生物质好氧发酵热生产与回收利用研究进展

好氧发酵是目前有机固体废弃物处理的一种有效手段。人们对于好氧发酵的研究主要集中在高效有机肥的获取上,但发酵过程产生的热能不容忽视。发酵热作为一种“零碳”能源,可代替传统化石能源应用于加温供暖、生物干化等领域,助力实现“碳达峰、碳中和”。为将生物质能高效转化为热能利用,人们对发酵热回收利用进行了研究,但是没有将热生产、热回收和热利用三个阶段进行系统联系,导致热回收工艺效率不高。该文主要阐述了好氧发酵产热原理,并从菌剂、原料理化性质和发酵工艺三个方面对发酵热生产的影响进行了探讨,总结了现有热回收利用系统,最后对生物质好氧发酵热生产与回收利用系统的发展方向进行展望,以期为生物质发酵热能利用提供支持。

磁场对血红蛋白氧合速率的影响

目的血红蛋白是高等动物体内运输氧气的载体蛋白,本工作拟探究磁场对血红蛋白氧合的影响,并比较人和牦牛血红蛋白在磁场下氧合的差异。方法构建人和牦牛血红蛋白的重组表达纯化系统;分别将人和牦牛脱氧血红蛋白置于地磁场或外加磁场下,通过收集紫外可见光谱数据,计算氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和高铁血红蛋白3种组分的浓度和比例,分析磁场对血红蛋白氧合速率的影响;使用超导量子干涉磁测量系统SQUID对人氧合血红蛋白和人脱氧血红蛋白进行磁性测量,探讨磁场影响血红蛋白氧合速率的可能机制。结果利用大肠杆菌原核表达系统成功表达并纯化得到了人和牦牛的血红蛋白样品。发现牦牛血红蛋白比人血红蛋白的氧合速率更快,外加0.3 T静磁场显著提高了血红蛋白的氧合速率,且牦牛血红蛋白比人血红蛋白对磁场更为敏感。结论本研究成功表达和纯化了人和牦牛血红蛋白,发现磁场促进了血红蛋白的氧合过程。磁场对血红蛋白氧合速率的影响可能与血红蛋白本身的磁学性质有关。这些发现为未来使用外加磁场作为辅助手段改善低氧症状提供了理论支撑,有望在临床中发挥作用。

煤自燃过程中耗氧速率与放热强度的时空变化规律

为研究煤自然发火过程不同区域的动态发展规律,使用大型煤自然发火模拟实验台测试松散煤体在恒风量条件下从常温至140℃的自燃氧化过程,分析了耗氧速率和放热强度在时间及空间上的变化规律。结果表明:松散煤体自燃过程温度随煤体高度的变化在不同温度阶段趋势差异较大,高温点由煤体中上部位置向着进风侧方向移动;不同煤体高度耗氧速率与时间呈现指数增长,且耗氧速率和放热强度随着煤体高度的高温点的运移规律相吻合。75℃前后煤体呈现缓慢和快速增长分阶段特性;松散煤体进风口的放热强度逐渐增强,温度超过75℃后,不同煤体高度的放热强度随时间增长逐渐增长。

生活垃圾厌氧消化产沼气的工艺优化与能源利用

为提高生活垃圾资源化利用率,对生活垃圾厌氧消化产沼气的工艺优化与能源利用进行研究。以贵州省贵阳市餐厨垃圾为研究对象,首先介绍了餐厨垃圾的组成及特性;然后阐述了湿式厌氧消化技术的工艺流程与系统优化;最后说明了沼气的高效利用方向。

煤低温氧化过程耗氧速率研究

为探究不同煤样低温氧化阶段耗氧速率,使用煤低温氧化实验测试装置对HM、JT、PB、DL、ZX等煤样完成了升温氧化实验,分析了不同煤样的耗氧速率。实验结果表明:随着温度升高,不同煤样的耗氧速率均呈现逐渐增大的趋势;通过耗氧速率与煤温数据进行分段线性回归,可以得到煤低温氧化阶段的特征温度值;低温氧化过程的生成物浓度的高低与耗氧速率的大小存在线性关系。

