玉米秸秆干式厌氧发酵乙酸产生规律及其对发酵的影响

为解决玉米秸秆干式厌氧发酵系统因乙酸积累而致发酵失败、工程运行不稳定等问题,利用气相色谱仪对玉米秸秆干式厌氧发酵过程中w(乙酸)和w(CH₄)进行检测,结合相关性分析和回归分析等方法,研究了乙酸动态产生趋势、w(TS)(TS为总固体)与w(乙酸)的相关性,以及w(乙酸)对CH₄产生的作用机制. 结果表明:发酵过程中w(乙酸)先增后降,w(TS)由20%增至30%,w(乙酸)增加的持续时间由5 d延至15 d. Pearson相关性分析结果表明,w(TS)与w(乙酸) 呈极显著负相关(R<-0.979,P<0.01). 一元线性回归分析得到拟合方程y=-1 214.8w(TS)+668.2,由斜率(-1 214.8)可知,w(TS)对产乙酸过程具有较明显的抑制作用. 玉米秸秆干式厌氧发酵系统内w(乙酸)为160~451 mg/g,随着w(乙酸)的增加,底物CH₄产率经历上升、稳定、下降后再稳定和下降4个阶段,其中w(乙酸)为212~312 mg/g时,底物CH₄产率(大于120 m3/t,以秸秆干质量计)最大,其次为w(乙酸)在>312~410 mg/g时的80~120 m3/t.      

中国滨海湿地CH4通量研究进展

滨海湿地严格的厌氧环境造成与其面积不成比例的碳储量,同时有利于CH₄的产生。探讨滨海湿地温室气体通量,尤其是CH₄通量,对确定滨海湿地究竟是温室气体的“源”还是“汇”,评估滨海湿地对全球变化的影响具有重要的作用。论文通过对中国滨海湿地CH₄通量的排放机制、时空变化以及影响因素进行阐述总结得出：闽江河口CH₄通量明显大于长江口和黄河口,主要原因在于温度和生物量的差异;江苏滨海湿地CH₄通量的研究相对薄弱,南方红树林湿地CH₄通量的空间差异较大。潮汐对滨海湿地CH₄通量的影响呈“M”型：涨潮开始时,CH₄通量逐渐增加,随着水位的加深,逐渐减少;当落潮到最适宜产生CH₄的水位深度时,大量原先产生的CH₄开始排放出来,待水位继续下降,产生的CH₄极容易被氧化,开始减少。目前缺乏研究滨海湿地CH₄通量的标准方法,而且针对潮汐变化,微生物以及酶活性对CH₄排放的影响研究比较薄弱,在此基础上,提出了利用箱法进行CH₄通量的研究需因地制宜,依据研究目的以及植被、土壤、水文的差异选择不同的样点布设原则和采样方法。     

低温等离子体氧化甲烷的实验研究

采用电容耦合等离子体对干空气中的甲烷进行氧化实验,对甲烷的分解效率、反应产物进行了分析。并且和放置催化剂时进行对比,结果表明放置催化剂后,甲烷的分解效率明显提高,反应产物中CO2 的选择性增加。甲烷的最终氧化产物都为CO、CO2 和H2 O。     

应用大气扩散模式进行区域稻田甲烷源强估算

传统通量箱方法对区域稻田甲烷源强的估算具有很大不确定性 .本研究应用箱模式和 ATDL模式估算区域稻田甲烷排放率 .箱模式和 ATDL模式估算排放率分别为 :6月 13.2～ 30.4mg· (m²·h)^-1 和 6.1～ 8.5mg·(m²·h)^-1,9月 10.4～20.0 mg·(m²·h)^-1 和 5.5～9.3mg·(m²·h)^-1;而传统通量箱方法估算排放率为 :6月 0.3～ 14.3mg·(m²·h)^-1 ,9月 0～0.3mg·(m²·h)^-1.分析表明 ,北京地区水稻生长季的接地逆温等不利气象条件使箱模式应用的基本假设难以满足 ,使之得出偏高的估算结果 . ATDL模式能较好地适应这种不利气象条件 ,并在 6月得出了与通量观测结果相近的估算结果 ,而其 9月高于通量观测结果的估算 ,却可能证实了通量箱方法难以测得的干旱稻田土壤裂缝的甲烷排放 ,有待于进一步研究证实 .     

大气甲烷碳同位素测试方法及其在雅克拉凝析气田上方大气中的应用

研制了一套与气体稳定同位素质谱仪联机在线分析大气甲烷碳同位素的制样技术,该方法具有精度较高(±0.4×10^-3)、用样量少(200mL)、耗时短(45min)和操作相对较为简便的优点.利用该系统对新疆塔里木盆地雅克拉凝析气田上方大气甲烷的碳同位素组成做了初步测试.结果表明,其大气甲烷碳同位素组成平均值为-45.0×10^-3,相对全球大气甲烷碳同位素平均值明显偏重1.2×10^-3～2.0×10^-3,显示了其甲烷主要来源为深部凝析气藏中的甲烷等气体的渗漏和扩散.并且由于白天日照强,温度高,气田渗漏和扩散到地表的甲烷部分被氧化,因此白天大气甲烷的浓度略低于夜晚,且¹³C_CH4较夜晚偏轻.     

