秸秆能源化利用技术评价方法探究与优化

生物质能源是未来能源结构的重要组成部分,而农作物秸秆作为生物质能资源的主要来源之一,其能源化利用技术值得探索。为科学评价秸秆能源化利用技术的资源利用、技术适用性、经济效益、环境效益和社会效益,以现有文献为基础,对常用于秸秆能源化利用技术的评价方法研究现状进行综述,分析各种技术评价方法的优缺点,总结比较了不同方法的评价范围,提出适合秸秆能源化利用技术的评价方法,即全生命周期评价法与层次分析法相结合的综合评价方法。并根据现有文献建立了评价指标体系,为后续秸秆能源化技术利用模式的科学评价提供参考。     

秸秆与化肥减量配施对菜地土壤温室气体排放的影响

采用静态箱/气相色谱法,2016年11月至2017年9月通过田间原位试验,设置了无物料还田(CK)、常规化肥(F)、秸秆还田配施100%化肥(100FS)、秸秆还田配施70%化肥(70FS)、秸秆还田配施60%化肥(60FS)、秸秆还田配施50%化肥(50FS),对比分析了在化肥减量的基础上,配施秸秆处理的菜地(莴笋-卷心菜-辣椒轮作)土壤CO_2、CH_4、N_2O动态变化特征及温室效应,研究秸秆与化肥减量配施对菜地温室气体排放的影响.结果表明,土壤CO_2、CH_4、N_2O排放具有一定的季节变化规律,排放高峰主要集中在4~8月,且在施肥灌水后均会出现气体的排放峰.秸秆与化肥配施较常规施肥(F)处理提高了土壤N_2O排放量,累积排放量及其排放系数,其中100FS处理的效果最为明显,辣椒季的累积排放通量明显高于莴笋季和卷心菜季,高达60.76 kg·hm~(-2)(P0.05),N_2O的排放系数(以N_2O-N/N计)为0.138 kg·kg-1,而秸秆与化肥减量配施较100FS处理可以降低氮肥的N_2O排放系数.与对照CK和F处理相比,70FS处理降低了土壤CO_2排放量和累积排放量,分别为55.28~1 831.62 mg·(m2·h)-1和7 502.13~25 988.55 kg·hm~(-2),而其他秸秆与化肥配施处理均增加了CO_2累积排放通量,尤其是60FS和50FS处理.对土壤CH_4排放而言,辣椒季的排放波动较大,除CK外,各处理的土壤CH_4累积排放量多为负值,表现为大气中CH_4汇;秸秆与化肥减量30%~50%配施处理均降低了辣椒季的土壤CH_4排放量和累积排放通量,而100FS处理提高了CH_4排放量和累积排放通量.与CK和F处理相比,除70FS外,100FS、60FS和50FS均显著提高了GWP.总体上,从温室气体排放角度,在常规化肥施用的基础上减量30%再与秸秆配施可以降低土壤CO_2和CH_4排放,缓解温室气体的增温潜势,而对土壤N_2O减排效果不显著.     

秸秆焚烧物对黄土吸附五氯酚的影响研究

为研究添加秸秆焚烧物对黄土吸附环境激素的影响,以五氯酚（PCP）为目标污染物,采用批量实验法研究了PCP在黄土与添加秸秆焚烧物黄土上的吸附动力学、吸附热力学以及初始浓度、离子强度、粒径、pH值等影响因素.结果表明：添加秸秆焚烧物促进黄土对PCP的吸附,黄土与添加秸秆焚烧物黄土的动力学均较好的符合准二级动力学模型;其热力学吸附过程均更符合Freundlich吸附模型,且吸附等温线符合C-型;温度在25~45℃时,PCP在黄土与添加秸秆焚烧物黄土上的吸附平均自由能（E）小于8kJ/mol,说明其对PCP的吸附主要以物理吸附为主;PCP的吉布斯自由能ΔG^θ、焓变ΔH^θ和熵变ΔS^θ均小于0,表明该吸附属于自发放热且混乱度减小的过程;当pH值在3~7范围内时,PCP的吸附量随pH值升高而逐渐减小,而pH值在7~10范围内时,其吸附量逐渐增大;黄土对PCP的吸附量随其粒径的减小而增大;离子相同时,其浓度越高越有利于PCP的吸附;离子浓度相同时,黄土对PCP的吸附量随其价态的升高而增加.     

