不同生物质炭浸提液对萝卜种子萌发与幼苗生长的毒害效应

【目的】探究生物质炭对植物种子萌发及幼苗生长的毒副作用,以期为典型有机废弃物炭化农业应用潜力筛选及安全利用剂量提供理论依据。【方法】以厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭、水稻秸秆炭等3种典型生物质炭为材料,设置m(炭)∶V(水)分别为1∶20、1∶50、1∶100等3个浸提处理,以去离子水为对照,研究生物质炭浸提液对萝卜Raphanus sativus种子萌发、幼苗生长发育的毒害效应。【结果】与对照相比,m(炭)∶V(水)为1∶100的生物质炭浸提液对萝卜种子萌发与幼苗生长影响不显著,m(炭)∶V(水)为1∶20、1∶50的浸提液对萝卜种子萌发有显著抑制作用(P<0.05)。m(炭)∶V(水)为1∶20时,萝卜幼苗存活率<12%。m(炭)∶V(水)为1∶50时,幼苗表观指标(鲜质量、根长、苗长)相比于对照组分别降低了29.55%-51.89%、20.77%-76.04%、37.73%-56.01%,呈显著的生长抑制效应(P<0.05),抑制作用从大到小依次为厨余垃圾炭、水稻秸秆炭、猪粪沼渣炭。浸提液的pH、无机盐总量、砷(As)、纳(Na)、钾(K)均与萝卜种子萌发、幼苗生长发育呈显著负相关(P<0.05),是抑制萝卜生长发育的主要因素。m(炭)∶V(水)为1∶50浸提液培养的萝卜幼苗根系活力降低、丙二醛提高,幼苗根系细胞膜完整性被破坏,发生脂质过氧化,表现出明显的毒害效应。【结论】厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭和水稻秸秆炭的m(炭)∶V(水)>1∶50时,浸提液对萝卜种子萌发和幼苗期生长存在危害。

炭化温度对植物基生物质炭与易腐垃圾炭的理化特性影响比较

易腐垃圾具有产量大、有机易腐性高的特点,带来严重的环境压力和资源浪费.炭化农用是其减量化处理和资源化利用的有效途径.本研究以山核桃蒲壳、玉米秸秆和易腐垃圾为原料在350、500、650℃条件下热解炭化制备生物质炭,比较植物基生物质炭与易腐垃圾炭理化特性的差异及其影响因素.结果表明,与山核桃蒲壳炭(WSB)和玉米秸秆炭(MB)相比,易腐垃圾炭(PWB)具有碳(C)含量低,氮(N)和灰分含量高的特点.炭化温度对其元素组成影响较弱.当炭化温度由350℃升到650℃时,WSB和MB的C含量分别提高了24.6%和13.2%,氢碳比值(H/C)分别下降了58.7%和34.7%;而PWB的C含量变化不显著,H/C比值仅下降了18.0%.随着炭化温度升高,生物质炭的pH值、EC、水溶性K+和Na+含量呈上升趋势.相关性分析结果表明,灰分与C/N、C含量、水溶性K+含量呈极显著负相关,与N含量、水溶性Na+含量、pH值呈极显著正相关.因此,高灰分含量导致易腐垃圾炭对炭化温度响应弱于植物基生物质炭,同时使易腐垃圾炭能为土壤提供更多的矿质养分.

基于乙醇制浆技术的生物质炼制模式的研究进展

本文系统介绍了基于乙醇制浆技术发展出的生物质炼制过程的研究现状及进展,并从经济可行性的角度对此过程进行了探讨。

瘤胃微生物在生物质废物资源化领域应用研究进展

瘤胃微生物作为古老的微生物体系,其多样的生物酶系及卓越的木质纤维素降解能力使其在多种领域被研究和利用。本文主要介绍了瘤胃微生物的组成,瘤胃细菌及真菌对纤维类物质的降解能力及作用,并从瘤胃微生物对不同种类富纤维素固体废弃物的水解能力及降解性能、产甲烷效率及厌氧反应器研究现状角度出发,归纳和总结了瘤胃微生物在生物质废物资源化领域应用的研究现状,并指出了其今后的研究方向。

