宁东典型中低阶煤热解过程中氮和硫元素赋存形态与其变迁规律的关联性研究

作为分级转化比较理想的中低阶煤,认识和理解宁东典型中低阶煤在热转化过程中氮、硫元素迁移转化行为对污染物的调控至关重要。目前,煤热转化工艺多以气化为主,其中热解作为气化的基础阶段,在煤热转化过程中至关重要,因此在深入认识煤质特性的基础上,研究宁东地区典型中低阶煤所含硫、氮元素在热解过程中的迁移与转化规律,不仅有望为宁东中低阶煤的热转化工艺条件优化及污染物控制提供理论参考,也可为目前的气化工艺过程污染物调控提供基础数据。基于此,以宁东地区的羊场湾煤(YCW)、上湾精煤(SW)与梅花井煤(MHJ)为研究对象,使用固定床反应器,探究三种不同硫含量的煤在热解过程中HCN,NH_(3)与H_(2)S的释放规律,主要考察元素的赋存形态、热解温度(300℃~900℃)与升温速率(3℃/min~10℃/min)对氮、硫元素迁移转化的影响。结果表明:HCN的释放量随着温度升高而逐渐增加,NH_(3)的释放主要集中在500℃~900℃,最大释放峰温为700℃,H_(2)S的释放主要集中在400℃~900℃,最大逸出峰温为600℃和800℃(分别对应于硫铁矿硫与部分不稳定有机硫的分解);较高的灰分含量能够阻止自由基间相互结合,使更多的含氢自由基与含氮自由基结合生成HCN,季氮含量越高,NH_(3)的释放量越大,不稳定有机硫占比越高的煤样,H_(2)S的释放越多;适宜的升温速率有利于HCN发生二次反应生成NH_(3),随着升温速率增大,产生热滞后现象,当升温速率由3℃/min提高至10℃/min时,MHJ的HCN,NH_(3)和H_(2)S转化率均呈明显下降趋势,HCN转化率由4.02%降至1.28%,NH_(3)转化率由13.80%降至3.91%,H_(2)S转化率由38.33%降至26.04%。综上,元素赋存形态、热解温度与升温速率对热解过程中氮、硫元素迁移影响均较大。灰分含量、季氮含量与不稳定有机硫含量较低的煤样在10℃/min热解条件下,氮、硫污染物的释放量较低,对环境影响较小。

硫自养反硝化生物滤池工艺处理石化废水

采用硫自养反硝化生物滤池工艺处理某石化企业含NO3--N混合废水(硝基氯苯废水芬顿氧化出水和综合废水生化出水),开展了中试(20~80 m3/d)和工程应用(250~270 m3/h)试验。中试装置脱氮效果显著,TN和NO3--N平均去除率分别可达95.2%和96.5%。废水中的残留H_(2)O_(2)及较低碱度对脱氮效果抑制明显,通过控制H_(2)O_(2)浓度及适当补充碱度可提升脱氮性能。工程应用试验期间,进水TN平均47.3 mg/L,TN去除率平均95.5%,出水TN平均2.19 mg/L,满足江苏省《化学工业水污染物排放标准》(DB32/939—2020)要求。装置运行过程中无需投加有机碳源,避免了COD超标风险;不产生CO_(2),较异养反硝化生物滤池工艺CO_(2)排放量减少约930 t/a,有效响应国家“双碳”战略目标;运行费用较低,较异养型节省约50%。