东北土著白腐真菌处理玉米秸秆纤维素乙醇废水的可行性探讨

青顶拟多孔菌是一种可以降解木质素的白腐真菌,也是具有较高的产漆酶能力的生产者.选择青顶拟多孔菌处理玉米秸秆纤维素乙醇废水,于液体培养青顶拟多孔菌中的锥形瓶中添加不同体积的废水,考察其对不同稀释比玉米秸秆纤维素乙醇废水的处理效果,并通过研究废水投加时间的调控,获得具有高木质素降解率且相对最短降解时间的工艺条件.结果表明:青顶拟多孔菌可从废水中去除50%以上的COD_Cr和23.8%的木质素.对不同稀释比例（1%~20%）玉米秸秆纤维素乙醇废水中木质素具有较好的去除效果,其中稀释6%废水的体系中降解木质素效果最好,在第10天木质素降解率达到73.5%.不同废水投加时间对青顶拟多孔菌处理稀释20%废水体系中木质素的降解效果影响较大,第5天投加废水可获得理想的木质素降解效果,在试验进行的第19天降解率达到68.4%;在投加废水时间不同的情况下,经青顶拟多孔菌处理后的各体系中BOD₅/COD_Cr均有所提升,并且都提升至0.58以上,其中第9天投加废水体系经处理后BOD₅/COD_Cr最大,达到0.64.研究结果可为青顶拟多孔菌处理玉米秸秆纤维素乙醇废水的实际应用提供参考.      

施用生物质炭对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征影响

为研究玉米秸秆生物质炭施用后土壤腐殖质组成和土壤胡敏酸结构的变化,选择腐殖质组成修改法和国际腐殖质协会推荐的方法进行土壤腐殖质组分提取和HA样品纯化,采用重铬酸钾外加热法和TOC分析仪测定土壤、水溶性物质(WSS)、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(Hu)有机碳含量,采用元素组成和红外光谱分析HA的结构变化.研究结果表明:施入玉米秸秆生物质炭后,表层和亚表层土壤及其腐殖质组分有机碳含量均有不同程度的提高,表层土壤、WSS、FA、HA和Hu有机碳含量增加幅度较大,分别增加了83.61%、112.50%、89.63%、91.78%和89.82%,说明玉米秸秆生物质炭的施用更有助于表层土壤有机碳的积累;PQ值(HA在腐殖酸中的比例)略有增加;土壤HA的缩合程度和芳香性增强,氧化度降低.此外,施用玉米秸秆生物质炭后,土壤及其腐殖质组分有机碳含量随土层深度的增加而降低,与表层相比,亚表层土壤、WSS、FA、HA和Hu有机碳含量分别下降了62.84%、52.94%、62.38%、66.62%和61.61%;土壤PQ值略有降低;土壤HA的缩合程度和芳香性降低,氧化度增加.     

秸秆生物质炭的制备及吸附性能研究

将麦秆、向日葵秆和玉米秆低温热解制备生物质炭。采用傅里叶红外光谱、X射线衍射等仪器对其结构进行了表征。研究了热解温度、溶液p H值、初始浓度、吸附时间以及吸附剂用量等因素对各生物质炭吸附亚甲基蓝效果的影响。实验结果表明,3种生物质炭均含有多孔的微晶炭,表面存在大量的活性-OH,-COOH等基团,对亚甲基蓝有较强的吸附作用;在最佳吸附条件下,玉米秆炭、向日葵秆炭以及麦秆炭对亚甲基蓝的吸附容量分别为26.6,26.2,14.7 mg/g。     

