工业固废-水泥固化腐殖土的力学响应和微观机制

为了推动腐殖土在岩土工程领域的资源化利用,采用工业固废(包括生物质飞灰、电石渣和磷石膏)协同水泥对腐殖土进行固化处理。以中国广东省某陈旧型简易垃圾填埋场开采的腐殖土为研究对象,通过常规三轴试验、干湿和冻融循环试验、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)和压汞(MIP)测试探究了工业固废-水泥固化腐殖土的三维力学特性、耐久性能及微观机制。试验结果表明:随着P_(o-b)(即工业固废替代水泥的比率)的增加,试样偏应力与轴向应变的关系逐渐由应变软化向应变硬化过渡。三元工业固废的适当掺入(P_(o-b)为25%~50%)有利于减缓干湿循环作用下工业固废-水泥固化腐殖土试样的劣化速率,而纯水泥固化腐殖土试样表现出相对优异的极限偏应力和抗冻性。微观结构分析表明大量钙矾石晶体和C―(A)―S―H凝胶等产物增强了腐殖土颗粒之间的黏结,同时填充了微观孔隙。研究结果可为垃圾填埋场开采的腐殖土修复及再利用提供理论依据。

首钢股份高炉喷吹生物质微粉的可行性分析

对首钢股份高炉喷吹生物质微粉的可行性进行了分析。结果表明:①河北省唐山市一年的生物质微粉产量折合约137.64万t,可满足高炉喷吹的燃料需求,生物质资源的使用成本约为877.4元/t,用于高炉喷吹具有较好的经济效益;②几种利用变压闪蒸技术制备的生物质微粉样品中,样品7最适合进行高炉喷吹,其灰分低、水分低,能量密度接近褐煤水平,但后续仍需对工艺参数进行不断优化,以提高品质;③基于1号高炉的生产参数及原燃料质量,用31.6kg/t的样品7替代10kg/t煤粉较为可行,风口热状态相较于基准工况变化较小。

计及海水制氢与生物质转化的海岛微能网随机调度优化模型

为实现海岛地区能源需求的可再生和自我可持续性发展,结合海岛的丰富可再生资源特征,设计一种海岛微能网优化调度模型。聚合出力设备、生物质废能转化装置、海水淡化装置以及储能为微能网,考虑风、光不确定性,设计以运行成本、环境成本、风险值最小为目标的随机调度优化模型,并运用混合差分进化算法进行求解。算例分析表明,该模型实现了电-热-气-氢多能协同优化,提高了海岛风、光和生物质等可再生资源的利用率,促进可再生能源的可持续发展和能源结构的清洁低碳转型。

生物质电厂底渣对微污染原水处理效果的影响

针对生物质电厂底渣(BAR)的处理处置问题,采用磁力除铁并用多层筛网同步筛分机进行磁选、筛分、清洗工艺得到不同粒径(L1:0.25~0.50 mm、L2:0.50~1.00 mm、L3:1.00~2.00 mm、L4:2.00~4.00 mm、L5:4.00~8.00 mm)的BAR样品,并通过搭建快速小型柱测试(RSSCT)装置对微污染原水进行净化试验,以明晰不同粒径BAR对水质净化效果的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)等手段对BAR进行了表征,并以15 d内出水浑浊度、化学需氧量(COD_(Cr))、总磷(TP)和氨氮等指标评价了其去污性能。结果表明:L2、L3对原水的处理效果整体较为优异,15 d内出水浑浊度、COD_(Cr)、TP的平均去除率分别达到88%、40%、35%以上,这与BAR的吸附作用及微生物降解有关;L4、L5等大颗粒因填充密度小、系统氧气充足,从而促进硝化细菌的生物活性,在运行后期(11~15 d)对氨氮的去除率最高可达到95%以上;而L1的粒径过小导致其容重、填充密度较大,在运行过程中会出现水流断层、氧气缺乏、微生物活性不足等现象,阻碍了对原水中各类污染物的去除效果。此外,经柠檬酸-壳聚糖复合改性得到的M-L2,相较于L2,对原水中COD_(Cr)、TP的平均去除率分别由42.05%、40.97%增至80.28%、60.36%,提升效果显著,与市售填料沸石、陶粒等水平相当,且成本更为低廉。研究结果为不同粒径BAR的高值化应用以及改性BAR在微污染原水预处理技术的发展提供一定的数据支撑。

