生物质粉体燃烧炉实验研究

利用生物质微米燃料进行了粉体燃烧炉实验研究。在实验工况下,该燃烧炉能够稳定燃烧;当燃料/风量为250g/m3时,主燃室温度稳定在1150℃左右,最高可达1249℃,燃料燃烧充分,燃烧效果最佳;在最佳工况下,炉膛的温度场适宜,能够满足其工业化应用需要。     

生物燃料与交通碳减排的研究

近年来,随着汽车保有量的增加,交通运输系统已成为温室气体(二氧化碳)排放的主要来源,给全球环境造成了严重影响。另外,石油资源越来越少,国际油价起伏不定也迫使我们不得不考虑寻找新的能源来代替化石燃料,而生物燃料则具有独特的优势。本文分析了国内外生物燃料的发展状况,阐述了生物燃料在交通领域的应用并说明生物燃料的发展前景。     

废水同步生物处理与生物燃料电池发电研究

利用厌氧活性污泥作为接种体成功地启动了空气阴极生物燃料电池(ACMFC),110h的接种产生了0.24V的电压;以乙酸钠和葡萄糖作底物分别产生了0.38V和0.41V电压(外电阻1 000Ω),最大功率密度分别达到146.56 mW/m²和192.04mW/m²,表明有机废水可以用来发电;同时,乙酸钠和葡萄糖的去除率分别为99%和87%,表明燃料电池可以处理废水.二者的电子回收率均在10%左右,主要是由于阴极对氧气分子的透过作用引起的微生物好氧呼吸导致电子损失.     

垃圾衍生燃料(RDF)的制备及其燃烧技术研究

随着地球上人口数量的不断增长和社会发展城市化进程的加快,城市生活垃圾产量越来越大,如何处理城市垃圾问题日益为世界各国所重视,在以焚烧为代表的传统垃圾焚烧技术迅猛发展的同时也暴露出许多问题。由此文章提出了垃圾衍生燃料制备及燃烧技术以解决垃圾能源化问题。文章阐述了城市固体废弃物（MSW）的成分及RDF的分类,介绍了RDF的制备过程及其对环境的影响,并研究了三种RDF的燃烧技术。最后结合中国垃圾问题的具体特点以及中国城市化进程的发展情况,提出了中国发展RDF技术的思路。     

生物质颗粒燃料在沈阳地区发展的制约因素和对策研究

阐述了沈阳市利用生物质能源的基本情况和推进生物质颗粒燃料的优势。分析了生物质颗粒燃料在沈阳市推广应用过程中存在的问题,针对这些问题提出了对策。     

垃圾衍生燃料热重-红外联用法的热解特性

实验以中小城市垃圾典型组分合成RDF,利用热重-傅立叶变换红外光谱(TG-FTIR)联用法对其热解特性进行了研究,并求解了RDF热解反应动力学参数。结果表明城市垃圾合成RDF具有较高的热值,煤的混入具有良好的助燃效果,单一组分及RDF混合组分的热解服从动力学基本方程表征的规律,可以用来获得动力学参数。     

微米铁复合生物碳源对地下水中1,2-二氯乙烷的高效去除

1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)是一类地下水中常见的难降解饱和氯代烃,为探究厌氧条件下零价铁(ZVI)协同生物作用对其降解规律,采集北京市某氯代烃污染场地地下水及含水层土壤,利用微宇宙实验体系,通过添加由微米级零价铁(mZVI)、生物碳源及营养组成的复合药剂,考察不同条件下1,2-DCA的去除效果,并对地下水理化参数的变化进行长期监测.结果表明:复合药剂添加量为3%时,恒温、避光、匀速振荡的反应条件下,15 d内地下水中的1,2-DCA即可降至低于检出限.中性pH及SO_4~(2-)的存在更有利于1,2-DCA的脱氯降解. 30 d后仅检测到体系中明显的乙烯产生,推测双脱氯消除为1,2-DCA在该体系内的主要降解途径.此外,复合药剂加入后,地下水可长时间维持较低的氧化还原电位(-100～-300 m V)、溶解氧(0. 5 mg·L~(-1))以及适宜的pH值(6. 5～7. 5),利于厌氧微生物活性的维持及脱氯反应的进行.     