硫/钢渣复合基质去除低碳源地表水中硝酸盐

氮污染物的积累极易导致水体富营养化,NO_(3)^(-)-N是主要的氮污染物之一。使用钢渣与单质硫复合基质进行硫自养反硝化,利用SEM观察钢渣使用前后的表面形貌和微生物附着生长情况,采用XRD对比钢渣与石灰石的碱性差异,通过厌氧瓶批次实验对比了硫/钢渣与硫/石灰石体系的脱氮性能,探讨了投加质量比与投加量对硫/钢渣体系脱氮性能的影响,分析了硫自养反硝化前后的微生物群落结构特征。结果显示,钢渣含有Ca(OH)_(2)、CaCO_(3)、CaO、MgO、Ca_(2)SiO_(4)、Ca_(3)SiO_(5)和RO相等丰富的碱性物质,硫/钢渣体系相比硫/石灰石体系具有更强的脱氮性能。硫/钢渣投加质量比为1∶1且投加量均为20 g时,硫/钢渣体系脱氮效果最佳,TN去除率在第10天达到92.5%,高于硫/石灰石体系的87.4%。当硫和钢渣的投加量均超过20 g时,体系对TN和NO_(3)^(-)-N去除效果提升不显著。微生物群落结构分析显示,起反硝化作用的微生物属于Proteobacteria(变形菌门)和Bacteroidota(拟杆菌门),相比硫/石灰石体系,硫/钢渣体系中微生物更加丰富,也更加稳定。

硅胶吸附剂吸附分离柴油中芳烃研究

通过金属离子改性和无机酸改性的方式,制得不同孔径分布的硅胶吸附剂,采用静态吸附法和动态脉冲法,研究吸附剂对柴油中芳烃和烷烃的分离特性。结果表明:硅胶吸附剂对双环芳烃的选择性大于单环芳烃;随着芳烃侧链碳数的增加,吸附剂对芳烃的选择性降低;当存在含硫化合物时,吸附剂对芳烃的选择性几乎不变;当存在含氮化合物时,吸附剂对单环芳烃的选择性降低;在60~170℃内,随着吸附温度的升高,各组分的保留体积减小,吸附脱附速率加快,确定100~140℃为最佳分离温度;随着吸附剂孔径的增大,组分的传质速率增大,吸附剂对组分的分离度减小;改性后,吸附剂的传质性能提高,对芳烃组分的分离度提高。对于吸附剂A,当吸附剂孔径从2.2 nm增加到2.4 nm时,对长侧链烷基苯的选择性提高。

膜法分离N_(2)/SF_(6)气体研究进展

六氟化硫(SF_(6))气体广泛应用于高压输配电系统、半导体和等离子蚀刻工艺等领域。与受到广泛关注的最常见温室气体二氧化碳相比,SF_(6)具有更高的全球增温潜能值和更长的大气寿命。传统的从N_(2)/SF_(6)混合气体中捕获和回收SF_(6)方法(如蒸馏和液化)成本高昂,而膜法分离N_(2)/SF_(6)混合气体得到SF_(6)具有较低能耗而被广泛研究。本文简要介绍膜法分离N_(2)/SF_(6)混合气体技术的现状,以及此类分离工艺所面临的技术挑战。

循环流化床大气污染物机理模型及关键状态变量研究

基于循环流化床机组炉内脱硫、炉内自脱硝和选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术等,对循环流化床锅炉(CFB)机组大气污染物排放进行了研究,建立了CFB机组炉内燃烧模型以及污染物生成、脱除模型,并对影响污染物排放的关键状态变量进行了分析。结果表明:所建立的循环流化床机组SO_(2)和NO_(x)排放模型可以较好地拟合实际运行数据,且具有一定的预测效果和较强的模型通用性;即燃碳的燃烧影响了炉内还原气氛,其会显著影响炉内NO_(x)的还原;活性石灰石量以及炉膛温度是影响SO_(2)与活性石灰石固化反应的主要因素,相对较高的炉膛温度以及较少的活性石灰石存量均会使SO_(2)排放质量浓度升高,但温度越高,NO_(x)的排放水平越低。

