生物质再燃脱硝及其同相还原反应特性

利用固定床反应器研究了稻壳、木屑和玉米秸3种生物质在不同工况〔再燃温度、φ(O₂)〕下的再燃脱硝效率,同时考察了再燃区出口处CO、H₂、碳氢类物质(主要是CH₄)、HCN和NH₃的体积分数随工况的变化规律. 结果表明:生物质类型对再燃脱硝效率有很大影响,木屑再燃脱硝效率最大值达57.0%±2.1%,高于稻壳(50.0%±1.5%)和玉米秸(51.0%±1.1%). 在再燃过程中,生物质产生的热解气能够增强还原性气氛,从而提高再燃脱硝效率,当烟气中φ(O₂)为0%～1%时,再燃脱硝效率较高. 在还原性气氛(800～1 200 ℃)下,3种生物质再燃脱硝效率差异主要来自生物质不同热解气与NO的同相反应. 其中,碳氢类物质对NO的还原起到了关键作用,而CO和H₂所起作用并不大,φ(HCN)与φ(NH₃)之和反映了气相中NO向N₂的转化趋势. 因此,深入了解生物质热解气对其再燃脱硝效率的影响机制有益于燃料再燃脱硝效率的提高.      

生物质再燃降低NO排放的实验研究

在大型一维多功能脱硝试验台上进行了生物质再燃脱硝特性实验,结果表明:生物质挥发分含量越高、颗粒比表面积越大,其再燃脱硝效率越高;生物质再燃脱硝过程中存在最佳运行参数:最佳脱硝温度在900℃左右,最佳过量空气系数约为0.8,再燃比为15%~20%。     

Fe2O3控制再燃脱硝中间产物HCN

再燃脱硝过程的中间产物HCN在燃尽过程的二次氧化对最终NO的脱除效率影响很大,有效控制HCN的转化对提高再燃脱硝的效率具有重要意义.以天然气和150目废轮胎粉为再燃燃料,利用模拟烟气在陶瓷管反应器中对典型条件下的再燃脱硝特性和中间产物HCN/NH3的生成特性进行了实验研究.结果表明在典型的再燃条件下,随着再燃区空气系数...     

再燃脱硝的动力学模拟和组分影响分析

采用Gear算法模拟了再燃脱硝再燃区中化学反应过程，反应的热力学和动力学参数采用GRI3．0,模拟结果和实验结果作比较，说明该模拟可以用于预测再燃脱硝的基本过程。在模拟的基础上讨论了不同再燃燃料及其中的不同组分如HCN、NH3、H2和CO等对脱硝效果的影响。     

操作参数对改性钙基吸收剂同时脱硫脱硝特性的影响

利用固定床反应器研究了反应温度(T)、相对湿度(RH)、以及空塔速度(V)对改性钙基吸收剂同时脱硫脱硝效率的影响规律,并得出了改性钙基吸收剂同时脱硫脱硝的最佳反应工况。结果表明:在T=60~90℃内,温度升高不利于NO的脱除,而对SO2的脱除有一定的促进作用。在RH=60%~100%条件下,脱硫脱硝效率均随相对湿度增大而增大。对脱硝效率而言,空速越小其脱除效率越高,高空速下对应的脱硝率变化并不明显;SO2的脱除效率随着空速的增大呈先增大后减小的趋势,当空速V=6 948.47 h-1时对应的脱硫效率最高。综合而言,吸收剂脱硫脱硝的最佳反应温度、相对湿度及空速分别为70℃、100%和4 246.29 h-1。     

氧气浓度和温度对生物质焦炭脱硝效率的影响研究

再燃技术是在主燃区后喷入再燃燃料形成氧化性气氛的脱硝技术,是一种低成本的控制NOx排放的技术,将生物质作为再燃燃料可以降低了NOx的排放。生物质中Na、K、Fe含量较高,对再燃脱硝过程有重要影响,在固定床系统上,研究了氧气浓度和温度对生物质焦炭脱硝效率的影响,实验结果表明,当Na、K、Fe含量较高时O2对焦炭脱硝反应的促进作用不明显,由连续升温实验可以看出Na、K、Fe的存在使得焦炭脱硝反应所需温度降低,降低了反应的活化能。     