基于高通量实时荧光定量聚合酶链式反应技术探究铜对猪粪厌氧发酵产物中抗生素抗性基因的分布特征影响

抗生素抗性基因(ARGs)的环境污染问题已逐渐成为研究热点。在养殖业中,重金属铜和抗生素是饲料中主要的添加剂,但其在动物体内都未能完全吸收,大量重金属和携带ARGs的微生物会通过粪便排出,进而对环境介质中的ARGs产生长期的选择压力,增加ARGs的传播风险。厌氧发酵作为主要的粪肥无害化处理方式,其产物中仍存在丰富的ARGs,并且铜对厌氧发酵产物中ARGs分布特征的影响尚不清楚。因此模拟猪粪中不同程度铜污染(75、227 mg/L)进行厌氧发酵实验,利用高通量实时荧光定量聚合酶链式反应(HT-qPCR)技术分析不同浓度铜对发酵产物中ARGs分布特征的影响,及ARGs与可移动基因元件(MGEs)之间的关系。研究发现,受到铜污染的发酵产物中ARGs和MGEs相对丰度和数量显著(P<0.05)增加,75、227 mg/L铜污染下ARGs的总相对丰度相较于对照组分别提高了86%、91%,产物中检测到氨基糖苷类和多药类抗性基因最为丰富;且ARGs对不同浓度铜的响应也不同,高浓度铜污染的发酵产物中总ARGs相对丰度高于低浓度铜。总体来看,在厌氧发酵体系中铜的赋存促进了ARGs与MGEs的共选择,提高了ARGs的水平基因转移能力,增加了ARGs在环境中传播和转移的风险。

缺氧/好氧移动床生物膜反应器短程脱氮工艺深度处理煤化工废水性能

煤化工废水生化处理出水仍含有大量有毒和难降解污染物,对环境具有严重的危害,采用缺/好氧移动床生物膜反应器(ANMBBR-MBBR)复合生物短程脱氮技术对煤化工废水进行深度处理。试验结果表明,生物组合工艺有效缓解了废水有毒抑制物和低碳氮比对生物脱氮工艺的负面作用,最佳运行条件为水力停留时间12 h,硝态氮/亚硝态氮混合液回流比200%,该工艺对COD、氨氮和总氮的去除率分别为68.1%、84.0%和74.7%,相应的出水浓度分别为48.0、4.8和13.9 mg·L^(-1),均达到了国家城镇污水处理厂污染物排放一级A标准;高有毒负荷下,与传统的A^2O生物脱氮工艺相比,该组合工艺具有更加稳定和高效的脱氮效能;而且ANMBBR有效地提高了废水生物降解性(BOD_5/COD值增加至0.3),有利于短程硝化的高效运行,MBBR处理后出水有毒抑制物的数量和种类分别减少了84.4%和54.5%。因此,该组合工艺具有性能高效稳定和经济节约的技术优势,适于煤化工废水深度处理的工程化应用。

煤化工废水处理技术研究与进展

介绍了煤化工废水的来源、水质特点和处理难题。针对煤化工废水主要处理技术,即分离技术、生物技术和高级氧化技术,综述了国内外有关研究的现状、发展趋势和应用。展望了未来的研究方向,指出各种处理技术的组合和优化,缓解废水对生物工艺的毒性抑制性,达到高效生物脱氮的效果,是实现煤化工废水"零排放"的必然趋势。

施用猪粪炭对水稻田土壤肥力与酶活性的影响及安全性分析

采用大田试验,研究不同施用量(0、1%、2%、3%)的猪粪炭对水稻田土壤肥力提升及酶学性质的影响,分析猪粪炭优化调控水稻产量及钝化土壤重金属的应用性。结果表明,施用猪粪炭提高土壤氮、磷、钾及有机质的含量并降低土壤容重。施炭处理促进提高水稻产量,其中1%施炭处理的水稻产量较对照提高8.19%,有效分蘖数提高17.57%。随着施炭量增加,分蘖期土壤的蔗糖酶活性呈递增趋势,成熟期蔗糖酶活性以及2个生育期脲酶活性呈先升后降趋势;成熟期1%施炭处理的蔗糖酶、脲酶活性较对照分别提高51.24%、31.60%。施用猪粪炭显著降低土壤有效态重金属As、Cd的含量;1%施炭处理在分蘖期、成熟期有效态As含量较对照分别降低10.28%、7.69%,有效态Cd分别降低14.14%、11.82%。综上,猪粪炭施用能够促进土壤肥力提升,提高作物产量并降低土壤重金属风险,其中1%施炭处理效果最佳。