制氧站内蒸汽再生加热器冷凝水回收及循环利用

制氧站是冶金厂或化工厂必不可少的一个公辅单元。制氧站内的蒸汽再生加热器又是分子筛再生的主要热源装置。近年来,蒸汽再生加热器的冷凝水回收颇受业内的关注。加强对蒸汽冷凝水的回收利用对企业的可持续发展具有重要的现实意义,同时也积极响应国家“双碳”战略目标进行节能减排。文章通过对比分析几种常见的冷凝水回收系统的优缺点,研究开发了一种性价比高、投资低、运行成本低、操作简单的制氧站内蒸汽再生加热器冷凝水回收及循环利用系统,并应用到实际工程中,创造了良好的经济效益和社会效益。

利用耗氧速率判断好氧堆肥腐熟度的探讨

在试验的基础上分析了利用耗氧速率判断堆肥腐熟度的可行性 .试验中堆肥高温阶段持续 6d以上 ,达到国家《粪便无害化卫生标准 (GB795 9 87)》的要求 .堆肥过程中铵态氮含量下降、硝态氮含量上升 ,1 1d后 ,堆肥DOC含量为 0 5 %左右 ,种子相对发芽率达到 80 %以上 ,表明堆肥达到腐熟 .升温阶段前期 ,耗氧速率呈迅速增加的趋势 ;升温阶段后期和高温阶段前期 ,耗氧速率维持相对稳定 ,高温阶段中期、末期耗氧速率开始下降 .相对发芽率验证表明 ,在堆肥高温阶段末期 ,耗氧速率下降到 1 0 0 μL·L-1 ·s-1 以下 ,此指标可以作为堆肥腐熟的标志 .以耗氧速率代替传统的测量堆肥的理化、生物指标来判断堆肥腐熟度不需要采样、分析等复杂手续 ,将以往的需要几天才能获得腐熟状况变为实时、在线监测 。

碳中和背景下的海洋微生物呼吸速率测定方法研究进展

全球气候变化与人类活动导致的CO_(2)排放息息相关。海洋是净吸收大气CO_(2)的重要环境,因此影响海洋碳存储能力的生物地球化学过程成为研究热点。海洋微生物的呼吸作用是调节碳“源-汇”转换的关键生物过程之一,呼吸速率是海区碳收支研究的重要参照指标。依据不同生物化学原理,海洋领域研发了多种微生物呼吸速率测定方法。依据海洋水文环境和微生物群落等不同应用场景的差异,使得采用一种或多种方法准确测定呼吸速率具有重要意义。文章着重陈述了各种呼吸速率测定的原理、优缺点和适用范围等,系统分析了常规测定方法和前沿测定技术,为碳中和背景下的海洋碳汇关键过程解析提供技术选择的理论支撑。

回收液氧冷量冻结清除二氧化碳实现AIP潜艇节能增效

[目的]AIP潜艇携带巨量液氧,在液氧消耗过程中冷量往往未被充分利用,而潜艇密闭空间二氧化碳清除方式存在缺点。针对长期困扰AIP潜艇的两大痛点,提出将AIP潜艇液氧冷量回收利用与潜艇二氧化碳清除两者有机结合的一体化的解决方案。[方法]将液氧作为冷源处理舱室空气,依据空气各组分相变点温度不同的特性,在常压下将空气中二氧化碳冻结(凝华)分离出来。[结果]通过数据量化分析,论证了在潜艇自持力范围内液氧储存的能量基本上能满足冻结艇员呼吸代谢产生的二氧化碳对冷量的需求,并提出了三级工作流程与实施方案。[结论]所提出的技术方案可回收利用占比5%的低温冷量,是一种符合综合集成、节能降噪和总体资源充分融合思想的解决方案,可用于以AIP系统作动力的潜艇、潜器和深海空间站等密闭空间的空气净化和二氧化碳清除。