负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤的稳定化机制研究

为探讨负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤中共存重金属的稳定化效果和迁移转化特征,以玉米秸秆和小麦秸秆为原材料,负载磷酸盐后在600 °C下无氧热解制备两种生物质炭材料,并将其用于重金属复合污染土壤中进行稳定化批处理试验. 结果表明:负载磷酸盐的玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭材料可通过增加土壤中无定形铁、铝氧化物的含量而促进其对Cd的吸附,且负载磷酸盐后玉米秸秆生物质炭材料对土壤中无定形氧化物含量的增幅和游离态氧化物含量的降幅高于小麦秸秆生物质炭;同时,两种生物质炭材料均显著提高了土壤铁的活化度,进而有效控制了土壤重金属的生物有效性. 添加不同比例(如5%、10%和15%)的负载磷酸盐生物质炭均可降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu的迁移风险,并促进Pb的酸可提取态、铁锰结合态向有机结合态和残渣态转化,以及Cd、Zn和Cu的酸可提取态向残渣态转化. 两种负载磷酸盐生物质炭材料均可有效降低重金属的浸出浓度,10%及以上的添加量均可使Pb的浸出浓度降低98%以上. 15%的负载磷酸盐玉米秸秆生物质炭可使Cd和Zn的浸出浓度分别降低89%和47%,而15%的负载磷酸盐小麦秸秆生物质炭可使Cu的浸出浓度降低56%. 研究显示,施用10%~15%的负载磷酸盐生物质炭材料可显著降低重金属复合污染土壤中Pb和Cd的潜在环境风险,对矿区重金属污染土壤的安全利用具有参考和指导意义.      

生物质炭和秸秆配合施用对土壤有机碳转化的影响

为探讨生物质炭和秸秆碳输入对土壤碳构成和转化的影响,通过室内培养试验,研究了单施生物质炭、秸秆及两者配合施入下土壤二氧化碳的释放特征以及土壤微生物碳和有机碳的变化.结果表明,秸秆有机碳在土壤中的矿化率为21.50%(2%添加水平),远大于等量生物质炭的矿化率(8.09%);施用等量(占4%土重)生物质炭和秸秆,培养200 d后土壤有机碳含量分别为24.40 g·kg~(-1)、17.40 g·kg~(-1),表明生物质炭对有机碳的提升作用大于秸秆的.施用生物质炭对土壤固有有机碳有一定的保护作用,生物质炭与秸秆配合施用促进了秸秆的矿化,对有机碳矿化影响的交互效应为正值.施用秸秆能大幅度增加土壤微生物碳,而生物质炭对土壤微生物碳影响小;秸秆和生物质炭配合也增加了土壤微生物碳,但其交互效应与培养时间、施用量等有关,可正可负.     

堆肥添加剂降低碳氮损失的微生物学机制研究

为了探明添加剂如何影响堆肥微生物优势群落的演替进而影响碳氮损失,以玉米秸秆和鸡粪为原料,添加不同量的生物质炭和凹凸棒作为添加剂,设置5个处理（CK （鸡粪+玉米秸秆）、BC1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）生物质炭）、BC2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）生物质炭）、PG1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）凹凸棒）和PG2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）凹凸棒））进行堆肥.结果表明,相较于CK,BC1、BC2、PG1、PG2处理的碳和氮损失分别减少了8.60%、12.05%、2.03%、6.14%和14.54%、20.14%、8.40%、11.23%.优势微生物菌群与碳氮损失的冗余分析表明,添加10%生物质炭和添加10%凹凸棒都显著促进了堆肥过程中固氮类细菌相对丰度,而抑制反硝化细菌的相对丰度,且添加10%生物质炭效果更佳;KEGG分析表明,添加10%生物质炭显著影响氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因,而添加10%凹凸棒显著影响氨基酸代谢功能基因.由此可见,10%添加剂的碳氮损失都低于5%添加剂的处理,添加生物质炭的碳氮损失都低于凹凸棒处理,添加剂通过影响优势微生物群落及其氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因抑制堆肥过程中的碳氮代谢,从而减少碳氮损失.     