环境温度变化生物质气微型燃气轮机联合循环运行及调节

为探究不同燃料、环境温度对微型燃气轮机联合循环运行性能的影响,利用MATLAB/Simulink软件建立回热型微型燃气轮机联合循环模型,以天然气为燃料,验证模型的合理性。选取天然气、沼气和松木气等作为燃料,在环境温度为15℃,机组的输出功率为100 kW时,与天然气系统相比,沼气和松木气系统的燃料流量增大,燃烧室出口温度降低,电效率分别下降了0.19%和0.67%,联合循环热效率分别下降了0.22%和0.62%。环境温度升高时,3种燃料系统的压气机入口空气流量减少,燃烧室出口温度和透平排烟温度升高,机组输出功率和电效率降低,而余热利用热效率和联合循环热效率升高,环境温度由5℃升高到20℃时,天然气、沼气和松木气系统的联合循环热效率分别由58.16%、57.99%和57.60%升高至62.62%、62.24%和61.46%,生物质气可作为优先替代燃料应用于燃气轮机。当环境温度扰动时,控制系统进行保护动作,机组转速迅速恢复至1000 rad/s,其他参数也重新恢复到稳定状态,增设控制系统可提高机组的运行性能。

局域静电环境工程用于增强电催化生物质转化过程中羟基活性

作为一种可再生碳源,5-羟甲基糠醛(HMF)是一种重要的生物质平台分子,已被广泛用于制造医药前体、单体和精细化学品.HMF的电催化氧化反应(HMFOR)是一种在常温常压下实现HMF向2,5-呋喃二甲酸(FDCA)转化的高效绿色过程.但与传统的析氧反应(OER)不同,HMFOR相对复杂,需要经过6个电子的转移过程,分别涉及羟基和醛基的氧化.研究发现,NiO对羟基氧化具有较高的反应活性,但HMFOR反应途径受溶液pH值的影响,醛基以二元醇的形式优先在碱性溶液中被吸附和活化,从而导致反应活性较低.本文引入了导电聚合物聚吡咯(PPy),通过X射线光电子能谱(XPS)、原位红外光谱(FTIR)、高效液相色谱(HPLC)、密度泛函理论计算(DFT)、原位电化学石英晶体微天平(EQCM)等表征技术研究了PPy在引入NiO后对HMFOR的影响和催化性能差异的原因.X射线衍射结果表明,PPy引入的聚合过程没有破坏NiO的晶体结构,而FTIR显示出PPy分子中吡咯环的C-H弯曲振动及芳香胺分子中N-H的伸缩振动,说明PPy成功引入NiO表面.高分辨透射电镜结果表明,PPy以5 nm平均厚度薄层覆盖在NiO表面.此外,XPS结果证实了Ni,O,C和N元素的存在,吡咯氮(-NH-)物种在NiO-PPy电催化剂中占主导地位,而Ni 2p_(3/2)和O 1s的XPS谱中NiO和NiO-PPy且有相似的电子结构,说明PPy的引入并没有改变NiO的电子结构.线性扫描伏安曲线和电化学活性面积测试结果表明,PPy的引入显著提高了HMFOR的电流密度和NiO的内在活性.同时,NiO-PPy比NiO具有更低的Tafel斜率,表明PPy会提高HMFOR的反应动力学,加速HMF转化.电解测试中高效液相色谱分析结果表明,在前0.5 h内NiO-PPy催化剂上HMF转化率高于NiO催化剂,说明PPy的引入加速了HMF的转化.此外,分析中间产物发现,NiO催化剂上的HMFOR中间体主要为5-羟甲基呋喃-2-羧酸,而NiO-PPy上主要为2,5-二甲酰基呋喃.周期性测试结果表明,NiO-PPy表现出较高的HMF转化率和产物选择性,且具有较好的稳定性.运用开路电位和电化学石英晶体微天平检测了HMF分子在NiO和NiO-PPy上的吸附能力.结果表明,PPy涂层明显增强了HMF分子在NiO上的吸附能力.采用表面增强红外吸收光谱研究了电催化剂表面重要中间体的吸附行为.结果表明,NiO上HMFOR路径主要为HMFCA路径,而在NiO-PPy上新增2,5-二甲酰基呋喃,表明HMF分子的羟基和醛基同时在NiO-PPy表面被激活,进一步说明PPy的引入会选择性地提升羟基氧化的反应性能,进而提升了HMFOR活性.采用密度泛函理论研究了PPy的作用,结果表明正电性PPy分子会吸引电负性的羟基,缩短Ni与醛基之间的键长,降低醛基的反应活性,调节HMFOR反应途径,进而获得更高的HMFOR性能.综上所述,本文通过导电聚合物PPy修饰调控了电极界面微环境以及表面电性,从而调控了HMF分子的吸附构型和反应路径,获得更高的HMF电催化氧化反应活性.本文为HMF氧化高效电催化剂的设计提供了新的思路,并为HMF电催化氧化应用化研究提供借鉴.