改性淀粉基碳氮硫硅环钢结构防火涂料的研究

本试验对淀粉进行改性,制备了改性淀粉基碳氮硫硅环保钢结构防火涂料,探究了改性淀粉加入量对涂料性能的影响,并对其进行阻燃机理分析。结果表明,改性淀粉的加入能显著增强涂层黏结性能,对其余基本性能无影响,符合GB 14907—2018的规定;改性淀粉能显著提高涂层发泡性能和耐火性能,改性淀粉加入量为2%~6%时,涂层发泡厚度大于3.0 cm,涂层背面温度小于183.6℃;改性淀粉在受热时形成熔融状态钠醚盐,具有较好传质传热作用,有利于气源物质同步气化,与碳源炭化协调一致,改性淀粉在289.1℃左右时开始分解,相变结束后残碳量约为36.5%,在涂层中主要起碳源和小部分气源作用,且能改善涂层的成膜性能,降低成本,具有较好应用前景。

沈阳市大气降水污染与沉降特征的城郊差异

为了解沈阳地区大气降水污染与沉降特征的城郊差异,对2018~2022年沈阳市铁西区站点(城市)和苏家屯站点(郊区)降水样品的电导率、pH值和各种水溶性离子浓度及其沉降量进行了研究.结果表明,观测期间两站点平均pH值分别为7.12(6.09~8.36)和7.11(5.88~8.19),均呈碱性,无酸性降水.城郊站点的降水电导率和总水溶性离子平均浓度差异不大,2018~2022年期间整体呈现下降趋势.沈阳两站点的相对酸度(FA)均值为0.0004,(Ca^(2+)+NH_(4)^(+))/(SO_(4)^(2-)+NO_(3)^(-))均值分别达到了1.57和1.61,表明碱性离子的中和能力较强.大气降水中NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)的比值介于0.41~0.58,SO_(4)^(2-)-S湿沉降量分别是NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N沉降量的1.14倍~2.20倍,表明沈阳大气降水主要以硫沉降为主.城市站的无机氮沉降量总体上高于郊区站,其中NH_(4)^(+)-N平均沉降量分别是NO_(3)^(-)-N的1.74和1.78倍,说明沈阳市大气降水中的无机氮以还原态氮占主导,这主要与汽车尾气、城市绿地养护、人体排泄物以及郊区频繁的农业活动相关.

废轮胎热解气燃烧NO_(x)和SO_(2)生成及控制

废轮胎热解不凝气的稳定清洁燃烧是热解系统稳定运行的关键,但由于不凝气组分复杂,其污染物控制一直是行业的难点。本文基于废轮胎一级热解-二级燃烧的两段式实验系统,研究了废轮胎热解气的组分含量及净化工艺。结果表明废轮胎热解气主要由CH_(4)、H_(2)和少量其他小分子碳氢化合物(C_(2)~C_(4))组成,其热值为46.49MJ/m^(3)(标准状况);热解气中还含有多种含氮含硫化合物,主要是含量为96.43mg/m^(3)(标准状况)的HCN和含量为308.44mg/m^(3)(标准状况)的H_(2)S;热解气在过量空气气氛下800℃时直接燃烧产生的NO_(x)和SO_(2)平均排放浓度分别为206.65mg/m^(3)(标准状况)和706.01mg/m^(3)(标准状况),且NO_(x)主要为燃料型NO。采用分别装有200mL碱性溶液和有机溶剂(如乙二醇、乳酸、甘油和柴油)的洗气瓶对热解气进行清洗可以有效控制燃烧产生的NO_(x)和SO_(2),其中pH=13.7的NaOH溶液搭配甘油对热解气清洗的控制效果最好,可使NO_(x)和SO_(2)的平均排放浓度分别降低至27.72mg/m^(3)(标准状况)和48.86mg/m^(3)(标准状况),脱除效果分别达到86.58%和93.08%。本文可为废轮胎热解技术规模化推广应用提供有效方法。

