煤的加水热模拟气特征对比

为探讨煤成气的生成特征和演化规律 ,对两种不同有机质类型煤进行了加水热模拟生气实验研究。认为 ,有机质类型对于煤的热模拟气生成特征和烃气产率有决定作用。非烃气中的氢气、一氧化碳与二氧化碳含量之间呈负相关 ,这与水参与反应有关。甲烷的形成与水的作用关系密切。不同的热模拟气在成熟 -高成熟演化阶段差异明显 ,有机质类型越差 ,热模拟气中甲烷相对越多 ,干燥系数相对越大 ,异丁烷 /正丁烷越高 ;反之 ,甲烷相对越少 ,干燥系数越小 ,异丁烷 /正丁烷低 ,区别越明显。演化程度增加时 ,热模拟气之间的差别减小。总烃气和甲烷的产率随温度升高而增加 ,而重烃有产率高峰存在 ,正好对应于生油窗的底界     

魏家地煤矿煤层气资源与利用前景

煤层气(又称矿井瓦斯)是存留于煤层及生气源岩的部分煤成气。大部分以吸附状态和游离状态分布于生成气源岩煤层中,在一定条件下聚集成“瓦斯包”成为采掘中发生瓦斯的根源。在全国开展煤层气资源评价工作以来,对其进行利用,日益受到重视。笔者在研究魏家地煤矿煤层气资源时,发现该矿煤层气资源相当丰富,并有良好的利用价值。     

地球内甲烷的多源性

地壳内的甲烷主要是生物成因的,即其主要来源物质是生物成因有机质。甲烷也可由无机反应形成,因而称为非生物成因甲烷。生物成因甲烷既可由细菌过程形成,也可由热过程形成。细菌过程包括CO_2还原和发酵两种途径。发酵作用在近代淡水沉积物和沼泽中较为重要。然而,由CO_2还原形成的甲烷,在较老沉积物和有经济价值的气田中极为常见。温度、有机底质和年龄可能是控制这两种途径的相对重要性的主要因素。热成因甲烷的稳定同位素浓度看来受控于有机质转化的程度、天然气排出和捕获的时间。不同沉积盆地中甲烷的不同特征,可能是地质史的产物。地热甲烷很可能来源于有机质的热解。非生物成因甲烷产于热液喷口和蛇绿岩杂岩体内。地表的或深部的无机反应是这种甲烷的可能来源。观测到的天然产出甲烷的同位素变化,并不支持甲烷只有地幔一种来源的观点。     

开发沼气资源具有重大的生态价值

沼气是一种可燃性气体,其主要成份是甲烷,其余还有二氧化碳和少量的氢、氨和硫化氢气体,它们都是各种细菌代谢的产物。开发利用沼气资源是一种先进的生产技术。它以闭路循环形式,在生产过程中实现资源、能源的最合理最充分的利用(如图示),并且使生产过程保持生态学上的清洁。沼气生产过程中,不排放对生物有机体有毒或有害的物质,而把生产过程纳入生物圈合理的物质循环体系,在农村和城市开发沼气资源具有重大的生态价值。     

热液成矿流体中的有机物质

热液流体中的主要有机质包括腐殖物质（t＜50℃）、有机羧酸（t＝80～140℃）、原油（120～180℃）和水溶性甲烷气（180～300℃）。腐殖物质在初始矿源层形成中起重要作用，在腐殖酸缩合成干酪根过程中通过去氧而导致还原的成岩环境，从而有效地防止金属元素在初始矿源石化过程中的分散。有机羧酸是干酪很早期演化的必然产物，富含有机羧酸的油田卤水可以成为MVT铅锌矿的成矿流体。在一定成熟度范围内原油可能成为汞金热液流体的重要有机组分。水溶性甲烷气是铜、铀、金等中低温热液流体的重要有机组分。有机质演化的阶段性决定了相应热液流体中有机质的类型；此外沉积建造的类型、金属元素在油／卤之间分配系数差异和构造条件差异导致了金属矿化分异。     