浅论秸秆焚烧对环境空气自动监测系统数据倒挂的影响

秸秆焚烧的现象在我国的夏冬两季出现的频率最高,现象也最为明显。因为夏冬主要为作物收割收获的季节,在这一阶段,焚烧秸秆所带来的环境上的污染问题以及安全等问题也尤为明显。本文主要针对焚烧秸秆对于空气自动检测系统的数据倒挂影响进行分析,从而得出相应的解决办法和意见。     

CO2/H2O气氛对生物质焦化学结构演化及反应性作用机理研究

以水稻秸秆(RS)为研究对象，研究了CO₂/H₂O气氛对其脱挥发分过程中焦产率、结构及其反应性的影响。采用傅里叶红外光谱(FTIR)及拉曼光谱(Raman)对不同条件下制备的RS焦进行表征，阐明不同反应气氛下RS焦的微观化学结构演化规律。采用热重分析仪(TGA)对制备的RS焦的燃烧反应性进行分析，揭示了CO₂气氛、H₂O气氛与CO₂/H₂O混合气氛对RS焦微观化学结构演化及反应性的作用机理。结果表明：CO₂/H₂O气氛下，生物质焦产率随着反应终温升高而降低，且在700℃以上焦产率差异较大；CO₂/H₂O混合气氛更有利于促进生物质焦中小芳香环系统的消耗和缩聚，CO₂和H₂O气氛在高温下对生物质焦的反应存在协同作用和竞争关系；制焦温度在700℃以上时，CO₂/H₂O气氛有助于改善生物质焦...     

农田土壤碳循环过程及其量化方法

已有研究表明除了作物碳（根际沉积碳和秸秆碳）对农田土壤有机碳（SOC）的输入外，土壤碳还来源于土壤自养微生物固定SOC的贡献以及土壤无机碳（SIC）的固定（无机化学途径和微生物的生物矿化途径）.农田SOC的高低主要受到外源作物碳输入和原有SOC分解的平衡作用.作物碳输入在短期内通常促进SOC的分解，呈现正（根际）激发效应.通过整合分析主要作物的根际激发效应和秸秆还田的激发效应的研究，发现作物根系生长和秸秆还田引起的（根际）激发效应大小平均值分别为75%和67%.尽管秸秆还田通过激发效应引起SOC分解的额外释放，但是土壤残留秸秆碳通常大于激发效应导致SOC的额外损失，因此秸秆还田可能增加SOC的储量.在农田系统中，秸秆碳和根际沉积碳往往共存，这导致土壤碳输入和输出至少有3个碳源（根际沉积碳、秸秆碳和土壤碳），由于多碳源体系的区分方法存在挑战，目前这两种作物碳（根际沉积碳和秸秆碳）对SOC分解的激发效应影响是不清晰的.最后，提出了新量化方法，可以多源区分根际CO₂排放以及SOC中作物碳输入的碳源，以及区分碱性土壤中无机化学和微生物途径对SIC的贡献.研究有助于提高对农田土壤SOC和SIC输入和输出途径的理解，以及农田土壤碳平衡评估的精确度.     

玉米秸秆厌氧消化性能评价

为提高农作物秸秆产沼气的效率,突破季节性限制问题。探讨了新鲜、青贮、干黄3种玉米秸秆,在30℃的恒温条件下,以牛粪液为氮源的厌氧消化产沼气潜力。通过p H、产气量、化学需氧量(COD)、甲烷含量、挥发性有机酸(VFA)、主成分(PCA)分析和修正Gompertz模型等综合评价玉米秸秆的厌氧消化性能。结果表明:新鲜秸秆的产沼气效率比青贮秸秆和干黄秸秆的产沼气效率分别高46.55和68.75 mg/L;新鲜秸秆的最大沼气速率和甲烷生产速率最高分别是537.8和57.05 m L/(g·d),其次是青贮秸秆和干黄秸秆;发酵时间与甲烷含量、产气量、有机酸、累积产气量等因子均呈正相关关系。为合理利用农作物秸秆为原料生产生物天然气具有重要经济意义。