常见水生植物对氮磷营养盐的利用和蓄积

以风车草(Cyperus involucratus Rottboll)、菖蒲(Acorus calamus)、美人蕉(Canna indica)、凤眼莲(Eichhornia crassipes)、苦草(Vallisneria natans)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)6种水生植物为研究对象,采用常规耗竭法分析其养分吸收动力学特征,探究水生植物对水体氮磷的利用和蓄积能力,同时还探讨了硫累积及水体pH对水生植物吸收氮磷的影响。结果表明:挺水植物对氮磷营养盐的利用和蓄积能力高于其他水生植物;其中美人蕉对水体总氮(total nitrogen,TN)和总磷(total phosphorus,TP)的蓄积量最多,达到40.95 mg和5.83 mg,菖蒲的最大吸收速率(I_(max))比其他水生植物更高,分别为1.428 mg·g^(-1)·d^(-1)和0.313 mg·g^(-1)·d^(-1);挺水植物对水体TN和TP去除率均超过85%,贡献率达到80%。硫的累积不利于水生植物对氮磷的蓄积和利用;美人蕉对硫的累积量最少,其对氮磷的去除率在6种植物中最高,达到92.29%和86.24%。水生植物在生长过程中会改变水体的pH,而水体pH又会反过来影响水生植物对氮磷的吸收和蓄积。综上可知,挺水植物具有较好氮磷利用与蓄积能力,培养环境中过多的硫及过低的pH均会降低水生植物对氮磷的利用和蓄积。

水体与沉积物中氮、硫的还原过程及相互作用机理研究进展

针对日益严峻的氮、硫污染问题,综述了NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)的同步还原过程,总结了该过程中不同形态氮、硫物质间的相互作用机理。指出今后的研究重点在于:探究NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)发生同步化学还原的可能性,研究在化学还原条件与生物还原条件共存情况下NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)的还原路径,以及化学还原与生物还原对NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)同步还原的贡献及影响;进一步剖析NO_(3)^(-)抑制SO_(4)^(2-)还原作用的过程,明确其抑制机理及可能发生的相互作用;深入研究硫自养反硝化、硫驱动的异化NO_(3)^(-)还原为NH_(4)^(+)(DNRA)和硫酸盐还原厌氧氨氧化(SRAO)等同步脱氮除硫工艺及其耦合关系,不断优化工艺运行条件,为工业化应用奠定基础。

硫酸盐型厌氧氨氧化研究与应用进展

硫酸盐型厌氧氨氧化(S-Anammox)是一种在厌氧条件下同步去除NH_(4)^(+)和SO_(4)^(2-)的新型生物处理工艺,为废水同步脱氮除硫提供了新思路,但是其氮硫转化机制、功能微生物与影响因素等研究仍有不足。综述了S-Anammox相关反应方程式、潜在功能微生物与功能基因、影响因素,分析了S-Anammox工艺的应用场景,提出了不同的组合工艺。建议进一步深化氮硫转化机制的研究,揭示功能微生物、反应条件与调控原理,为S-Anammox工程化应用提供理论与技术支持。

2000~2021年中国典型地区大气降水化学与沉降特征

基于2000~2021年中国东北、华北、华东、东南、西北、西南6个区域10个城市的大气降水组分资料,针对各地区降水量、pH值、降水电导率、水溶性离子浓度及其氮硫湿沉降特征开展了长期变化特征研究,分析了典型地区降水组分的离子中和特性.结果表明:2000~2021年中国各研究站点pH值总体呈上升趋势,但重庆和上海地区的年均pH值至今未达到5.6.济南、西安和重庆站电导率呈现出较明显的下降趋势.西北地区陆源性特征较为明显,Ca^(2+)浓度较高(可达1035.2μeq/L);NO_(3)^(-)浓度在重庆地区有上升趋势,这与城市机动车保有量的逐年增长有关;而NH_(4)^(+)在各个地区均有下降;东南地区受海盐影响,Na^(+)和Cl^(-)的浓度相对较高.西北和西南地区的硫、氮湿沉降量明显高于东南地区,NH_(4)^(+)-N/NO_(3)^(-)-N各地区均呈下降趋势,但该比值年平均值均大于1,说明大气降水中氮沉降以还原态氮为主.东南地区的降水酸度相对较高,然而酸性离子(SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-))浓度却较低,说明降水酸度还会受到碱性离子(Ca^(2+)和NH_(4)^(+))的影响.在厦门和西安NO_(3)^(-)、NSS-SO_(4)^(2-)和NH_(4)^(+)浓度年变化很小,而pH值、中和潜力和酸化潜力的比值(NP/AP)有明显上升趋势;但西安NP/AP值明显较高,反映西安土壤尘埃中的中和能力比东南地区强.

硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复城市黑臭水体

固定化微生物技术可促进城市黑臭水体中氮磷污染物去除,但硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体研究较少。通过向改性载镧膨润土基复合微生物菌剂(La-Bt基复合菌剂)中添加经S_(2)O_(3)^(2-)驯化培养的硫自养反硝化菌(NR-SOB),试图引入硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体。在La-Bt基复合菌剂投加量为1.5 g/L时,向黑臭水体中分梯度投加不同浓度NR-SOB,研究NR-SOB协同La-Bt基复合菌剂去除黑臭水体污染物效果,并通过高通量测序分析底泥微生物群落结构变化。结果表明,当NR-SOB投加量为0.3 g/L时,对黑臭水体和底泥处理效果较好:上覆水氨氮、TN和TP去除率分别为87.42%、69.85%和71.11%;底泥酸可挥发性硫(AVS)去除率为34.76%,底泥TN和TP去除率分别为45.22%、45.04%;实验结束时底泥中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度从11.76%降至9.84%,硫杆菌属(Thiobacillus)相对丰度达2.82%,氮硫去除相关微生物菌属比例提升约0.95%。

以陶粒硫磺为填料的混合营养反硝化脱氮效能探究

为进一步降低城市污水处理厂出水的氮含量,实验设计了硫自养与异养混合营养反硝化体系,实验将陶粒和硫磺混合,共设置了7个不同的组合F0~F6,硫磺在F0~F6中的占比分别为0、1/6、2/6、3/6、4/6、5/6、6/6,其中F0为异养反硝化对照组,F1~F6为实验组。实验结果表明,实验组中F1、F2的脱氮效果较好,总氮去除率依次为89.96%和93.03%,分别接近和超过F0,且F1、F2相对于F0,体系的pH更加稳定;实验结束时,F1、F2两组的生物量分别为30.32、27.67 nmolP/g,低于F0,若各组的生物代谢速率相同,则F1、F2分别要比F0减少11.4%和19.2%的污泥量,认为F1和F2两种陶粒硫磺比例适合用于硫自养与异养反硝化的耦合,F1、F2中的硫磺占比分别为1/6和2/6,即陶粒∶硫磺(体积比)分别等于5:1和2:1。

异养/硫自养集成短程反硝化工艺影响因素研究

为保证厌氧氨氧化(Anammox)过程的亚硝态氮(NO2--N)稳定来源,提升自养脱氮系统的运行效能。本研究采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,构建异养/硫自养集成短程反硝化系统,探究碳源浓度、pH、水力停留时间(HRT)、温度对系统的影响。结果表明,碳源浓度与系统短程反硝化效能成反比。碳源浓度为200 mg/L时NO2--N积累率(NAR)最高,此时NO_(2)^(-)-N平均积累率及其速率分别为76.99%和1.63 mg/(L·h),异养反硝化功能菌属Thauera丰度由3.26%升至19.73%。系统短程反硝化效能随pH的升高先升后降,pH为8.0±0.5时NAR最高,此时NO2--N平均积累率及其速率分别为79.46%和1.90 mg/(L·h);HRT与系统短程反硝化效能成反比。当HRT=9.7左右时NAR最高,此时NO2--N平均积累率及其速率分别为77.35%和1.68 mg/(L·h)。温度与系统短程反硝化效能成正比,与Thauera、Terrimonas等反硝化功能菌属丰度成反比。当温度在35℃左右时NAR最高,此时NO_(2)^(-)-N平均积累率及其速率分别为71.21%和1.68 mg/(L·h)。集成短程反硝化为自养脱氮工艺提供NO2--N的过程具有NAR高且运行稳定性强等优点,更适用于自养脱氮工艺稳定高效运行,为该领域提供更多思考。