土壤组分对磷形态和磷吸附-解吸的影响——基于三峡库区消落带落干期土壤

通过选择性去除土壤组分的方法,探讨了三峡库区消落带落干期3种典型土壤中有机质、铁氧化物组分对磷形态和磷吸附-解吸的影响.结果发现,三峡库区消落带落干期3种典型土壤去除的有机质以易氧化组分为主,去除有机质后,土壤中各种磷形态的含量变化较小.然而,去除游离铁氧化物后,土壤中各种磷形态的含量均发生明显降低.同时,去除有机质、游离铁氧化物组分后并未改变土壤中各种磷形态的相对大小顺序,均为：钙结合磷（Ca-P） > 有机磷（OP） > 铁/铝结合磷（Fe/Al-P）.此外,黄壤（FJ）、紫色潮土（KX）和灰棕紫泥（FL）去除有机质后对磷的吸附能力较原始土壤仅分别降低0.5%、2.3%、6.5%（P=0.017<0.05,显著性差异）,表明3种土壤中有机质组分对磷吸附的影响较小;而去除游离铁氧化物后对磷的吸附能力分别降低45.6%、51.7%、43.9%（P=0.004<0.05,显著性差异）,表明土壤中游离铁氧化物组分是决定磷吸附大小的重要因素.另外,3种土壤去除游离铁氧化物后较原始土壤吸附磷的解吸能力明显增加,表明游离铁氧化物组分是控制3种土壤吸附磷的解吸的重要因素.FL土壤去除有机质组分后较原始土壤吸附磷的解吸能力略有降低,而KX和FJ土壤去除有机质组分后较原始土壤吸附磷的解吸能力无明显差异,表明有机质组分对土壤吸附磷的解吸的影响与土壤类型有关.     

垃圾中甲烷产率计算及全国垃圾甲烷气资源估算

本文比较分析了几种常用的有关垃圾场甲烷气产率计算方法,并详细计算了甲烷的产率及累计产量,在此基础上用一个比较实际的垃圾填埋场计算垃圾填埋过程中甲烷气的产率情况及累计产量,为垃圾填埋场的沼气发电提供了可靠的资料。并用此方法计算了全国各省份垃圾的甲烷排放量,并大致计算了全国的垃圾中甲烷资源的潜力。     

污泥和餐厨垃圾联合干法中温厌氧消化性能研究

采用完全混合式反应器R1～R5(进料脱水污泥与餐厨垃圾的湿重混合比分别为1:0、4:1、3:2、2:3和0:1),在半连续运行的状态下,考察了停留时间(solid retention time,SRT)为20 d时脱水污泥和餐厨垃圾混合干法厌氧消化的产气性能、有机质降解性能和系统稳定性.结果表明,随着进料中餐厨垃圾所占比例的增大,系统的产气率和甲烷产率呈上升趋势,产气中甲烷含量呈下降趋势,污泥中添加餐厨垃圾有助于在利用原有消化罐容积的前提下显著提高有机负荷和体积产气率.餐厨垃圾比例越大,混合物料的水解速率常数越大,有机质降解率越高,R1～R4中有机质水解速率常数分别为0.25、0.61、1.09和1.56 d-1,有机质降解率分别为37.4%、50.6%、60.7%和68.2%,水解速率差异是导致VS降解率不同的主要原因.随着餐厨垃圾比例的增大,系统内pH、总碱度(total alkalinity,TA)、总氨氮(total ammonia nitrogen,TAN)和游离氨氮(free ammonianitrogen,FAN)呈下降趋势,当污泥中添加的餐厨垃圾提高60%时,系统内pH、总碱度、总氨氮和游离氨氮分别下降6%、16%、22%和75%.游离氨和Na+分别是影响污泥和餐厨垃圾单独干法消化稳定性的重要因素,污泥和餐厨垃圾混合消化可降低潜在抑制性物质的浓度,显著提高系统稳定性.     

滇池柱状沉积物磷形态垂向变化及对释放的贡献

选取了滇池外海北部、中部和南部柱状沉积物样品,结合上覆水磷和柱状沉积物有机质数据,研究了有机质(OM)及粒径组成对沉积物释放的影响,并探讨了不同形态磷对沉积物释放的影响及贡献.结果表明:1沉积物间隙水ρ(DTP)和ρ(SRP)均与OM、沉积物黏土(4.00μm)和粉砂粒(4.00~63.00μm)含量呈显著负相关,但与砂砾(63.00μm)含量呈显著正相关,表明沉积物有机质含量的增加显著降低了其间隙水中磷的质量浓度,且黏土和粉砂粒含量的增加也会降低间隙水磷的质量浓度,抑制了沉积物磷的释放.2滇池沉积物潜在可移动磷(BD-P和NaOH-nrp)与黏粒和粉砂砾均呈显著正相关,与砂砾呈显著负相关,表明黏粒和粉砂砾可能对沉积物磷的移动能力提升,砂砾可能对沉积物磷的滞留能力提升.3在较短时间尺度内,外海北部沉积物磷以释放为主,中部和南部以滞留为主;在较长时间尺度内,外海北部和中部沉积物磷以释放为主,南部的以滞留为主.控制滇池沉积物磷释放需要考虑不同磷形态特征及有机质和粒径的影响,采取相应措施以主要控制滇池北部沉积物磷的释放.     