木兰溪感潮河段沉积物耗氧速率及其相关影响因素研究

溶解氧(DO)是衡量水环境质量、水生态健康的主要指标,感潮河段DO浓度偏低是河口区域水生态环境质量显著改善亟待解决的问题.本研究以木兰溪感潮河段为研究对象,系统研究了不同温度条件下,不同区域沉积物耗氧速率(SOD)的变化,分析了不同区域沉积物中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、Fe、Mn、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、S等耗氧物质的含量分布以及对沉积物SOD的影响,阐明了耗氧物质对沉积物SOD的影响机制.结果表明:(1)木兰溪感潮河段春秋季的SOD为3.06~16.64 mg/(m^(2)·h),夏季的SOD为14.02~52.44 mg/(m^(2)·h),温度对SOD有很大影响,夏季沉积物耗氧严重.(2)上游河流受化学耗氧影响较大,低温季节SOD大于海口区域,而海口受生物耗氧影响较大,高温季节SOD明显大于上游河流区域;左、右岸的SOD大于河道中间,夏季养殖区的SOD大于木兰溪河道.(3)相关性分析显示,SOD与沉积物中的TOC、TN和Fe含量均没有显著的相关关系,春秋季的SOD与沉积物中的Mn含量具有显著的正相关关系,夏季的SOD与沉积物中的NH_(4)^(+)-N和S含量均具有极显著的正相关关系,且夏季DO浓度与SOD具有显著的负相关关系.研究显示,木兰溪感潮河段沉积物SOD时空差异性明显,夏季沉积物SOD显著升高,对上覆水DO浓度偏低具有潜在风险.

污泥典型处理处置过程对矿物油的削减研究——以北京城市生活污泥“热水解+高级厌氧消化+板框脱水+土地利用”为例

测定了北京市某污水处理厂“热水解+厌氧消化+板框脱水”处理过程中各工艺节点的污泥样品的矿物油浓度,计算了矿物油在污泥处理过程中的质量流,开展了园林土地利用实验并检测了土壤-植物系统对矿物油的吸收及削减.该污水处理厂污泥中含有较高浓度的矿物油且处理过程对矿物油无明显削减,板框脱水污泥饼中矿物油浓度为4533.8~10385.9mg/kg,土壤-植物系统平均削减了84.1%的矿物油,但矿物油主要积累于黑麦草叶片以及向日葵花盘等主要可利用部分,因此需要对污泥土地利用处置过程中矿物油生态安全性进一步研究.

AOA系统厌氧时间和溶解氧对内源反硝化脱氮速率的影响

为了探索提升基于内源反硝化的厌氧/好氧/缺氧(Anaerobic/Oxic/Anoxic,AOA)工艺脱氮效率的方法,本研究分别考察了前置厌氧时间和好氧阶段溶解氧(DO)对内源反硝化脱氮速率的影响.结果表明:在进水COD浓度为155.1mg/L时,厌氧时间为60min,缺氧阶段内源反硝化速率(EDNR)最高;在不同的进水COD条件下,控制适当的厌氧时间,当内碳源中的聚羟基烷酸酯(PHAs)积累量达到峰值时,EDNR最高;EDNR受到好氧阶段DO过量或不足的影响,当DO控制为1mg/L时,EDNR最高.通过厌氧时间优化与DO控制可将EDNR分别提高31.7%,18.4%.本研究为AOA工艺提高后置缺氧阶段EDNR提供了可行策略,有利于AOA工艺设计与运行策略优化.