长期免耕水稻田土壤的生物特征研究

对经过 10年半旱式免耕定位试验的水稻土主要微生物类群数量和微生物生物量的变化进行对比研究 ,结果表明 :实行半旱式厢作及垄作免耕法能够迅速地提高土壤有机质、全氮、全磷和速效氮、磷的水平 ;微生物数量和微生物生物量变化一般存在季节性规律 :春季高 ,夏季至夏末降低 ;各处理土体上层和下层 (0～ 7.5 cm,7.5～15 cm)的基本肥力特征及微生物特征无明显区别 ;免耕处理土壤 ,其微生物的季节性变幅较小 ,垄上或厢上土壤微生物生物量甚至表现反季节性 ,整个生长季节内稳中有升 。

利用ATP生物发光法测定西湖水体微生物量

介绍了ATP生物发光法的基本原理和测量方法，将该方法应用于西湖水体微生物量的实际测量，得到西湖水体微生物浓度为10^6～10^7个．mL^-1，总体分布为近岸高于湖心，夏季高于春季，旅游、垂钓等人为活动对西湖水体微生物的分布有较大影响，另外，饭店养鱼池附近的微生物浓度较高，但对西湖主体并没有明显的影响，引水工程对西湖水体有一定的稀释作用，有利于净化水质．

秸秆促腐还田土壤养分及微生物量的动态变化

采用盆钵培养法,通过模拟旱作覆膜条件下秸秆还田,研究了添加不同腐解剂(多个好氧性菌种复合培养而成的F1、富含分解纤维素、半纤维素、木质素和其他生物有机物质的微生物菌群F2、由芽孢杆菌、丝状真菌、放线苗和酵母菌组成的F3)后,小麦秸秆、玉米秸秆在120 d的腐解过程中,土壤养分及土壤微生物量的动态变化特征。结果表明:小麦、玉米秸秆经过120 d的腐解,各处理土壤有机质、碱解氮、全氮的增加速率一致表现为先增加后减小,土壤磷素、钾素的增加速率总体则呈现增-减-增-减的趋势;整个试验阶段小麦秸秆各处理土壤微生物量碳(SMBC)含量表现为先增后减。玉米秸秆土壤SMBC的变化与小麦秸秆差异较大,呈现波浪式变化;玉米秸秆土壤微生物量氮(SMBN)变化在100 d后则与小麦截然不同。秸秆添加腐解剂还田土壤养分增加速率和土壤微生物量碳氮含量均大于秸秆直接还田(对照),培肥土壤效果明显,能够有效增加土壤微生物量碳氮含量。小麦、玉米秸秆添加腐解剂F3的处理各养分含量高于其他处理,即内含具特殊功能的芽孢杆菌、丝状真菌、放线菌和酵母菌的秸秆腐解剂F3增加土壤养分的效果最好;相同腐解剂下不同种类秸秆处理的土壤养分含量表现为:F1,小麦>玉米;F2,小麦≥玉米;F3,小麦<玉米,即F1对小麦秸秆促腐优势最大,F3对玉米秸秆的促腐作用优于F1和F2,F2对小麦、玉米秸秆的促腐效果基本相似。不同腐解剂下,小麦秸秆处理SMBC、SMBN含量表现为F2>F3>F1;玉米秸秆处理SMBC含量F2>F3≈F1,SMBN为F3>F2≈F1。玉米秸秆各处理的SMBC均大于小麦秸秆,SMBN则均小于后者,与秸秆C/N的趋势一致,即C/N越大,SMBC值越大,SMBN值越小。

子午岭不同植被类型土壤微生物量与有机酸含量

以黄土丘陵沟壑区的子午岭次生林区为研究区域,分析了农田、草本、乔木、灌木、弃耕地五种不同植被覆盖下土壤微生物量与有机酸含量变化。结果表明,不同植被类型土壤微生物生物量C变化趋势是:农田>草本>乔木>弃耕地>灌木,从乔木到农田微生物生物量N、P基本上呈下降趋势。不同植被类型下土壤有机酸变化基本趋势为:弃耕地<灌木<草本<农田<乔木。相关分析表明,不同植被覆盖下土壤微生量C、P与该土壤有机酸含量呈显著正相关,而土壤微生物N与该土壤有机酸含量相关性不显著。

