基于微生物燃料电池技术的多元生物质生物产电研究进展

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)是一种使用微生物作为催化剂,直接将生物质能转化为电能的装置,为生物质的利用提供了新的途径.底物类型和底物浓度对于MFC的性能至关重要.使用小分子酸、醇或葡萄糖等简单有机物为底物时,MFC功率输出较高.但当底物为结构复杂的有机物时,为了提高MFC功率输出和底物降解效率,可以采用物理、化学手段对其进行预处理、采用天然菌群进行生物预降解或者添加简单有机物进行底物强化.基于多元生物质MFC技术未来将应用于污水中生物质能回收、偏远地区供电和生物传感器等方面.     

黑土微生物量和酶活性对邻苯二甲酸二丁酯污染的响应

邻苯二甲酸二丁酯(di-n-butyl phthalate,DBP)是一种在环境中广泛存在的有毒有机化合物,已被我国列为优先控制污染物之一。本研究探讨了不同浓度的DBP污染对黑土呼吸、微生物量以及黑土酶活性的影响。结果表明,DBP污染处理的黑土呼吸速率和微生物量碳较对照均显著增加;微生物氮在DBP污染过程中呈"降低-升高-降低"波动性变化;微生物磷与DBP污染浓度呈显著负相关;DBP对黑土多酚氧化酶表现为先促进后抑制,对转化酶和蛋白酶活性表现为低浓度促进而高浓度抑制;在DBP污染过程中脲酶呈现被激活状态;黑土过氧化氢酶和酸性磷酸酶均受到DBP污染的显著抑制。通过相关性分析发现,土壤微生物量、土壤酶活性与DBP污染浓度之间存在着高度的相关性。由此可推断,DBP污染改变了黑土呼吸、微生物量和酶学活性的代谢特征,进而有可能影响了黑土的生态系统功能,威胁到黑土的可持续利用。     

黄土丘陵区不同有机碳水平侵蚀坡面土壤微生物量碳的分布特征

通过分析5种不同有机碳水平侵蚀坡面上土壤微生物量碳的空间分布特征及其影响因素,探究了不同土壤有机碳水平下侵蚀和土壤微生物量碳的"压力-响应"关系.结果表明:10~20 cm土层土壤微生物量碳含量随土壤有机碳水平的增加而增加.0~10 cm土层土壤微生物量碳含量比10~20 cm土层更易受坡面有机碳背景的影响,且对侵蚀的响应较敏感;2土壤微生物碳含量随着土层深度的加深而减少,当坡面有机碳水平为5.68 g·kg-1时,土壤微生物量碳的剖面分布差异最大.土壤微生物量碳的水平分布表现为沉积区对照区侵蚀区,当坡面有机碳含量在4.92~5.65 g·kg-1范围内,其水平分布差异较大.即在中等有机碳水平的侵蚀坡面上,土壤微生物量碳的空间分布差异较大,对侵蚀的响应较敏感;3土壤微生物量碳的空间分布主要受坡面土壤有机碳水平的影响;其次受坡位、土壤平均含水量、土壤容重等的影响.     

白洋淀湿地芦苇生物量及氮、磷储量动态特征

作为由水陆相互作用形成的独特生境,湿地生态系统在氮、磷等营养元素的生物地球化学循环中发挥着重要的作用.本文在实地调查和实验室测定的基础上,研究了白洋淀湿地芦苇(Phragmites australis(Cav.)Trin.Ex Steudel)各构件的生物量和氮、磷含量,在此基础上估算了氮、磷储量并系统分析了各指标在生长季节的动态变化.结果表明,各构件生物量随时间的推移而逐渐增加,叶片生物量的最大值出现在6月,根状茎生物量的最大值则出现在8月,叶鞘、地上茎和地上部分生物量的最大值出现在10月;地上各部分氮、磷含量的最大值均出现在4月的生长初期,其后随时间的推移而逐渐降低,最小值出现的时间各不相同,根状茎氮、磷含量的最大值分别出现在8月和4月;各部分氮、磷储量与生物量间存在显著的相关性,地上部分氮、磷储量的最大值均出现在6月,分别为(18.91±2.12)g.m-2和(1.17±0.13)g.m-2.     

燕山北部山地人工林和天然次生林的生物碳贮量

为了了解人工林与天然次生林碳汇功能的差异,以燕山北部山地华北落叶松人工林和杨桦天然次生林为研究对象,对不同年龄阶段的两种林分的生物碳贮量进行了研究。结果表明:13、18、28 a生杨桦天然次生林总生物碳贮量分别为27.33、35.77、46.13 t/hm²,9、13、30 a华北落叶松人工林分别为21.97、34.14、55.62 t/hm²; 0~13 a,14~18 a,19~28 a杨桦林生物总碳贮量的年碳积累速率分别为2.10、1.69、1.04 t/hm², 0~9 a,10~13 a,14~30 a落叶松林分别为2.44、3.04、1.34 t/hm²;华北落叶松单木生物量增长速率明显高于白桦和山杨,在10~25 a的年龄段,落叶松生长速度是白桦、山杨的1.63~5.83、2.26~7.87倍;华北落叶松的BCEF(生物量转化和扩展因子)和BEF(生物量扩展因子)随年龄和胸径的增长有逐渐降低的趋势,而白桦和山杨的两个参数则有逐渐增加的趋势。由此得出结论,在燕山北部山地,与杨桦天然次生林相比,华北落叶松人工林表现出更强的碳吸存能力,该地区大面积的华北落叶松幼、中龄林具有巨大的碳汇潜力;同时,使用生物量碳计量参数时应考虑树种、林龄和胸径的差异。     