兰州市化石燃料燃烧源排放VOCs的臭氧及二次有机气溶胶生成潜势

随着我国工业的快速发展和城市化进程的加快,化石燃料的大量使用造成了严重的二氧化硫、颗粒物和挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)等大气污染.目前,对化石燃料燃烧排放挥发性有机物环境影响的研究较少,本文计算了兰州市化石燃料燃烧源排放VOCs及其相应的臭氧生成潜势(ozone formation potential,OFP)和二次有机气溶胶生成潜势(secondary organic aerosols formation potential,SOAFP),其中水泥制造业的OFP和SOAFP占比最大,分别为45. 3%、50. 9%;其次为砖瓦制造业,但其吨标煤燃烧排放VOCs的OFP和SOAFP值最高,折为吨标煤后天然气燃烧产生VOCs的O_3和SOA最小.兰州市主城区化石燃料燃烧源OFP和SOAFP主要为电力和热力的生产供应以及西固区工业企业排放VOCs的贡献,其它地区为水泥制造业、砖瓦制造业、钢铁冶炼业等高能耗的行业的贡献为主.芳香烃是化石燃料燃烧源排放VOCs中对OFP和SOAFP均贡献最大的一类物质,占比分别为40. 0%和67. 2%,并且在生成潜势贡献前10的物种中芳香烃为主要物种.与生物质燃烧源相比,化石燃料燃烧源具有较强的O_3和SOA生成能力(2. 58 t·t~(-1)和3. 16 kg·t~(-1)).     

两类抗生素对EBPR系统的短期生物抑制作用实验研究

基于强化生物除磷(EBPR)系统,从除磷过程、挥发性脂肪酸(VFA)的消耗过程、聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的合成与消耗过程、胞外聚合物(EPS)的总量变化过程及比呼吸速率(SOUR)的变化过程等多个角度出发,系统地研究了高浓度(10 mg·L~(-1))红霉素和土霉素对EBPR系统的短期冲击作用.结果表明,高浓度(10 mg·L~(-1))红霉素和土霉素在24 h之内均能对除磷过程产生明显的抑制作用,除磷效率分别下降至63.3%和61.2%.抗生素对VFA的消耗过程并无明显作用,而对PHAs的厌氧合成和好氧消耗过程影响较为显著.同时,高浓度(10 mg·L~(-1))抗生素对EPS中蛋白质(PN)合成量的抑制率在26.7%以上.SOUR变化过程的分析结果表明,抗生素对EBPR系统中微生物的呼吸作用抑制显著,在高浓度(10 mg·L~(-1))抗生素反应器中抑制率在16.0%以上.对比分析结果表明,相同浓度的土霉素比红霉素对EBPR系统的抑制更为显著,且EBPR系统的好氧过程比厌氧过程更容易受到抑制.     

贵州贫困农村室内不同燃料产生PM10的微观特征

应用高分辨率扫描电镜(SEM)和图像分析研究了贵州贫困农村不同燃料类型(拌泥煤、煤、蜂窝煤和柴)产生室内PM10的微观形貌和不同类型颗粒物的数量-粒度、体积-粒度分布.结果表明:不同类型燃料产生的PM10中颗粒物以烟尘及其集合体、矿物颗粒和飞灰为主,烟尘及其集合体均达到72.69%以上;在数量-粒度分布上,以煤和蜂窝煤燃烧产生的PM10中烟尘集合体和燃煤飞灰呈单峰分布;以拌泥煤为燃料产生的室内PM10中烟尘及其集合体呈单峰分布,燃煤飞灰呈双峰分布;以柴为燃料的室内PM10中烟尘及其集合体呈单峰分布.不同类型燃料产生的PM10中颗粒物体积-粒度分布基本呈单峰分布,主要分布在粒径>1.0μm.     

生物质和煤混合燃烧污染物排放特性研究

在试样的质量以及其他的试验条件基本相同的情况下，在恒温下对一种典型的生物质以及它们以一定的比例所得的混合燃料进行污染物排放特性分析。结果表明，在试验用煤中加入生物质（质量比为1：1）后，燃料NOx转变率降低了2%-33%。燃料SOx转变率降低了10-17%。     

藻炭改性电极强化微生物燃料电池产电及去除硝基苯性能

开发利于微生物富集和优异导电性能的电极是提高微生物燃料电池（MFC）性能的关键。通过碱活化和酸活化方式制备螺旋藻生物炭（简称藻炭）并将其修饰于阳极炭毡（CF）,以硝基苯为难降解污染物代表,通过检测电极电化学性能和污染物降解过程,探究基于藻碳MFC产电及转化污染物的性能。结果表明：在700 ℃-NaOH改性藻炭修饰炭毡的电极体系（NaOH-AC700/CF）,MFC电压最高可达670 mV,比CF体系高26%,且驯化时间由7 d缩短至2 d。修饰电极体系产电的同时高效降解污染物,阴极对硝基苯的去除率最高可达99.9%;相比于CF体系,NaOH-AC700/CF体系的降解效率提高了22.1%,苯胺生成率提高了123.3%。微生物种类分析结果表明,电极表面的产电菌主要为弧形杆菌属（Arcobacter）和铜绿假单胞菌属（Pseudomonas）,且在NaOH-AC700/CF阳极表面产电菌丰度最高,因而利于MFC产电以及硝基苯的还原。