树木修复过程中微生物对酸化剂的响应

利用根箱开展了树木修复过程中不同酸化剂处理土壤微生物生物量的动态响应研究。结果表明较高浓度的阿特拉津对土壤微生物具有毒害作用,土壤微生物生物量随时间推移呈总体下降趋势;单纯的树木修复并不能显著提高土壤微生物生物量,酸碱调节剂的施用改变了根际微域的土壤环境,对微生物数量及群落结构产生刺激作用。酸碱调节剂对土壤中微生物活性及其利用氮源的能力具有促进作用:升华硫能在一定程度上减缓土壤微生物生物量碳的降低,氢氧化钙对土壤中微生物活性的恢复具有积极的促进作用。

坡位对土壤水分及植被空间分布的影响

[目的]探讨微地形对土壤含水量和生物量的影响,为浑善达克沙地环境建设和合理开发利用提供理论参考。[方法]以内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场境内的中国科学院内蒙古草原生态系统定位站沙地样地为研究对象,对坡底、坡顶、阴坡和阳坡等坡位的植被和土壤水分等指标的测定,对其进行方差分析和相关性分析。[结果]坡底以多年生杂类草占优,阴坡以灌木、半灌木及多年生禾草为主,阳坡以灌木、半灌木、多年生禾草及1,2年生植物为主,坡顶以多年生禾草和1,2年生草本植物为主;0—50cm土壤平均含水量的大小顺序为:坡底>阴坡>阳坡>坡顶,生物量顺序与土壤平均含水量一致;坡顶、坡底、阳坡和阴坡各层土壤水分变异系数由大到小的顺序因土层和坡位的不同而表现出一定的差异性,0—50cm各层平均变异系数坡顶最大,坡底次之,阳坡最低;生物量和各层土壤含水量均呈现正相关关系,其中0—5,5—10和20—30cm土壤含水量与生物量之间表现为极显著线性正相关(p<0.01)。[结论]微地形对植被种类和土壤含水量具有一定影响,且土壤含水量和植物生物量呈现正相关关系。

土霉素污染对土壤生物学性质影响的初步研究

为了解随粪肥进入农田中的土霉素对土壤生物化学性质产生的可能影响,采用实验模拟方法研究了土霉素污染对土壤微生物生物量碳、土壤酶活性及微生物组成的影响。结果表明,土霉素污染对土壤细菌、放线菌数量和微生物总量均有一定的抑制作用,随土霉素污染程度的提高抑制作用也有所增强;但土霉素污染对真菌的作用较为复杂,一般是低浓度时有促进作用,高浓度时有抑制作用。低量土霉素污染对土壤脲酶和中性磷酸酶活性均无明显的影响,但高量的土霉素污染对土壤脲酶活性起抑制作用。土霉素对土壤微生物生物量碳的影响因土壤类型、土霉素加入量和培养时间不同有所差异。土霉素污染对土壤生物化学性质的影响主要发生在土霉素进入土壤的初期,随着时间的增加,影响逐渐减弱和消失。

会仙岩溶湿地4种覆被下土壤酶活性和微生物生物量

研究湿地系统中的稻田被撂荒以后土壤酶活性和微生物生物量的变化可以为湿地的保护提供参考依据。以桂林会仙岩溶湿地为研究样地,采集芦苇湿地、华科拉莎草湿地、稻田撂荒地(以双穗雀稗和莲子草为优势植被)和稻田的耕层土壤样品,采用比色法和氯仿熏蒸法分别检测土壤酶活性和微生物生物量。结果表明,稻田撂荒地的土壤微生物生物量碳(MBC)为(345.20±30.06)mg/kg,显著低于其它三种覆被下的土壤;微生物生物量氮(MBN)、微生物DNA、蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性分别为(48.03±18.48)mg/kg、(5.65±1.48)μg/kg、(19.16±1.43)mg g^(-1)(24h)^(-1)和(2.20±0.94)mg g^(-1)(24h)^(-1),均显著低于稻田,而与两种天然湿地没有显著差异。主成分分析表明,稻田撂荒地能与稻田明显分开,而与其它两种覆被土壤有所交叉。统计分析表明,MBC和碱性磷酸酶活性均与pH呈显著正相关关系(P<0.05);MBN、蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性均与土壤总有机碳(SOC)呈显著的正相关关系(P<0.05);土壤微生物DNA与SOC、总氮(TN)和碱解氮(AN)均呈显著正相关关系(P<0.01),与Mg^(2+)呈显著正相关关系(P<0.05)。以上研究结果表明,会仙湿地中的稻田在撂荒以后,土壤微生物生物量和两种土壤酶活性显著降低,影响微生物生物量和土壤酶活性变化的主要因素是pH、SOC、TN、AN和Mg^(2+)。因此,建议在稻田撂荒地上重新种植水稻,以加快会仙岩溶湿地的恢复过程。