秸秆生物质环境材料的制备及对水中多环芳烃的处理性能

300～700℃下热解炭化黄豆、芝麻、玉米秸秆8h,制备了秸秆生物质环境材料,测定了秸秆生物质环境材料的BET比表面积及其对亚甲基蓝和碘的吸附能力.以多环芳烃(PAHs)为目标污染物,探讨了生物质环境材料对水中单一和复合PAHs的吸附性能.结果表明,随热解温度升高,秸秆生物质环境材料比表面积增大,其对亚甲基蓝、碘的吸附...     

生物质露天焚烧及家庭燃用的多环芳烃排放特征研究

农村地区生物质燃烧排放是大气多环芳烃(PAHs)的重要来源之一.本研究利用建立的烟尘罩稀释通道采样系统,对我国典型的生物质燃烧方式—水稻、玉米、花生、大豆秸秆的家庭炉灶燃烧,并对水稻、玉米、花生秸秆以及荔枝树、大叶榕、小叶榕等落叶的露天焚烧进行实验室模拟,实测了秸秆野外焚烧、落叶野外焚烧、秸秆炉灶燃烧等3种典型生物质燃烧类型排放的气相及颗粒相PAHs的排放因子.结果表明,本研究生物质露天焚烧PAHs排放因子高于大部分已有实验结果,秸秆炉灶燃烧PAHs排放因子亦高于大部分排放清单采用值.3类燃料燃烧排放PAHs的谱分布相近,均以中低环PAHs为主,中高环(4~6环)PAHs比例为22.2%~28.8%.采用某单一数值作为某类源PAHs特征比的取值,并将其运用于大气PAHs的来源解析可能会造成偏差.     

Investigation on emission factors of particulate matter and gaseous pollutants from crop residue burning

Emission factors of particulate matter (PM), element carbon (EC), organic carbon (OC), SO_2, NO_x, CO, CO_2, and ten ions (Na~ , NH_4~ , K~ , Mg~(2 ), Ca~(2 ), F~-, Cl~-, NO_2~-, NO_3~-, SO_4~(2-)) were estimated from the domestic burning of four types of commonly produced crop residues in rural China: rice straw, wheat straw, corn stover, and cotton stalk, which were collected from the representative regions across China. A combustion tower was designed to simulate the cooking conditions under which the peasants burned their crop residues in rural China, to measure the emission factors. Results showed that wheat straw had the highest emission factor for the total PM (8.75 g/kg) among the four crop residues, whereas, corn stover and wheat straw have the highest emission factor for EC (0.95 g/kg) and OC (3.46 g/kg), respectively. Corn stover also presents as having the highest emission factors of NO, NO_x, and CO_2, whereas, wheat straw, rice straw, and cotton stalk had the highest emission factors of NO_2, SO_2, and CO, respectively. The water-soluble ions, K~ and Cl~-, had the highest emission factors from all the crops. Wheat straw had a relatively higher emission factor of cation species and F~-, Cl~-, NO_2~- than other residues.     