腐殖酸对生物炭吸附四环素的影响

以猪粪为原料,分别在300℃和700℃条件下制备猪粪生物炭(以下简称生物炭)。采用静态吸附实验,研究生物炭对四环素的吸附性能以及腐殖酸对生物炭吸附四环素的影响。结果表明:生物炭对四环素的吸附过程符合准二级动力学方程(R^2>0.99)。Langmuir和Freundlich方程都能很好地描述等温吸附过程(R^2>0.96)。最大吸附量随着热解温度的升高而增加,700℃条件下制备的生物炭吸附量最大,达到7.96mg/g。溶液pH影响吸附过程,pH为3.5~7.5时,生物炭对四环素的平衡吸附量较大。腐殖酸能缩短吸附平衡时间,使其由36.0h提前至18.0h。随着溶液中腐殖酸浓度的增加,300℃条件下制备的生物炭对四环素的平衡吸附量表现出增加的趋势,而700℃条件下制备的生物炭对四环素的平衡吸附量表现出减少的趋势。

废弃物水稻秸秆制备催化剂强化臭氧深度处理造纸废水的效能

以农业废弃物水稻秸秆为原料制备了秸秆基活性炭负载金属Fe氧化物的臭氧催化剂,主要特征为负载Fe_3O_4,负载量14.25%,比表面积1175.1 m^2·g^(-1),研究其强化臭氧深度处理造纸废水的效能。结果表明,制备的秸秆基活性炭和催化剂均对造纸废水污染物具有较高的吸附性能,吸附等温线与Langmuir模型拟合相关性良好(R^2>0.99);催化剂的使用显著强化了臭氧氧化污染物的性能,最佳的运行参数是臭氧和催化剂投加量分别为0.3g·h^(-1)和1 g·L^(-1)及原水pH,处理后出水COD、BOD_5、氨氮和色度分别为46、17、5 mg·L^(-1)和18倍,均低于我国造纸废水污染物排放标准(GB 3544—2008);重复20次的运行,催化剂具有良好的稳定性,金属离子溶出浓度极少,并通过自由基捕获剂和ESR测试探讨该催化臭氧氧化过程属自由基间接氧化为主导的反应机理。本研究制备的臭氧催化剂具有性能高效稳定和经济节约的特点,适用于造纸废水深度处理的工程化应用。

臭氧对超滤膜处理钱塘江水中有机物的影响研究

钱塘江水经臭氧化后过超滤膜,考察臭氧对超滤膜过滤地表水中有机物的作用,进而考察其对膜过滤特性的影响。结果表明,钱塘江水中的有机物以小分子、亲水组分为主;臭氧接触时间为20.0min时,膜出水中DOC和UV254的总去除率分别达到39.3%、73.1%;随着臭氧接触时间的增加,膜出水DOC中分子量<3ku的有机物所占比例下降,分子量>3ku的有机物所占比例几乎不变或稍有升高,膜出水UV_(254)中不同分子量有机物的比例变化与DOC相反;总体看来,投加臭氧使膜出水中强疏水组分的比例下降,弱疏水及亲水组分的比例则有增加趋势。臭氧化可有效缓解膜污染,臭氧接触时间为5.0min时膜污染下降率最大,为75.4%。

非均相催化臭氧氧化深度处理造纸废水的性能

采用农业废弃物水稻秸秆制备秸秆基活性炭,将其负载过渡金属Mn和Fe作为臭氧催化剂。采用正交试验考察了制备参数对其催化活性的影响,结果表明,最佳制备条件:浸渍时间为12 h,热解温度为500℃,热解时间为3 h。以制备的催化剂催化臭氧氧化深度处理造纸废水,COD和色度平均去除率分别为74.3%和80.5%,处理出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A排放标准。制备的催化剂稳定性高且经济环保,适于造纸废水深度处理的工程应用。

