生物膜法光发酵制氢的研究现状与展望

21世纪被誉为氢能世纪.光发酵制氢作为绿色可持续生物制氢方式的一种,可以利用独特的光合系统固定太阳能,并利用有机物产生清洁能源氢气,因而受到广泛关注.但光发酵细菌凝集力差、底物转化效率和光能利用率低导致产氢效能下降,从而阻碍了光发酵制氢的发展.光发酵细菌可以通过形成生物膜而被有效固定,进而增加反应器内光发酵细菌的生物持有量,提高光发酵细菌对不利环境的抵抗力;同时,光发酵细菌形成生物膜后可以调控产氢细菌新陈代谢和生理活性使其更利于产氢.其中,光发酵生物膜反应器的设计尤为重要,尤其是反应器内光源的均匀分配对于光发酵制氢是一项关键因素,需要对光源设计、空间摆放和遮光性进行综合分析和设计;其次,需要考虑载体性质和载体安装以充分吸附光发酵细菌并形成生物膜;同时,结合未来可持续绿色发展的需求,光发酵生物膜反应器设计需要逐步过渡到以室外环境作为常规环境和太阳作为光源.尽管光发酵生物膜制氢前景良好,但目前对于光发酵生物膜反应器和制氢机制的研究仍然不够充分,需要更加深入地探索和优化以突破光发酵制氢的瓶颈,推动氢能行业的发展.     

乙醇型发酵过程优化及代谢调控分子机制

乙醇型发酵是3种主要厌氧产酸发酵类型之一.乙醇型发酵细菌具有高产氢效率、耐酸性、自凝集生长和发酵产物可直接被产甲烷利用等优势,因此被广泛关注和研究.近年来,在乙醇型发酵产氢过程优化和代谢途径研究方面取得了大量进展.本文对乙醇型发酵产氢反应器优化和运行控制、高效产氢细菌分离和代谢调控分子机制,以及耦合系统强化能源回收等研究进展进行了综述.此外,本文提出了乙醇型发酵的可持续高效产氢及代谢产物的定向回收梯级利用的思路,探讨了乙醇型发酵制氢技术的发展趋势和未来应用中存在的问题.     

腐殖酸影响剩余污泥厌氧消化过程实验研究

以实验室培养、几乎不含腐殖质和金属离子的剩余污泥作为研究对象,选择与市政污泥中腐殖酸特征相近的市售腐殖酸为外加填充物,实验研究污泥中所含腐殖质对污泥厌氧消化过程的抑制作用.通过设置腐殖酸不同投加比例(0、5%、10%、15%和20%,以VSS计),探究腐殖酸对厌氧消化不同过程的影响.实验结果表明,腐殖酸抑制厌氧消化生物气产气量.填加15%腐殖酸时对厌氧消化产气量抑制作用最为明显,较未添加腐殖酸对照组产气量下降了35%;但并未对生物气中CH_4体积比产生太大影响,说明抑制影响是对生物气整体性的.腐殖酸亦可抑制厌氧水解过程,投加20%腐殖酸实验组实验结束时残留于上清液中的溶解性多糖、蛋白质浓度分别是对照组的2.2和1.6倍.然而,腐殖酸作为外源电子受体,可以在一定程度上促进酸化过程,其程度在填加20%腐殖酸实验组表现最高,较对照组VFAs提高了11.3%.腐殖酸投加未对系统pH产生明显影响,各实验组pH值均在7.09~7.54间变化.     

不同基质配比对农村生活垃圾厌氧发酵效率及稳定性的影响

以典型农村生活垃圾餐厨垃圾(Food Waste,FW)与纸类垃圾(Paper Waste,PW)为基质,通过中温(35℃)批次厌氧共发酵试验,探明不同配比的基质在厌氧共发酵4阶段(水解阶段、酸化阶段、乙酸化阶段、产甲烷阶段)的动力学特性,再结合挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFAs)在系统运行过程中的变化,确定FW与PW的最佳配比。结果表明,水解阶段是纸类垃圾的主要限速步骤,而VFAs积累限制了餐厨垃圾甲烷化进程的提高,且VFAs积累主要以丙酸与丁酸为主。当w(FW)≥35%时,产甲烷速率随VFAs质量浓度增大而线性减小,过高的VFAs质量浓度抑制了产甲烷菌的活性。FW与PW最佳基质配比为35∶65(质量比),在此条件下反应速率最为突出,系统运行高效,VFAs能及时被产甲烷菌利用,无有机酸积累,系统运行平稳。     

矿井生产环境下光透过性实验研究

通过实验模拟巷道生产作业环境,分析了矿井生产环境下光照衰减的机理,研究了普通LED灯、金卤灯、荧光灯、头戴LED矿灯4种灯具在不同环境参数下的透射性,得出其在不同矿井因素（粉尘浓度、风速、相对湿度）下光的透过性影响规律,结果表明:在矿井中风速和相对湿度的增加均能降低光的透过率,相对湿度变化对光的透过率影响较大,且风速和相对湿度的增加对粉尘浓度有一定的积聚作用。研究结果为井下照明灯具的合理选用提供了依据。     

