发展要求,是一种适用于北方寒区推广的典型循环农业发展模式。

低温沼气发酵细菌定向筛选及产气效能研究

为实现低温生物甲烷高效转化与发酵系统稳定运行,应探索提高低温沼气发酵细菌代谢能力途径与冷适机制。研究以发酵温度(10、15、18、22、25°C和30°C)为驱动因子,人工培养基定向富集自然低温生境混合菌群,考察沼气发酵细菌低温生物甲烷转化效能,并耦合454高通量测序和PCR-DGGE解析低温混合菌群落结构。结果表明,低温生境混合细菌最优势细菌类群为Clostridium XI sp.,占细菌总数的40.9%,确定分类地位的产甲烷菌有Methanosaeta sp.和Methanobacterium sp.。低温沼气发酵细菌在18°C富集培养的沼气产量最高,可达220 ml L^(-1)reactor d^(-1),甲烷含量为56.8%。

钕单掺LiNbO_3晶体缺陷结构分析

采用提拉法生长了掺Nd^(3+)浓度为0.2 mol(N1)%,0.5 mol(N2)%,0.8 mol(N3)%的Nd:LiNbO_3晶体。测试了Nd:LiNbO_3晶体的红外吸收光谱、紫外-可见吸收光谱并深入研究了其内部缺陷结构。通过对光谱的测试与分析得出:Nd^(3+)在低浓度掺杂过程中优先取代反位铌NbLi^(4+)位及Li^+位,随着掺杂浓度的增加主要取代反位铌NbLi^(4+)位。

新型电气石陶粒载体制备及其污水处理效能研究

从轻质陶粒的研制和废物资源化利用的研究方向出发,通过单因素实验确定了最佳原料配比和最佳烧制温度范围,然后设计正交实验方案,以陶粒滤料的吸水率、颗粒表观密度为指标,得到了最佳烧制温度和最佳原料配比。并以新型陶粒为载体,采用人工配水启动序批式生物膜反应器(SBBR),通过检测出水水质,综合评价了新型陶粒滤料在污水处理方面的效能。

厌氧氨氧化微生物学机制及其在污水脱氮工艺中的应用进展

厌氧氨氧化反应(Anammox)是指将NH_4^+-N和NO_2^--N直接转变为N_2去除的生物氧化过程,近年来成为新型生物脱氮技术研究的热点。在厌氧氨氧化反应中起关键作用的厌氧氨氧化细菌是一类对生态环境要求极为苛刻的微生物类群。目前,对于厌氧氨氧化生物转化过程的生物学理论与机制研究虽取得一定的突破,但有关厌氧氨氧化微生物代谢与调控机制的关键科学问题研究还不够深入,严重制约了该技术的工程化应用与推广。本文着重阐述了厌氧氨氧化菌的微生物学原理、生理特性,以及参与中心代谢途径的关键酶基因等,进而讨论了典型的厌氧氨氧化反应的化学与生化反应模型、影响厌氧氨氧化生物代谢过程的主要生态因子。最后,针对厌氧氨氧化技术在国内外典型的污水脱氮工艺中的应用现状与运行效果,深入剖析了产业化工程应用与推广的瓶颈,并对厌氧氨氧化技术未来的理论机制研究与产业化工程应用进行了前景展望。

In:Yb:Nd:LiNbO_3晶体的生长和光谱性能

采用提拉法生长了0.4%(摩尔分数)Yb_2O_3,0.4%Nd_2O_3和(0.5%、1.0%、2.0%)In_2O_3的3种同成分In:Yb:Nd:LiNbO_3晶体。测试了掺杂晶体的紫外-可见吸收光谱和上转换发射光谱,探究了最优掺杂晶体的上转换发光强度与激发功率的关系。结果表明:随着In:Yb:Nd:LiNbO_3晶体中In3+浓度的增加,晶体的紫外吸收边分别位于349、340、和338 nm处。采用980 nm二极管激光器激发获得的上转换发射光谱表明,上转换绿光的发射光强度最强,其次为上转换红光的发射强度,中心波段分别位于562、726 nm处,对应于Nd3+的4G9/2→4I11/2跃迁及4G9/2→4I15/2跃迁。2%In:Yb:Nd:LN晶体上转换荧光发射性能最优。根据不同激发功率测试,Nd^(3+)的近红外发光属于单光子过程,上转换红光及上转换绿光发光属于双光子过程。