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.     

成都平原区水稻土有机碳剖面分布特征及影响因素

了解环境因素对土壤有机碳剖面分布的影响,是准确拟合土壤有机碳在垂直方向上的连续变化、开展其三维空间分布模拟和估算区域土壤有机碳储量的基础.基于171个土壤剖面采样数据,利用指数递减函数拟合土壤有机碳剖面分布,分析成都平原区水稻土有机碳剖面分布的空间变异特征,并探讨成土母质、土壤类型(亚类和土属)、海拔、与河流距离和土地利用方式对其空间变异的影响作用,进而揭示环境因素对土壤有机碳剖面分布的影响.结果表明,0~20、20~40、40~60和60~100 cm土壤有机碳均值分别为19.42、9.59、5.99和5.20 g·kg-1,表现出显著的剖面递减趋势.土壤有机碳含量主要集中在40 cm以上,占整个土壤剖面的质量分数为72.17%,是研究成都平原区水稻土碳源/汇的关键部分.拟合土壤有机碳剖面分布的指数递减函数的2类参数呈现出一致的空间分布格局,具有空间相关性;参数C和k的块金系数分别为55.400%和47.671%,表明成都平原区水稻土壤有机碳剖面分布受结构性因素和随机性因素共同影响.回归分析揭示,成土母质和土属是影响研究区土壤有机碳剖面分布的主控因素,但海拔、与河流距离和土地利用的作用不容忽视.在拟合成都平原区水稻土有机碳剖面分布、构建其三维空间预测模型和估算土壤有机碳储量时,应重点考虑成土母质和土属的作用.     

超声强化作用下厌氧氨氧化工艺启动运行性能

通过批式实验,得到超声波强化Anammox菌活性的最优工作参数,超声频率25kHz、超声时间3min、超声强度0.2 W/cm²,而后在此最优超声强化条件下采用固定床反应器接种传统活性污泥启动Anammox工艺.整个试验过程,温度维持在35℃.在启动阶段,水力停留时间（HRT）为2d,控制进水NH₄⁺-N和NO₂^--N浓度为70mg/L.反应器运行至第38d,首次表现Anammox活性.运行至53d时,NH₄⁺-N、NO₂^--N去除速率和去除率分别为30.81,34.97mgN/（L·d）和88.03%、99.91%,总氮去除速率和去除率达60.34mgN/（L·d）和86.20%.R₁和R₂分别稳定在1.14和0.18.在负荷提升阶段（53~135d）,当进水NH₄⁺-N和NO₂^--N负荷维持在最高值380mg/（L·d）时,NH₄⁺-N和NO₂^--N平均去除效率分别为82.74%和97.89%.NH₄⁺-N和NO₂^--N最大去除速率分别为320.67和379.85mgN/（L·d）,最大总氮去除速率和去除率为698.00mgN/（L·d）和91.84%.负荷提高阶段末,R₁稳定在1.18左右,R₂接近于0.反应器内Anammox菌占主导,存在少量反硝化菌强化总氮去除.     

造纸废水处理过程的高斯过程回归软测量建模

针对造纸废水处理系统的时变性、非线性和复杂性等特点,本文提出一种基于高斯过程回归的软测量模型.基于平方指数协方差、线性协方差和周期性协方差函数组合构建了7种高斯过程回归模型,分别对出水化学需氧量和出水悬浮固形物浓度进行回归预测.此外,还对比了多元线性回归模型、主成分回归模型、偏最小二乘模型、人工神经网络模型和高斯回归模型的预测效果.对比计算结果表明无论是对输出变量的训练拟合还是预测,高斯过程回归模型的拟合效果均优于非高斯过程回归模型.高斯过程回归模型的预测结果表明：对于出水化学需氧量,线性协方差函数与周期性协方差函数的组合模型可以取得最好的预测结果;对于出水悬浮固形物,平方指数协方差函数与线性协方差函数组合模型可以取得最好的预测结果.     