地下氧灌对土壤氮素分布及番茄水氮利用效率的影响

为了探寻地下氧灌条件下提升温室番茄水氮利用率并降低土壤矿质态氮残留的水、肥、气综合方案,研究了不同水平加氧量、施氮量和灌水量因素对土壤矿质态氮分布、番茄各器官全氮质量比、番茄氮素吸收量、氮素利用效率、灌溉水利用效率IWUE、氮肥偏生产力PFPN和产量的影响.结果表明,中氧处理(20 mg/L)30~60 cm土层NO_(3)^(-)-N质量比相较于低氧(10 mg/L)、不加氧处理分别提升了46.68%和32.47%.灌水量的增加显著提高了0~20 cm土层NO_(3)^(-)-N的质量比.中氮处理(225 kg/hm^(2))0~30 cm土层NO_(3)^(-)-N质量比,以及0~20 cm和40~60 cm土层NH_(4)^(+)-N质量比高于低氮(150 kg/hm^(2))和高氮(300 kg/hm^(2))处理;高氮处理相较于中氮、低氮处理,番茄果实全氮质量比分别提升了27.33%和33.33%,中氮处理下根系全氮质量比最高,为29.67 g/kg.加氧量对IWUE和PFPN的影响具有统计学意义(P<0.05),中氧处理番茄产量相较于低氧、不加氧处理分别提高了11.20%和18.41%.综合考虑,建议黏质壤土条件下设置加氧量为20 mg/L、施氮量为150 kg/hm^(2)、作物蒸发皿系数取1.00为实际种植番茄时的方案.

膜曝气生物膜反应器膜传氧速率的影响因素研究

膜曝气生物膜反应器(MABR)膜的传氧性能对MABR工艺的设计具有重要意义,本文通过小试对MABR膜传氧速率的影响因素进行了研究.结果表明,在相同运行条件下MABR膜元件采用并联方式较串联方式更有利于提升MABR膜的传氧性能,平均膜传氧速率随着供气流量的提高先增大后趋于稳定,随着供气压力的升高略有增加,随着反应液温度升高变化不明显,随着测试液中溶解氧浓度的升高而降低;停止供气后,MABR仍具有一定的传氧能力.本研究采用膜组件并联方式连接,在供气压力2 kPa,供气气量100 mL/min条件下,平均膜传氧速率达到12.7 g O_(2)/(m^(2)·d).

基于重整煤气喷吹-氧气高炉的富氧燃烧碳捕集方案

碳捕集利用与封存(简称CCUS)技术是钢铁行业实现碳中和目标的可行选择,但是我国钢铁生产以高炉-转炉长流程生产为主,产生碳排放的工序众多且碳浓度较低,目前仍缺少经济高效的碳捕集方案。在此背景下,通过引入气化炉用于重整炉顶煤气,改进现有炉顶煤气循环-氧气高炉工艺的炉顶煤气循环方式,耦合富氧燃烧碳捕集技术,提出一种基于重整煤气喷吹-氧气高炉的富氧燃烧碳捕集方案,并利用Aspen Plus建模计算和碳流分析评估了该方案的节能减排潜力。结果表明:富氧燃烧碳捕集技术与氧气高炉低碳冶炼工艺有着良好的承接性与耦合性,两者耦合能够降低钢铁行业碳捕集的难度;富氧燃烧单位CO_(2)的捕集能耗为2623.91 kJ/kg,比现有的醇胺法的碳捕集能耗低51.4%,比变压吸附法的碳捕集能耗低26.2%;生产每吨钢材可通过富氧燃烧捕集到1.5 t CO_(2),有望实现钢铁生产过程的CO_(2)净零排放。总的来说,该方案能够在高炉低碳冶炼的基础上进行低成本、大规模的碳捕集,是钢铁行业绿色低碳转型的可行方案。

发酵助剂配方优化对小麦秸秆厌氧消化产甲烷的研究

试验旨在研究不同种类及不同复配方式的添加剂对小麦秸秆厌氧消化(anaerobic diges⁃tion,AD)的影响。研究了四氧化三铁纳米颗粒(Fe_(3)O_(4)nanoparticles,NPS-Fe_(3)O_(4))、三氧化二铁纳米颗粒(Fe_(2)O_(3)nanoparticles,NPS-Fe_(2)O_(3))、四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))、三氧化二铁(Fe_(2)O_(3))、氯化亚铁(FeCl_(2))、血晶素(hemin)、皂苷(Ginsenoside Rg1,Rg1)七种外源添加剂在不同添加浓度及搭配方式对AD产甲烷的影响。结果表明:单独添加各发酵助剂均可显著提高AD的累计甲烷产量,混合添加后提升效果反而降低。其中单独添加100 mg/L Fe_(2)O_(3)的提升效果最好,累计甲烷产量达到207 mL/g,比空白组提高了86%。通过不同复配方式添加发酵助剂的试验结果显示,混合添加100 mg/L FeCl_(2)+1 mg/L hemin的提升效果最好,累计甲烷产量达到192 mL/g,比空白组高出了70%。试验所用的发酵助剂提高了小麦秸秆厌氧消化效率,为农业废弃物厌氧处理提供进一步技术支撑。