     

改性蓝藻生物炭促进生物电化学系统阴极氢自养反硝化过程研究

以太湖蓝藻为原料制备不同种类的活性生物炭,并将其投入到生物电化学系统（BES）的阴极促进氢自养反硝化。通过扫描电镜、能谱仪和傅里叶红外光谱对未经改性（ABC-800）、硝酸改性（ABC-800N）和KOH改性（ABC-800K）3组蓝藻生物炭进行观察,并与不加入蓝藻生物炭的对照组进行比较,以考察生物炭促进BES生物阴极的反硝化过程中的电子传递机制。结果表明：ABC-800N表面的N、O元素含量最高,同时与电子传递能力及生物相容性相关的共轭醌、酮结构的丰度也最高;将蓝藻生物炭投加至BES的非生物阴极中可提高阴极的脱氮效率,ABC-800N投加量为0.5 g时,7 d内脱氮效率达到最高,为96.0%,而对照组仅为29.6%;高通量测序表明,ABC-800N组的优势菌属为Thauera、JGI_0001001_H03、Thiobacillus、Denitratisoma等。

     

不同制备温度的水稻生物炭电子交换能力研究

为探究不同热解温度下生物炭的电子交换能力,通过限氧升温炭化法,利用水稻秸秆在不同热解温度条件下制备生物炭,与氧气、铁氰化钾氧化剂和柠檬酸钛还原剂进行氧化还原反应,对生物炭的得电子能力（EAC）和失电子能力（EDC）进行定量分析.结果显示,热解温度对生物炭的电子交换能力有较大影响,随热解温度升高至500℃时,生物炭的EAC和EDC达到最大,分别为3.86,1.72mmol/g高于500℃后,随着温度的增加,EAC和EDC逐渐减小,这是由于生物炭的醌类和酚类官能团的结构改变以及持久性自由基强度变化的联合作用.此外,柠檬酸钛和连二硫酸钠两种氧化还原电位不同的还原剂进一步证实了还原剂电位对生物炭EAC的影响.且生物炭具有氧化还原的可逆性,可逆的EAC与EDC之和近似等于生物炭的电子储存能力.     

含生物质炭城市污泥堆肥中溶解性有机质的光谱特征

以外源添加生物质炭的城市污泥堆肥过程中溶解性有机质(DOM)为研究对象,讨论了其紫外-可见和荧光光谱特征变化.结果表明:与对照组相比,外源添加生物质炭的处理其堆肥DOM的芳香性和腐殖化程度更高,有利于提高堆肥的腐熟度,且外源添加花生壳炭的处理较添加小麦秸秆炭的处理更有利于堆肥腐熟度的提高.外源添加花生壳炭的处理在堆肥21d后,其堆肥腐熟度可能达到峰值,而外源添加小麦秸秆炭的处理其堆肥腐熟度则随着堆肥时间的进行而增加.对照组和处理组堆肥DOM的FI>0.7,BIX>0.8,表明其来源为自生源,可能与微生物对有机物的降解有关.因此,通过对城市污泥堆肥过程中DOM的光谱特征分析,能较好地评估城市污泥堆肥腐熟度的情况.     

玉米秸秆生物炭改善污泥脱水性能

本实验以玉米秸秆为原料,制备了生物炭和AlCl₃改性生物炭,研究了2种生物炭分别调理污泥后的脱水效果,并探讨了污泥脱水性能的改善机理.结果表明,经过2种生物炭调理后,污泥比阻（SRF）、泥饼含水率（MC）、污泥沉降体积指数（SV₃₀）、毛细抽吸时间（CST）均下降,污泥净产率（Y_N）升高,说明污泥脱水性能得到了改善,且AlCl₃改性生物炭对污泥脱水性能的改善效果明显优于生物炭.当AlCl₃（溶液浓度3mol/L）改性生物炭的用量为3g/L时,调理后的污泥SRF,MC,SV₃₀,CST分别降低至1.3×10¹²m/kg,81.9%,78.6%,35s,Y_N增加至17.8kg/（m²·h）.分析原因：一方面,经过生物炭调理后,泥饼中会形成一定的骨架结构,使得污泥中的水和EPS能够更容易地释放;另一方面,经过AlCl₃改性后,改性生物炭携带的正电荷（Al³⁺）能够与污泥颗粒所带的负电荷发生电中和作用,使得污泥颗粒更容易聚集,从而提高污泥的脱水效果.     