木质素磺酸盐基生物质固沙材料的部分生物效应

将制浆造纸废液中的木质素磺酸盐经过化学改性制备成生物质固沙材料BSSM-LS,可达到治理污染,有效利用资源和防风固沙、抑尘等多重效果,但在应用过程中,为避免对生态环境造成危害,必须关注其环境生物效应。文章首先选择具有代表性的小白菜和高羊茅草进行了种子萌发的试验,结果表明,BSSM-LS对植物生长无有害影响,反而由于补充了氮,对种子的萌发起到了良好促进作用。随后进行的BSSM-LS与白腐菌及其酶相互作用的研究表明,BSSM-LS对裂褶菌Schizophyllum commune无有害影响,对漆酶无抑制作用。在自然条件下,BSSM-LS生物降解仍需要较长时间,接种白腐菌后可加速其降解过程;在漆酶作用下BSSM-LS可发生一定程度降解,表现为分子量减少,磺酸基含量下降,共轭羰基和醌型结构增加,有利于BSSM-LS的腐殖化进程。     

非活性菌丝体对水中铅离子的吸附

从发酵工业选取９种废弃的菌丝体,考察其对水中Ｐｂ离子的吸附行为。结果表明,其中半数菌丝体为Ｐｂ的最大吸附量接近或超过１００ｍｇ／ｇ干重,对林可链霉菌的吸附等温线和ｐＨ值、温度、共存离子等因素影响Ｐｂ离子吸附行为的研究表明,该菌丝体对Ｐｂ的吸附量随ｐＨ降低而升高,温度对吸附的影响不大,共存Ｃｕ＾２＋使Ｐｂ的吸附量降低,而共存Ｚｎ＾２＋无明显影响。     

有机固废热解反应器研究进展

热解技术是一种优秀的有机固废处理技术,其具有环保、减量化、资源化等优点,热解技术的核心是热解反应器。通过介绍不同类型热解反应器的特点及其研究与工程应用的进展,为下一步引进与开发热解工艺提供技术支撑。     

Evaluation of Brasilia wastewater sludge as a biomass resource for the production of energy by gasification simulation

This work evaluated the sludge potential of the Wastewater Treatment Plant (ETA) in the city of Brasília to be used as a fuel by gasification. It is known that ETA sludge is a significant environmental liability, since current legislation restricts its final disposal. For this, the chemical characterisation of ETA sludge was performed by immediate and elemental analysis. No traces of heavy metals were observed, and the moisture (ω) and ash contents were 31.17 and 51.77%, respectively, different from those already reported in the literature because the composition depends on the water treatment technology employed. The gasification process was numerically simulated; once dry, it constitutes a residue with an energy content (HHV) of 22.4498 MJ kg^?1, comparable with other types of biomass currently used for large-scale energy generation by thermochemical processes (e.g. agricultural residues, wood and sugar cane bagasse). For the numerical simulation with an equivalence ratio (Φ) near 3, higher concentrations of CO and H₂ can only be achieved with ω lower than 15%. The results showed that gasification can be an attractive option for the disposal and use of a renewable waste resource, such as ETA sludge, in an environmentally safe way, and it is allowed by local legislation.     

Two-dimensional modeling of torrefaction of a large biomass particle

A two-dimensional (2-D) model is developed to predict the torrefaction behavior of a large wet biomass particle. Although one-dimensional (1-D) model is found to be adequate for L/D ≥ 6, the necessity of using 2-D model at lower L/D ratios and higher torrefaction temperature is established. Errors up to 18% are observed in predicted mass fractions between 1-D and 2-D models. The center temperatures differed more, up to 96%, between z = 0 and z = L/2 in 2-D model which is not captured by the 1-D model. The model predictions agree well with the experimental results of the present authors and others. The evolution of the temperature profile is found to govern the mass fraction profile. At higher reactor temperature, three distinct zones are visible in the contour plots: peripheral fully torrefied zone, intermediate torrefying zone, and core with unreacted virgin biomass zone. Simulation studies show the formation of two symmetric annular hot spots at the ends, which move inward axially and subsequently merge at the center, the rate being faster for smaller L/D ratio. However, 1-D model does not provide such insight. The effects of reactor temperature, particle size, the residence time, and the initial moisture content on the torrefaction behavior are investigated.