固定化甲烷八叠球菌研究—─甲烷八叠球菌富集分离和固定化

用亨盖特（Hungate）厌氧技术,以甲醇为唯一碳源获得了甲烷八叠球菌的富集培养物,以甲醇或乙酸钠（或两者各50％）为碳源滚管培养,获得了以甲烷八叠球菌的分离培养物。用聚乙烯醇（PVA）为包埋剂对甲烷八叠球菌sp固定化,并对其特性进行了研究。结果表明：固定化甲烷八叠球菌与非固定化甲烷八叠球菌的总产气量相似,但两者的产气特性有明显不同。固定化甲烷八叠球菌产气迟于非固定化甲烷八叠球菌,固定化甲烷八叠球菌的产气集中,在产气的6天中,平均日产气量30.88mL甲烷,最高产气量可达2.80mL甲烷/h,在产气高峰两天中的产气量占总产气量的66.0％。非固定化甲烷八叠球菌产气平稳,平均日产气量为8.91mL甲烷。固定化甲烷八叠球菌的电子显微镜观察结果表明,细胞在固定介质中多呈较大包囊存在,包囊直径30～50μm。     

北京市安定生活垃圾填埋场膜覆盖工艺甲烷减排量评估

为减少臭气污染和温室气体排放,北京市生活垃圾填埋场于2008年开始推行膜覆盖工艺。目前对于膜覆盖工艺甲烷减排效果尚缺乏综合评估。选择北京市安定生活垃圾填埋场为研究对象,采用现场测量与模型估算分析评估了2014年填埋场膜覆盖工艺与传统黏土覆盖工艺甲烷排放量的差异。结果表明:填埋场膜覆盖工艺和传统黏土覆盖工艺的甲烷年总排放量分别为3.43×10~6m~3和5.56×10~6m~3,膜覆盖工艺甲烷年减排量为2.13×10~6m~3,减排率达到38.3%,甲烷减排效果明显。     

九龙江河口表层水体及沉积物中甲烷的分布和环境控制因素研究

利用静态顶空法在2009年7月测定了九龙江河口表层水体和沉积物孔隙水中甲烷浓度以及相关的环境参数,并对甲烷浓度分布特征和控制因素进行了相关的分析.结果显示56个河口表层水的甲烷浓度在10.7～456.7 nmol.L-1之间,饱和度远超过大气平衡甲烷浓度,由河口上端向中下端逐渐减小.4个站位(B1、B2、B3和B4站位)孔隙水中平均甲烷浓度(分别为2 212、447、28和5μmol.L-1)从河口上端向下端快速减小,与水体甲烷浓度水平变化趋势基本一致.B1～B4站位孔隙水中硫酸盐的浓度依次增大,其平均值分别为0.13、0.64、5.3和16.3 mmol.L-1.九龙江河口表层水和孔隙水中甲烷浓度变化趋势,表明河口上端沉积物中产甲烷菌降解有机质产生甲烷,并以扩散的形式通过沉积物-水界面进入上部水体,导致河口上端甲烷浓度增加;而在河口下端海相区随着孔隙水中硫酸盐浓度增加,沉积物中产甲烷过程逐渐受到硫酸盐还原过程的抑制,河口下端孔隙水和表层水甲烷浓度相应降低.B2和B3站位孔隙水中甲烷浓度随着深度增加分别由43和10μmol.L-1增加至1 051和57μmol.L-1,结合总有机碳(TOC)和硫酸盐在沉积柱剖面上的变化趋势,表明大量甲烷在沉积物硫酸盐-甲烷过渡带中被厌氧氧化,这进一步抑制了沉积物中甲烷的释放强度.九龙江河口沉积物中甲烷的产生过程除有机质以外还受到孔隙水中硫酸盐浓度的控制,而水体甲烷主要来源于河口上端盐度相对较低且富有机质的红树林潮间带湿地的释放.     