中温碱解预处理促进剩余污泥厌氧产甲烷的研究

采用4 mol/L NaO H碱液在中温下处理城市生活污水处理厂剩余污泥6 h,对比原剩余污泥和中温碱解污泥厌氧消化产甲烷的能力,分析了中温碱解及厌氧消化过程中剩余污泥胞内物质的释放规律,结果表明:碱解预处理有效促进了有机物、氨氮的释放,对磷酸盐释放促进作用不明显。原剩余污泥的沼气转化效率为387.5 L/kg(以VS计,下同),中温碱解处理组的沼气转化效率为402.5 L/kg;中温碱解处理组沼气转化效率比原剩余污泥组高3.87%;中温碱解预处理提高了污泥减量化程度及甲烷产量。改进的Gompertz模型结果表明:碱解处理后剩余污泥最大甲烷产量为1 480.7 mL,最大产甲烷速率为77.8 mL/d,细菌产甲烷的延迟时间为3.38 d。     

危险废物处理处置企业清洁生产案例研究

为了给危险废物处理处置企业开展清洁生产提供一些基础性引导,先对比分析了危险废物处理处置企业和常规企业开展清洁生产的异同,然后以采用水泥回转窑协同处置危险废物的R公司为例,从8个方面进行产排污和清洁生产潜力分析,并结合危险废物处理全过程开展物料平衡分析,提出可行的无/低费方案和中/高费方案共19项。研究结果表明,危险废物处理处置企业存在可观的清洁生产和节能减排潜力,通过开展清洁生产可有效从源头防治二次污染,实现节能减排。     

An advanced anaerobic biofilter with effluent recirculation for phenol removal and methane production in treatment of coal gasification wastewater

An advanced anaerobic biofilter (AF) was introduced for the treatment of coal gasification wastewater (CGW), and effluent recirculation was adopted to enhance phenol removal and methane production. The results indicated that AF was reliable in treating diluted CGW, while its efficiency and stability were seriously reduced when directly treating raw CGW. However, its performance could be greatly enhanced by effluent recirculation. Under optimal effluent recirculation of 0.5 to the influent, concentrations of chemical oxygen demand (COD) and total phenol in the effluent could reach as low as 234.0 and 14.2 mg/L, respectively. Also, the rate of methane production reached 169.0 mL CH₄/L/day. Though CGW seemed to restrain the growth of anaerobic microorganisms, especially methanogens, the inhibition was temporary and reversible, and anaerobic bacteria presented strong tolerance. The activities of methanogens cultivated in CGW could quickly recover on feeding with glucose wastewater (GW). However, the adaptability of anaerobic bacteria to the CGW was very poor and the activity of methanogens could not be improved by long-term domestication. By analysis using the Haldane model, it was further confirmed that high effluent recirculation could result in high activity for hydrolytic bacteria and substrate affinity for toxic matters, but only suitable effluent recirculation could result in high methanogenic activity.     

太湖流域农田生产-畜禽养殖系统氮素流动特征

为应对太湖严峻的水体富营养化现状,从源头上降低面源污染负荷,基于物质流分析法与质量守恒原理,研究了常熟市辛庄镇农田生产-畜禽养殖系统的氮素流动通量、流动效率及环境负荷,并用实测值进行了参数校正. 结果表明:2000—2012年,辛庄镇农田生产子系统的单位面积氮素流动通量呈下降趋势,而畜禽养殖子系统的单位面积氮素流动通量则在42.5~50.9 kg/hm2范围内持续波动. 氮素利用率与氮素循环利用率均较低,氮素环境损失率较高,系统损失的氮素中有54.5%进入周围水体. 2000年以来,作物种植与畜禽养殖对辛庄镇环境氮负荷的贡献率分别在38.8%~50.2%与25.4%~35.8%之间波动. 辛庄镇农田施氮量为310.8 kg/hm2,人畜排泄氮量为61.1 kg/hm2,分别远高于全国平均值(197.2和18.6 kg/hm2). 过量施用化学氮肥与畜禽粪便的大量排放是辛庄镇环境氮负荷加重的主要原因. 辛庄镇高投入高产出的农业生产方式加大了太湖水环境修复的难度. 建议调整作物种植与畜禽养殖结构,推广科学施肥与生态养殖,将农田生产与畜禽养殖结合形成产业链,以此减轻氮素环境负荷.      

火电行业清洁生产与末端治理技术对二氧化硫减排效果评估

为探明清洁生产技术在我国大气污染物削减中所起的作用,本文以火电行业为例,以SO_2作为特征污染物,对“清洁生产”和“末端治理”技术进行了筛选,建立了削污和减排效果分析模型,并收集火电行业的权威统计数据,计算了火电行业“清洁生产”技术削污量与“末端治理”技术减排量及两类技术各自削减量占比情况,研究了建国以来(1949—2013年)我国火电行业清洁生产技术削污效果和末端治理技术减排效果及其演变规律,并在此基础上提出政策建议.研究结果显示,以火电行业发电效率最低的低温低压发电技术为基准线,1949—2013年65年期间电力行业通过清洁生产技术累计实现SO_2削污量为4.94亿t,节约4940亿元的环保资金投入,削污率达到58.5%;2002—2013年12年期间电力行业末端治理技术累计实现SO_2减排量为1.10亿t,减排率为13.0%.