Emissions of SO2, NO and N2O in a circulating fluidized bed combustor during co-firing coal and biomass

This paper presents the experimental investigations of the emissions of SO2, NO and N2O in a bench scale circulating fluidized bed combustor for coal combustion and co-firing coal and biomass. The thermal capacity of the combustor is 30 kW. The setup is electrically heated during startup. The influence of the excess air, the degree of the air staging, the biomass share and the feeding position of the fuels on the emissions of SO2, NO and N2O were studied. The results showed that an increase in the biomass shares resulted in an increase of the CO concentration in the flue gas, probably due to the high volatile content of the biomass. In co-firing, the emission of SO2 increased with increasing biomass share slightly, however, non-linear increase relationship between SO2 emission and fuel sulfur content was observed. Air staging significantly decreased the NO emission without raising the SO2 level. Although the change of the fuel feeding position from riser to downer resulted in a decrease in the NO emission level, no obvious change was observed for the SO2 level. Taking the coal feeding position R as a reference, the relative NO emission could significantly decrease during co-firing coal and biomass when feeding fuel at position D and keeping the first stage stoichiometry greater than 0.95. The possible mechanisms of the sulfur and nitrogen chemistry at these conditions were discussed and the ways of simultaneous reduction of SO2, NO and N2O were proposed.     

磁性生物炭及其老化后对Cd2+的吸附性能影响

磁性生物炭（FBC）是一种具有良好吸附性能且可实现磁分离的吸附材料,但制备过程磁性前驱体用量及老化作用是否影响其结构和吸附重金属的能力却鲜有研究。以水稻秸秆和铁盐为原料制备不同铁炭质量比（1∶4、1∶2和1∶1,记作FBC-4、FBC-2、FBC-1）的FBC,比较其表面形态、官能团等理化性质,以及对Cd²⁺的吸附性能的差异;利用自然老化和高温老化2种物理方法研究老化作用对磁性生物炭理化性质和吸附性能的影响。结果表明：与普通生物炭（BC）相比,FBC具有更大的比表面积和孔容,含氧官能团数量增多,并且出现Fe—O的特征峰,FBC-4、FBC-2、FBC-1的饱和磁化强度随着单位生物炭载铁量增加而增大,分别为0.64、2.21和17.69 A·m²/kg;BC和FBC对Cd²⁺吸附等温线和动力学曲线均符合Langmuir方程和准二级动力学方程,拟合出的平衡吸附量和理论最大吸附量关系为FBC-1>FBC-4>FBC-2>BC,即磁改性可以提高对Cd²⁺的平衡吸附量,且FBC-1对Cd²⁺的吸附能力最强;FBC-1经过2个月的自然老化和高温老化后,比表面积分别下降45.8%和36.4%,平均孔径分别增加72.7%和43.2%,饱和磁化强度分别增加至33.53和26.65 A·m²/kg;老化作用会降低磁性生物炭对Cd²⁺的吸附能力,其平衡吸附量由老化前的36.97 mg/g减小至30.97 mg/g（自然老化）和28.22 mg/g（高温老化）,理论最大吸附量由63.80 mg/g分别下降至46.68和40.29 mg/g,相比于自然老化,高温老化作用对磁性生物炭Cd²⁺的吸附性能的抑制作用更明显。

     

不同热解条件下合成生物炭对铜离子的吸附动力学研究

为了揭示生物质炭对铜离子的吸附动力学特性,研究了以不同条件下合成的生物质炭作为吸附剂吸附铜离子的动力学过程.用生活中常见的玉米芯和龙爪槐为原材料,以限氧升温炭化法制备生物炭.表征了其结构和表面特征,又通过一系列批实验,研究不同热解温度(300、400、500、600和700℃)和不同热解时间(1、2、4、6、8 h)的玉米芯与龙爪槐生物炭对Cu~(2+)的吸附动力学特征与机理.结果表明,生物炭对Cu~(2+)的吸附动力学数据随时间的变化能很好的用准二级动力学方程进行拟合,可见生物炭对Cu~(2+)的吸附是复杂的,不是单一的单层吸附.同时用颗粒内扩散模型、班厄姆方程和Boyd外扩散模型进行分析,结果表明颗粒内扩散不是两种生物炭吸附铜离子的唯一速率控制步骤,液膜扩散和颗粒内扩散均在吸附过程中起到重要影响,且液膜扩散是主要的限速因素.