沼渣生物炭基Fenton催化剂的制备及其高效降解吡虫啉农药废水的研究

以废弃物沼渣和含铁剩余污泥为原料,采用一步热解法制备沼渣生物炭基Fenton催化剂(以下简称催化剂),构建了非均相Fenton反应体系处理含吡虫啉模拟废水,考察了H_(2)O_(2)和催化剂用量对吡虫啉去除率的影响。结果表明,非均相Fenton反应体系中,H_(2)O_(2)最佳投加量为0.50 g/L,催化剂最佳投加量为1.00 g/L,室温下反应120 min后吡虫啉去除率可达99%左右。与传统Fenton氧化系统相比,非均相Fenton体系可有效缓解铁泥的产生,具有更宽的pH适用范围,催化剂重复利用性好,金属离子溶出较少,具有“以废治废”和经济环保等特点,为废弃物沼渣的回收利用和农药废水高效处理提供了新思路,具有较好的应用前景。

磁性材料强化厌氧工艺处理有机废水的研究进展

近年来,直接种间电子传递被发现是厌氧工艺重要的电子传递途径。并且,添加磁性材料更有利于驱动此种电子传递方式。因此,本文通过国内外文献调研,将磁性材料分为单一磁性材料和复合磁性材料,分别介绍了零价铁、金属氧化物(FeO、Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4))以及磁性炭材料强化厌氧工艺在废水处理中的应用效果(对废水降解率、甲烷产量、挥发性脂肪酸、胞外聚合物、酶的活性等有积极作用)和影响因素(温度、pH、污染物浓度、磁性材料尺寸以及投加量等),分析了不同磁性材料诱导直接种间电子传递的机理和目前存在的不足,着重强调了磁性炭材料的技术优势,提出磁性炭材料诱导直接种间电子传递的研究方向,并指明构建厌氧微生物导电体系是其未来发展的重要方向。

常压下玉米秸秆液化工艺的优化及其生物油分析

随着化石能源的日益短缺,可再生木质生物质资源的利用越来越受到重视,常压液化技术是生物质资源高效利用的主要方式之一。利用单因素方法,探讨液化温度、复配液化剂二甘醇(DEG)与1,2-丙二醇(PG)的混合比、液固比、催化剂磷酸的用量、反应时间等因素对玉米秸秆液化得率的影响,以便优化其液化工艺;然后采用热重分析仪(TGA)、气相色谱-质谱技术(GC-MS)和核磁共振(NMR)技术对此优化条件下所得生物油的挥发降解特性和主要组成成分进行了检测探讨。分析表明,玉米秸秆液化时优化工艺参数为:液化温度170℃,液化剂DEG与PG混合比1∶2,液固比5∶1,HPO用量10%,反应时间45 min;此时玉米秸秆液化得率高至99.50%。TGA结果表明,此条件下所得生物油含有80%以上碳数小于25的化合物,热解后最终残炭量约为15%。GC-MS表明,可以检测出此生物油中含有的39种有机物,其中,醇类有机物的含量最多,酚类有机物的含量次之,它们相对含量依次是70.70%和25.63%,其还含有一定量的有机酸(2.80%)、醚类(0.64%)、酯类(0.10%)和酮类(0.13%)等有机物;其组分十分复杂,高含氧量,稳定性较差。H-和C-NMR分析表明,不同化学位移δ与生物油中不同类型的质子和碳原子相对应,明确生物油中不同类型H和C的分布,有利于对其分子结构进行深入探讨。这些研究为非木材生物质高效液化条件的选择及液化产物制备化学品和生物燃油给予理论基础与应用支持,促进了生物质资源的有效转化利用及其生物质基产品的开发。