薪柴和经济作物秸秆燃烧VOCs排放特征

薪柴及经济作物秸秆在中国农村地区仍普遍使用,其燃烧是挥发性有机物(VOCs)的重要排放源,当前对其排放特征研究仍比较薄弱.本研究选取了3种薪柴(白杨树、杉木和柑橘枝)和6种经济作物秸秆(黄豆秆、芝麻秆、玉米棒、棉花秆、花生秆和玉米秆),通过实验室模拟燃烧和稀释通道采样系统,采用Tedlar袋和Agilent 7820A/5977E气相色谱/质谱联用法采集和分析了烟气中102种VOCs组分组成,并对不同类型生物质燃烧排放VOCs的臭氧生成潜势进行分析.结果表明,不同类型的生物质燃烧排放的VOCs组分存在差异,乙烷(11.1%)、反-2-戊烯(15.4%)、乙烯(8.3%)和二氯甲烷(11.9%)是白杨树和杉木燃烧排放的主要VOCs组分;甲苯(49.8%)是柑橘枝燃烧排放的VOCs含量最丰富的物种;乙烯(11.8%～17.5%)和丙酮(9.2%～14.7%)是秸秆类燃料燃烧的主要VOCs组分.玉米秆、花生秆和柑橘枝具有相似的VOCs源成分谱,分歧系数小于0.1.本研究及已有报道中的生物质燃烧排放苯/甲苯比值范围是0.030～6.48,在开展源解析研究中,采用苯/甲苯比值大于1认定为受到生物质燃烧排放影响值得商榷.烯烃、含氧VOCs和芳香烃对生物质燃烧排放VOCs的臭氧生成潜势的贡献分别为30.6%～80.3%、 6.5%～21.0%和3.8%～56.5%,对臭氧生成潜势贡献比例超过10.0%的组分为乙烯、丙烯、反-2-戊烯、顺-2-戊烯、甲苯和丙醛.     

厌氧互营苯甲酸降解菌 Sporotomaculum syntrophicum对玉米秸秆沼气发酵的生物强化作用

木质素的有效降解是提高秸秆等木质纤维素原料沼气发酵效率的有效途径。木质素很难被厌氧微生物分解利用,然而有研究表明木质素可以经由苯甲酸、苯酚等芳香族化合物被微生物分解利用。采用批次试验探究厌氧苯甲酸降解菌Sporotomaculum syntrophicum FB对秸秆沼气发酵的影响。强化菌株S.syntrophicum接种比例的结果表明,接种比例为5%、10%和20%时,甲烷产量分别为252.2,244.9,234.8 mL/g TS,比对照组提高了20.5%、17.0%和12.2%,TS去除率提高了2.9%、3.1%和3.4%。投加5%~20% S.syntrophicum后的玉米秸秆中纤维素、半纤维素、木质素的去除率,比对照组提高了12%~13%,3%~5%和38%~46%。进一步试验结果显示,添加S.syntrophicum使甲基纤维素、木聚糖和碱木质素(纤维素、半纤维素和木质素的模式物)的甲烷产量分别提高了15.7%、11.4%和7.8%。     

多元混合物料协同促进厌氧消化产甲烷性能试验研究

为评估农牧废弃物多元物料混合厌氧发酵对产甲烷性能的协同促进作用,研究了中温（37±1）℃和固体质量分数为12%时,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合原料的厌氧消化产甲烷性能,最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程.结果表明：3种物料混合厌氧发酵发生了明显的协同促进作用,协同效应作用值为34.85%~70.39%,贡献效果显著（P<0.05）;当牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS混合比例为50：20：30时,甲烷产率、累计甲烷产量和VS降解率达到最大值,分别为286.0mL/g VS、20713mL和65.6%,比单一牛粪、蔬菜废弃物以及玉米秸秆厌氧消化甲烷产量分别提高了32.9%、229.9%和82.0%.修正的Gompertz方程能较好反映物料厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R²均大于0.99,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS比例为50：20：30时具有最大产甲烷速率17.34mL/（d×g）和较短的迟滞时间2.97d.该研究结果可为农牧废弃物多元混合物料厌氧消化产沼气工程提供参考.     