常州市冬季大气污染特征及潜在源区分析

为了解常州市冬季大气污染特征,对2013—2015年常州市冬季PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、CO数据进行分析,并结合HYSPLIT 4.9模式研究不同气团来源对常州市各污染物浓度的影响及潜在污染源区分布特征.结果表明,常州市冬季以PM_2.5污染为主,其占冬季首要污染物的90%以上,冬季PM_2.5小时浓度对应的空气质量级别以良和轻度污染出现频次最多,冬季的ρ（PM_2.5）对ρ（PM_2.5）年均值的贡献率高达37.4%,不完全燃烧是颗粒物的一个重要来源.冬季ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）、ρ（SO₂）、ρ（NO₂）和ρ（CO）的日变化均呈双峰分布,两个峰值分别出现在交通的早高峰和晚高峰附近.ρ（NO₂）在晚高峰明显大于早高峰,而ρ（SO₂）和ρ（CO）表现为早高峰大于晚高峰.常州市CO/NO_x和SO₂/NO_x的分析结果表明,常州市交通源的贡献明显,点源对常州市的空气质量的影响也较大.1和6 h的ρ（PM_2.5）梯度变化可判识细颗粒物的爆发性增长.冬季常州市受到西北、西和西南等地区的大陆性气流影响较大,其对应的ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）、ρ（SO₂）、ρ（NO₂）和ρ（CO）平均值相对较高,且对应的污染轨迹出现概率较大.偏东方向的气流由于移动速度慢,不利于污染物扩散易造成污染累积,导致ρ（PM_2.5）、ρ（SO₂）和ρ（NO₂）相对较高.WPSCF（源区分布概率）高值区（>0.5）集中于从芜湖至上海的长江中下游区域和杭州湾区域.PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂和CO潜在源区存在较大差异性,NO₂、SO₂和CO本地化的潜在贡献较PM_2.5和PM₁₀更明显.此外,受船舶等影响海洋源区对NO₂、SO₂和CO的潜在贡献较大.研究显示,长三角区域的大气污染物以本地污染为主,但远距离污染输送贡献也不容忽视.      

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.     

德国分散式污水处理系统微生物群落结构及功能

以德国分散式污水处理系统为研究对象,通过16S rRNA测序,研究2个反应器中微生物群落结构,利用PICRUSt软件对其功能进行推演.结果表明,冬季,污水厌氧膜生物反应器（AnMBR）内温度20℃,进水COD 712mg/L时,出水可获得52%的COD平均去除率,产气率为122L/kgCOD;固体废物厌氧反应器（PSD）内温度37℃,反应器内COD 3007mg/L时,可获得374L/kgVSS的产气率.2个反应器具有相似的微生物组成,对细菌,Synerigistaceae科的相对丰度最高（AnMBR：24.0%±10.0%;PSD：11.0%±3.1%）;对古菌,Methanobacteriaceae科的相对丰度最高（AnMBR：0.6%±0.3%;PSD：13.8%±1.8%）;2个反应器的功能基因组成也相似,产甲烷都以H₂还原CO₂的通路为主.PSD反应器中H₂还原CO₂通路相关基因、F420合成相关基因、辅酶M合成相关基因的相对丰度都高于AnMBR反应器.     

Addressing the challenges of implementing safety instrumented systems in multi-product batch processes

Adapting the requirements of IEC 61511 to a batch system can be frustrating, particularly for multi-product units. While a Safety Instrumented System (SIS) for continuous operation is often a straightforward detect-decide-act loop, implementing a SIS for a batch system may involve multiple safety functions, time- or state-dependence, intricate calculations, or complex installations. Relationships between the SIS elements and the basic process control system (BPCS) must be tightly managed, providing both for the safety of the unit and its ability to operate without spurious trips or other hindrances. These issues are further complicated when multiple products requiring different functions or setpoints are produced in the same SIS-protected batch unit.This paper will discuss the challenges particular to the design, operation, and maintenance of a SIS in multi-product batch operations and present practical options for successfully resolving the concerns. A key insight into successful adaptation is treating the batch SIS as a “permission” system for the BPCS to operate. Although many items can be addressed through clever engineering practices, sustainable success relies on proactive, robust management of the safety lifecycle.     

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。