无机硫自养反硝化处理污废水工程应用进展

系统阐述了以无机硫为电子供体的硫自养反硝化系统中微生物特性,分析了不同反应器中硫自养反硝化微生物的优势菌属、无机硫源氧化还原过程中涉及的功能酶,介绍了加快硫自养反硝化启动的方法,如减少S~0颗粒的粒径、外加磁场、添加硫代谢中间产物或牛血清蛋白等,重点归纳了近年来硫自养反硝化国内外的实际工程应用的情况,并展望了硫自养反硝化技术未来的发展方向,旨在为硫自养反硝化体系发展提供借鉴和参考。

羟氨强化硫自养反硝化与厌氧氨氧化协同脱氮效果

针对硫化物基质对硫自养反硝化与厌氧氨氧化协同脱氮体系的抑制问题,采用UASB反应器,通过逐渐增加进水羟胺质量浓度实现耦合体系高效脱氮。结果表明:在水力停留时间(t HRT)为4 h,进水NH^(+)_(4)-N和NO^(-)_(3)-N质量浓度分别为60和125 mg/L条件下,实现总氮去除负荷达1.05 kg/(m^(3)·d),其中厌氧氨氧化贡献率达76%~95%,是未投加羟胺时的1.55倍;羟胺的投加能够促进耦合系统污泥heme c合成和EPS(胞外聚合物)的分泌,NH_(2)OH与S^(2-)质量比超过0.024时有助于提高SAA(最大比厌氧氨氧化活性)值;厌氧氨氧化菌Candidatus_Kuenenia丰度和活性在羟胺存在时明显提高,从而与硫自养反硝化菌Thiobacillus、Thiothrix、Sulfurimonas、Sulfurovum和Sulfuritalea协同作用实现高效脱氮。

氮、硫双掺杂荧光碳点制备及用于铁离子检测研究

目的建立基于荧光碳点快速检测铁离子的新方法。方法以邻苯二胺和Na_(2)SO_(4)为前驱体,采用水热法制备氮、硫双掺杂荧光碳点,对碳点的形貌、表面官能团以及光学性能等进行表征;同时制备了荧光碳点功能化纸基芯片,利用碳点的荧光淬灭实现铁离子快速检测。结果成功合成了氮、硫双掺杂荧光碳点,碳点的荧光强度与铁离子浓度在1×10^(-3)~20 mM范围内呈良好的线性关系(r^(2)=0.9812),检测限为0.066μM,血清加标回收率为99%~106%,RSD值小于4%;利用荧光碳点功能化纸基芯片,实现对铁离子的可视化检测。结论该方法简便、快捷,特异性好,对于开发成本低的铁微量元素检测方法具有重要参考价值。

氮掺杂多孔碳负载甲基化聚乙烯亚胺对二氧化硫的有效吸附

为了解决目前难以大量处理二氧化硫排放的问题,将富含叔胺基团的甲基化聚乙烯亚胺(mPEI)负载到对二氧化硫有一定吸附性的氮掺杂多孔碳(GU-1)上,制备了多种比例的负载产物(n mPEI@GU-1),并考察n mPEI@GU-1对二氧化硫的吸附能力。研究结果表明:在25℃和101.3 kPa的条件下,n mPEI@GU-1对SO 2的吸附量可以达到5.10~7.01 mmol·g^(-1),复合物相比单一组分,吸附二氧化硫的能力有较大提升。随着温度升高,样品对于二氧化硫的吸附性能逐渐降低,符合气体吸附规律,并通过多次重复实验证明了所制备的样品对SO 2具有良好的可逆吸附能力。