含水率和温度对生物覆盖层甲烷氧化的影响

含水率和温度均是影响微生物活动的重要因子,为更好地理解两者在野外条件下因季节交替引起的变化对生物覆盖单元中甲烷氧化的影响,本文利用实验室模型验证了两者在野外条件下对不同有机质含量(38%和61%)的生物覆盖单元甲烷氧化率的单因素和综合影响.模型预测与实验室结果对比表明,模型均能较好地描述含水率和温度对生物覆盖单元中甲烷氧化效率的单因子影响.预测结果表明,因后期降水较少,含水率均限制了两个单元的甲烷氧化性能.在两者的综合影响预测上,38%有机质含量单元的实测值与预测值有较显著的线性关系,但61%有机质含量单元则无明显线性关系,这表明运用模型预测温度和含水率对高有机质单元甲烷氧化性能的影响时存在不确定性.     

发酵床养猪过程中甲烷的排放及其影响因素

为研究发酵床养猪甲烷排放情况,对南京六合猪场发酵床猪舍内CO2和CH4浓度进行测定,通过二氧化碳平衡法,估算了猪场甲烷排放通量,并分析垫料含水率、p H、温度和有机质的变化,探讨其对CH4排放的影响。结果表明:试验期间舍内CH4和CO2浓度总体上呈升高趋势,CO2平均浓度为894.81 mg/m3,明显低于猪舍环境质量标准推荐的CO2浓度标准(1 500 mg/m3);CH4平均浓度为1.59mg/m3,单只育肥猪平均CH4排放通量变化范围为122.48~162.09 mg/(h·头)或每标准动物单位排放量711.27~1 199.75 mg/(h·AU)。在不同影响因素中,垫料有机质含量是影响舍内甲烷排放量变化的最重要因素(r=0.949,P0.05),有机质含量越高,其甲烷排放潜力越大。     

沉积岩中气态烃的来源及形成机理

普遍接受的主阶段成气的观点不能圆满地解释苏联西西伯利亚超大型气田(例如乌连戈伊气田)的聚气问题。乌连戈伊气田占世界已探明气藏储量的30％。笔者应用活化能分布理论,提出了一种有关气藏形成的新的数学模式。腐殖型与腐泥型生油有机质的分子结构特点各异,二者的活化能分布也互不相同。利用该模式可以计算不同类型有机质的同位素值与其成熟度的关系。将该模式应用于西西伯利亚地区,结果表明,乌连戈伊超大型气藏的气体并非来自深部成熟过度的有机质或细菌作用,而很可能是中深的陆源有机质的热化学反应的产物。这一新的数学模式认为,当有机质的成熟度较低,其对应于镜质组反射率为0.5—0.7％时,腐殖型有机质产生甲烷的能力较强。     

耕作方式对紫色水稻土团聚体中有机质及重金属的分布特征影响

通过长期定位试验,研究了常规平作(FPF)和水旱轮作(PR)这2种耕作方式下紫色水稻土不同粒径(1~2、0.25~1、0.05~0.25、0.05 mm)团聚体中有机质和重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Fe和Mn)的含量和分布特征,探讨了不同粒径团聚体中重金属与有机质的关系.结果表明,两种耕作方式下团聚体粒径组成均以0.05~0.25 mm和0.05 mm为主,土壤和各粒径团聚体中有机质含量均为常规平作高于水旱轮作,且随粒径的减小而降低.耕作方式对土壤重金属含量的影响不显著,但相比于PR,FPF有助于团聚体、有机质和重金属在1~2 mm和0.25~1 mm大粒径团聚体中聚集,降低其在0.05 mm和0.05~0.25 mm粒径团聚体中的分布.相关分析表明,土壤团聚体中重金属含量与有机质的含量呈负相关,它们的总量却呈正相关关系.同一耕作方式下,重金属对有机质变化的敏感程度为MnZnPbCuFeCd,而同一重金属元素对有机质变化的反应则为PR较FPF更敏感.     