我国煤矸石利用现状及富氧燃烧前景分析

煤矸石作为一种工业固体废弃物,不仅占用了大量土地资源,还导致了严重的环境问题,其高效清洁综合利用迫在眉睫。介绍了煤矸石的组成、危害以及综合利用方式,评述了煤矸石燃烧发电过程中典型CO_(2)减排技术的优缺点,并分析了富氧燃烧技术用于煤矸石燃烧发电过程中CO_(2)排放控制的应用前景,以期为煤矸石电厂实现“碳达峰、碳中和”提供一种新的策略。

不同氧气条件下红枫湖流域典型陆源植物有机质降解特征

植物残体有机质降解是生态系统中养分循环的主要过程。本研究选取红枫湖流域典型陆源植物开展了为期1年的不同氧气条件下有机质降解模拟实验,利用Power模型刻画有机质降解变化特征,并对影响植物残体有机质降解的主要因素进行了分析。研究结果表明,缺氧环境和富氧环境下,C3植物残体分解剩余生物量比例分别为64%~77.3%和59.5%~76.8%,不同环境下的差异较小;C4植物残体分解剩余生物量比例分别为42.6%~57.4%和31.2%~43.5%,呈现出富氧环境降解程度高于缺氧环境的特征,且降解程度显著高于C3植物。C4植物具有较高的半纤维素、纤维素含量和较低的木质素含量,这是导致其具有较高降解程度和降解速率的主要原因。其中,半纤维素含量对降解速率的影响最显著,半纤维素含量越高,植物降解速率常数越大。不同C3植物残体的降解速率常数具有一定差异,在不同氧气条件下均呈现出马尾松>梧桐>水稻的变化规律。不同环境条件下C4植物降解速率显著不同,缺氧环境和富氧环境下,降解速率常数分别呈现出玉米>狗牙根>茅草和玉米>茅草>狗牙根的变化规律。

减氧空气驱集输管道抗氧缓蚀剂优选与评价

目前抗氧缓蚀剂存在种类稀少、单一种类缓蚀剂的性能不够好以及经济成本较高等一系列问题。为此,结合国内某减氧空气驱集输管道实际工况特点,通过对氧腐蚀机理研究,选取了3种现已研发的油田常用抗氧缓蚀剂EQI、HTT和TCT,对其进行了动态腐蚀评价试验和表面形貌分析,通过分子动力学模拟其在Fe表面的吸附情况,得到缓蚀剂分子在水溶液环境下对Fe基体表面的吸附能大小,结合对比分析模拟和试验的结果,筛选出缓蚀性能最佳的缓蚀剂。试验和模拟结果均表明:水溶液中3种缓蚀剂分子在Fe基体表面的吸附能大小从高到低依次为TCT>EQI>HTT,缓蚀剂分子吸附能越大,缓蚀性能越佳。所得结论可为减氧空气驱集输系统的腐蚀防护工作提供理论指导。

基于程序升温的煤耗氧速率与气体产物排放的相关性研究

采用程序升温实验系统,在通入流量为100 mL/min干空气的条件下将煤样加热至200℃,通过气相色谱仪对气体产物进行连续测量,得出CO,CO_(2),CH_(4),C_(2)H_(4)浓度随温度升高时的变化趋势.以耗氧速率与气体产物排放速率为基础,对高温氧化阶段耗氧速率与气体产物排放速率之间的关系进行线性拟合,结果表明:煤与氧的反应有利于生成CO_(2)而不是CO,C_(2)H_(4)产生速率与耗氧速率之间相比于CH_(4)存在更好的相关性.