氢氧化钠-硫脲-尿素水溶液高温预处理对麦草纤维酶解性能的影响研究

利用氢氧化钠-硫脲-尿素水溶液在高温条件下处理麦草纤维,通过单因素试验探究该体系对麦草纤维酶解性能的影响情况。结果表明:在用碱量(氢氧化钠计)10%、最高温度120℃、保温时间45 min(纤维浓度20%)的条件下,该体系对麦草纤维酶解性能的改善效果最佳。在上述条件下,纤维中苯-醇抽提物、灰分、木质素和综纤维素的脱除率分别为65.29%、55.82%、67.80%和21.04%,同时酶解总糖含量和总糖转化率分别为45.7%和74.8%,比在相同条件下经氢氧化钠水溶液处理后纤维的相应指标增加21.5%。

氢氧化钠-尿素水溶液高温处理对桉木枝桠材纤维酶解性能的影响

本研究利用氢氧化钠-尿素水溶液(氢氧化钠∶尿素∶去离子水=6∶4∶90,质量比)在高温条件下处理桉木枝桠材纤维以求改善其酶解(纤维素酶、木聚糖酶和纤维二糖酶的混合酶)性能。酶解工艺条件为:纤维绝干质量2 g、酶解浓度5%、底物酶用量(以纤维素酶活计)10 FPU/g、酶解转速150 r/min、酶解温度50℃、酶解时间72 h,利用单因素实验探究最佳处理工艺。结果表明,在用碱量(以氢氧化钠计)11%、处理温度140℃、保温时间50 min的条件下,该体系对桉木枝桠材纤维酶解性能的改善效果最佳。在最佳条件下,纤维中苯-醇抽出物、木质素和综纤维素的脱除率分别为64.59%、56.45%和15.20%,同时处理后纤维中酶解总糖含量和总糖转化率分别为50.9%和81.18%,与经热水处理后纤维的上述两项指标相比分别提高了约133.5%。

利用氢氧化钠-尿素-氧化锌-水体系制备湿强纸的研究

利用氢氧化钠-尿素-氧化锌-水体系处理漂白甘蔗渣化学浆成纸以制备湿强纸,通过氢氧化钠质量分数、处理温度、处理时间和洗涤时间的单因素试验探究最佳工艺流程。结果表明,氢氧化钠质量分数6%、处理温度-10℃、处理时间8 min、洗涤时间10 min的条件下,制得成纸的强度性能最好,同时和原纸相比,制得纸张的结晶区结构没有明显变化,但纸张表面形态变化明显。

水稻秸秆生物炭和猪粪生物炭对镉的吸附性能

以猪粪和水稻秸秆为原料,在300℃和600℃的条件下制备生物炭,研究其对Cd^2+的吸附性能,分析溶液初始pH值、吸附时间和Cd^2+浓度对吸附的影响。结果表明:溶液初始pH值对生物炭吸附Cd^2+有影响,当pH值从2.0升高至7.0时,生物炭对Cd^2+的吸附量表现为先升高后趋于稳定。生物炭对Cd^2+的吸附过程可以用准二级动力学方程较好地拟合(R2>0.99)。水稻秸秆生物炭对Cd^2+的吸附约4 h达到平衡,而猪粪生物炭吸附对Cd^2+的吸附约6 h达到平衡。生物炭对Cd^2+的等温吸附过程可用Langmuir方程较好地拟合(R^2>0.95),生物炭对Cd^2+的吸附量随着热解温度的升高而增加,600℃制备的水稻秸秆生物炭的吸附量最大,达到59.84 mg·g^-1。

碱脲体系中温处理对麦秆高得率制浆性能的影响

利用氢氧化钠-硫脲体系在中等温度以及高纤维浓度的条件下处理麦秆,通过单因素试验探究最佳处理工艺。结果表明:在用碱量5%、浸渍时间10min、处理温度50℃、处理时间60min的条件下,该体系对麦秆的预处理效果最佳。与自制麦草漂白化学机械浆相比,经氢氧化钠-硫脲体系预处理后制得的麦草漂白化机浆的细浆得率、白度、抗张指数和耐破指数分别提高1.5%、4.1%、14.6%和9.8%,同时磨浆能耗和松厚度分别降低13.5%和4.5%。两种漂白化机浆的结晶区结构和结晶度的差别不明显,元素含量无明显变化。