关于资源技术与工程学科建设若干问题的讨论

资源技术与工程是现阶段资源科学学科建设的主要方向之一,是研究资源直接利用、间接利用、循环利用的理论、方法和实践的学科,其研究对象为物质实体。目前国内外资源技术与工程学科建设的进展仍处于纵向分异的阶段,单项资源(水、土、气、生物、矿产、能源等)利用的技术与工程研究仍是其主要特征。资源技术与工程的基本学科定位应为工学,其学科体系可分为3个二级学科和12个三级学科。在开展资源技术与工程学科建设时,理科院校应侧重于新型资源、替代资源的开发利用技术与工程研究,而工科、农科院校则应注重单项资源以及多项资源之间的再生利用、循环利用、保护利用、协同利用和综合利用技术与工程研究。     

表层沉积物主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性与贡献

考察表层沉积物中主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性,能够更清楚地解释Mn(Ⅱ)在沉积物-水界面上的迁移转化机理. 以山东省即墨市王圈水库表层沉积物为例,采用化学选择性萃取方法将表层沉积物的主要矿化组分(Fe氧化物、Mn氧化物、有机质和黏土矿物)进行分离,研究这些矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性和贡献. 结果表明,表层沉积物中w(有机质)、w(TE-Fe)和w(TE-Mn)(TE-Fe、TE-Mn分别为总可萃取态Fe、Mn氧化物)分别为16.23、10.12和1.771 mg/g. Langmuir和Freundlich吸附等温方程均能较好地描述表层沉积物及其主要矿化组分吸附Mn(Ⅱ)的过程,Langmuir吸附等温方程拟合效果更好,相关系数达0.95以上. E-Mn、E-Fe(E-Mn、E-Fe分别为可萃取态、锰、铁氧化物)、有机质和黏土矿物对Mn(Ⅱ)的吸附能力分别为77 852.5、38 764.0、17 704.5和44.0 mg/g. 由于各主要矿化组分在表层沉积物中含量的差异,因此有机质的吸附贡献最大,为2.24 mg/g;其次是E-Fe和黏土矿物,分别为1.91和1.22 mg/g;E-Mn为0.62 mg/g.      

春季东、黄海溶解甲烷的分布和海气交换通量

于2011年3月17日～4月6日对东、黄海海域进行了大面调查,采集了45个站位不同深度的海水样品,对溶解甲烷(CH4)浓度进行了测定,并估算了其海-气交换通量.结果表明,东、黄海表层海水中溶解甲烷的浓度变化范围是2.39～29.67nmol.L-1,底层海水中甲烷浓度范围是2.63～30.63 nmol.L-1,底层浓度略高于表层,表明底层水体或沉积物中存在甲烷的源.春季东、黄海海域表、底层溶解甲烷的分布特征基本一致,即从近岸向远海逐渐降低,主要受长江冲淡水输入和黑潮水入侵的影响.春季东、黄海海域表层海水中CH4饱和度为93%～1 038%.利用Liss and Merlivat公式(LM86)、Wanninkhof公式(W92)和现场测定的风速估算出春季东、黄海海域CH4的海-气交换通量分别为(2.85±5.11)μmol.(m2.d)-1和(5.18±9.99)μmol.(m2.d)-1,根据本研究结果和文献数据初步估算出东海和黄海年释放甲烷量分别为7.05×10-2～12.0×10-2Tg.a-1和1.17×10-2～2.20×10-2Tg.a-1.春季东、黄海海域表层海水中CH4均呈过饱和状态,是大气中CH4的净源.     

包气带系统对矿冶固废渗滤液中重金属的净化作用

矿冶固废渗滤液流经包气带系统时,包气带系统中的黏土矿物、土壤有机质、土壤微生物和植物根系会把渗滤液中的部分污染物质固定下来,使渗滤液得到净化。包气带系统中的微生物、黏土矿物、有机质和植物根系构成了包气带系统的净化介质,是决定包气带系统自净能力和影响重金属迁移转化的关键因素。分别从包气带系统中的黏土矿物、土壤有机质、土壤微生物和植物四个方面对重金属的净化机理进行了阐述分析,指出包气带系统对重金属的净化作用可能是暂时的,pH值和Eh值等条件的改变会促使累积在包气带系统中的重金属重新发生迁移,并提出利用包气带系统净化矿冶固废渗滤液中具有高毒性与放射性的核素时,必须对该核素在包气带系统中的迁移转换规律进行研究,只有这样才能合理地利用包气带系统的自净作用,保障生态环境的安全性。