以10种农业废弃物为基料的地下水反硝化碳源属性的实验研究

为了选择理想的农业废弃物作为优质碳源,同时作为生物膜载体应用于可渗透反应墙(PRB),通过反硝化作用去除地下水中的硝酸盐.选择小麦秸秆、玉米秸秆、稻秆、大豆秸秆、玉米棒、稻壳、甘蔗渣、杨树枝、木屑、芦苇共10种农业废弃物进行元素分析实验、浸溶实验和长效浸出实验研究.元素分析实验结果显示,10种农业废弃物的C、N、H元素含量分别为38%~48%、5%~7%、0.5%~2.5%.短效浸出实验表明,甘蔗浸出液的总有机碳(TOC)浓度最高,均值可达38.66 mg·g~(-1),大豆秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、稻壳、杨树枝和小麦秸秆为8.04~15.30 mg·g~(-1),其他均值约为2.36~6.33 mg·g~(-1).但是,大部分农业废弃物均释放一定量的含氮物质.其中,硝酸盐及亚硝酸盐释放量均低于0.05 mg·g~(-1),氨氮释放量低于0.30 mg·g~(-1),凯氏氮除木屑、玉米棒、杨树枝释放量较低,其余均高于0.80 mg·g~(-1),最高可达1.65 mg·g~(-1).同时,秸秆类材料浸出液具有一定的色度,其中稻杆的色度最高,其值为1025.选择浸出液TOC浓度较高的甘蔗渣、玉米秸秆、稻壳、小麦秸秆及凯氏氮浓度较低的玉米棒和木屑作为理想碳源材料,进行长效浸出实验.结果表明,6种材料的TOC能迅速达到高位平衡状态,且溶出速率稳定,浸出液的高效液相色谱(HPLC)和气-质谱联用仪(GC/MS)分析表明,其主要成分为有机酸、糖类、含氮有机物和酯类等物质.其中,有机酸主要为甲酸、乙酸、草酸、富马酸等小分子有机酸、糖类主要为纤维二糖、葡萄糖、果糖和木糖.脱氮效能实验表明,6种农业废弃物硝酸盐去除率均达到80%以上,脱氮速率均达到1.00~2.00 mg·cm~(-3)·d~(-1)(以N计).综上,这6种材料均可作为地下水硝酸盐污染原位修复的理想碳源填充材料.     

农业废物反硝化固体碳源的优选

以甘蔗渣、玉米芯、稻草、稻壳、花生壳、木屑6种农业废物作为反硝化碳源和生物膜载体的备选材料,通过各物质浸出物质元素分析、含碳量以及脱氮效果、生物附着性能等方面的比较,意在优选出适于推广的反硝化固体碳源.结果表明,6种农业废物的浸出液中均未检测出铜、铅、铬及镉,安全性较好.甘蔗渣浸出液的有机碳含量和释放速率明显高于其他材料,木屑浸出液的有机碳含量则相对最低.其中,玉米芯、稻草及稻壳表现出较强的持续供碳能力.以稻草、稻壳和玉米芯为碳源和载体的实验组硝酸盐去除率均达80%以上,而木屑实验组由于碳释放量不足、生物附着性能较差等原因导致脱氮性能较差.试验初步优选出了玉米芯、稻草、稻壳可用做替代传统液体碳源的固体碳源.     

纳米生物炭的制备方法比较及其特性研究

本研究以常见农林废弃物—果木枝条、玉米秸秆和花生秸秆为原料,在350~550℃条件下热解制得五种本体生物炭;采用离心法、球磨法、球磨+离心法3种方法提取纳米生物炭,进而对本体生物炭和纳米生物炭的比表面积、元素含量、矿物组成和表面化学性质等进行比较,以探究物料来源、热解温度和制备方法对纳米生物炭性质及稳定性的影响.与本体生物炭相比,球磨法制得的纳米生物炭比表面积增大1.36~6.94倍,但产物未达到纳米颗粒级别,且在水体中稳定性较弱;球磨+离心法制得的纳米生物炭直径为70.06~103.43nm,在水体中稳定性强;离心法制备的纳米生物炭各项指标均不如其他两种方法.纳米生物炭的产率为2.27%~34.80%,且产率随温度的升高而降低.与本体生物炭相比,纳米生物炭含有更多的羟基等含氧官能团和更少的脂肪碳链.与果木枝条制备的纳米生物炭相比,玉米秸秆和花生秸秆来源的纳米生物炭产率高,但水稳性较差,易发生凝聚.果木枝条来源的纳米生物炭碳酸盐等碱性矿物含量丰富,且由于颗粒表面含氧官能团数量多而zeta电位绝对值高,悬液可以稳定分散.不同方法制备得到的纳米生物炭优缺点各异：球磨法制得的纳米生物炭比表面积更大;球磨+离心法制备的玉米和花生秸秆纳米生物炭的产率更高;低温热解果木炭提取的纳米生物炭水稳性更强.