生物质固化成型的微观机理

通过对生物质固化成型微观机理的研究,建立了生物质固化成型的微观接触几何模型,确定了压辊对原料的正压力与生物质颗粒表面斜角之间的数学关系,正压力F的大小与颗粒表面斜角a_i的余弦成正比关系。通过对固化成型分子微观机理的研究,说明了固化成型燃料燃烧点低的原因。建立了生物质固化成型的能量微观机理,并从表面能角度揭示了固化成型燃料能量密度增加、燃烧值提高的机理。

农田黑土微生物量碳的研究

根据试验测得的黑土微生物量碳结果,分析了黑土微生物量碳与土壤结构、土壤肥力以及环境条件之间的关系,为改良农田黑土,提高农田黑土土壤肥力提供依据,为黑土区农业的综合治理提供了技术支撑。表2,参5。

全周期种植模式胶园土壤养分和微生物量碳分布特性

通过监测传统胶园与全周期种植模式胶园土壤的养分差异,探讨全周期种植方式对胶园土壤养分的影响。结果表明,传统胶园内离树越近的位点,土壤养分含量和微生物量碳越低;除速效磷外,全周期胶园内离树越近的位点,土壤养分含量和微生物量碳越高。总体而言,全周期胶园土壤全氮、无机氮和微生物量碳低于传统胶园,但均没有达到显著差异,而其土壤有机质、速效磷和速效钾含量高于传统胶园,其中速效磷含量达显著差异(P<0.05)。与传统胶园相比,全周期种植模式主要影响土壤养分和微生物量碳的分布特征,其中土壤速效磷和速效钾含量亦相对较高,其他指标变化较小。

生物质在微型流化床中热解动力学与机理

利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)研究了生物质在氩气氛中的热解反应,通过在线反应物供给和生成气组成变化监测,实现了设定温度下生物质热解反应速率的测试、动力学参数的求算和反应机理的分析。应用该仪器测定的生物质在800℃的热解时间为10s,明显小于传统文献报道值。测试的气体释放顺序与反应动力学参数初步证实了生成的不同气体间存在耦合反应,且各气体生成难易程度存在差异。测试的反应级数为1.62,以整体挥发分为基准的活化能与指前因子分别是11.77kJ/mol和1.45s-1,明显小于常规热重方法的测试值。

微富氧环境污泥、煤、生物质混烧的热重实验研究

近年来,随着我国工业的迅猛发展和城市化进程的加快,污泥产量持续增加,而微富氧燃烧技术可有效实现污泥的无害化及资源化处置,因此为了研究微富氧条件下污泥、煤和生物质的燃烧特性,采用30%O2和70%CO_2的混合气体模拟微富氧环境,利用热重分析法对试样进行实验研究,结果表明：微富氧环境下,污泥、煤粉、生物质的主要失重温度范围分别为200~600℃、200~400℃、400~600℃,三者的失重速率曲线均存在两个失重峰但存在位置不同;在失重速率曲线上,不同比例的污泥与煤混合试样出现相同交点,而污泥与生物质混合试样不存在交点;干基状态下,生物质综合燃烧性能最好,污泥次之,煤粉最差;混合试样的活化能并没有随着污泥比例的增加有规律性变化,也没有介于组分的活化能之间。本文为污泥的微富氧燃烧技术提供了一定的理论及数据支持。

生物质气微型燃气轮机燃烧室的数值模拟

将生物质气应用在为天然气设计的微型燃气轮机中时,由于其热值较低以及可燃成份的不同,会给燃烧室的温度场、速度场以及燃烧特性造成影响。对30kW级微型燃气轮机的燃烧室进行了初步的设计,并在此基础上采用Fluent软件对燃烧室燃烧甲烷气和生物质气进行了数值模拟比较,探讨了燃烧生物质气对燃烧室内部流动、温度分布和NOx排放造成的影响及其原因,为今后生物质气微型燃气轮机燃烧室的设计应用提供了数据。