有机成分比例对高固体浓度厌氧发酵产甲烷的影响

在12%高固体质量分数和中温(35± 1)℃条件下,开展了碳水化合物、蛋白质和脂肪不同比例联合厌氧发酵对产气性能和有机质降解过程影响的研究.结果表明,当3种有机质比例为55:36:9时,每gVS最大产甲烷量、最大比产甲烷速率、实际甲烷产率分别为404.1mL/gVS、11.2mL/(gVS·d)和326.7mL/gVS,皆高于其他有机质比例,并且有机质的降解过程更为高效、稳定.适当添加碳水化合物一方面能够提升自身的降解率,另一方面促使蛋白质和脂肪的进一步降解.当碳水化合物质量百分比高于65%时,总酸、单酸和分子态酸浓度的增加成为发酵过程的抑制因素.蛋白质质量百分比越高,发酵启动时间和发酵周期相应延长,其质量百分比高于48%时,总氨氮和游离氨对产甲烷过程造成一定抑制作用.     

不同温度下煤粒瓦斯扩散特性试验研究与数值模拟

为探索温度对煤粒瓦斯扩散特性的影响,利用瓦斯吸附/扩散仪分别对不同温度下的等温吸附,同温同压初始条件下的煤粒升温瓦斯扩散,同压不同温初始条件下的恒温煤粒瓦斯扩散进行试验研究。试验结果表明:同温同压初始条件下的等效扩散系数随温度升高呈指数关系增大。同压不同温初始条件下的恒温综合扩散系数随温度升高呈先增大后降低的变化趋势。温度升高时,温度与初始吸附量对综合扩散系数具有相反的影响作用趋势。不同温度下,相同时间内的扩散量取决于二者的配比关系。建立温度影响下的理论扩散方程,数值模拟不同温度下的全过程扩散特征。计算结果表明:随着时间延长,各温度下的恒温扩散曲线呈多点交叉状态,符合试验关系。     

Theoretical investigation on the relationship between tail roadway methane drainage and distribution of easily spontaneous combustible region in gob

In order to understand the influence of tail methane drainage pattern on easily spontaneous combustible region in gob, a theoretical qualitative analysis was performed in regards to the spontaneous combustion hazards resulting from drainage position and pressure. Subsequently, the software FLUENT was employed to quantitatively investigate the theoretical solutions by solving the mathematic model established with mass, momentum, component and energy conservation equations. The calculation results demonstrate that methane drainage from alternate exterior roadway to gob can increase the range of easily spontaneous combustible region dramatically; the oxidation zone width increases with increasing drainage pressure, especially near the drainage hole. The rate of temperature rise can accelerate obviously, original high temperature region backs towards gob depth due to enhanced air leakage. The conclusions summarize the negative influence of methane drainage on fire protection in gob and present a method of determining drainage parameters dedicated to prevent spontaneous combustion.     

基于20L球形爆炸装置的甲烷煤尘混合爆炸实验

利用实验室自行设计的20L球形爆炸装置,对煤尘及甲烷煤尘混合物的爆炸特性进行了研究。结果表明:无论有无甲烷,煤尘的最大爆炸压力随煤尘浓度增加呈现先升高后降低的变化趋势,并且均在在煤尘浓度为600g/m3时均达到最大值。同时,甲烷的加入明显提高了煤尘最大爆炸压力值,而且随着甲烷浓度的增加,最大爆炸压力增幅先增加后降低,在甲烷5%时增幅最大。煤尘的爆炸持续时间随煤尘浓度增加呈现先降低后升高的特点,甲烷存在时有同样规律,但是有甲烷时爆炸持续时间明显降低,而且随着甲烷含量的增加,煤尘的爆炸持续时间降低幅度不断增加,在甲烷5%以后趋于稳定。实验结果对生产实践有一定的指导作用。     

机械密闭取芯瓦斯含量测定集成技术研究

为了更准确地测定煤矿井下瓦斯含量,研制出基于煤层钻孔直接机械密闭取芯的瓦斯含量测试装置,使瓦斯解吸和取芯装置一体化。装置 设计的联动关闭部件实现了孔内取芯密闭,避免传统取芯装罐程序,解决了煤芯暴露时间长、瓦斯逸散量大的问题。通过机械密闭取芯技术现 场试验,并与传统方法进行对比分析,32组试验瓦斯含量测定结果比传统方法增加21.8%以上。结果表明:装置实现了在煤层钻孔内直接密闭取 芯功能,简化了测定流程,提高了煤矿瓦斯含量测定精度。应用该装置可最大限度地减少煤样暴露时间。