Pre-feasibility study of stand-alone hybrid energy systems for applications in eco-houses

In light of rising cost of fossil fuels and fears of its depletion, coupled with the increase in energy demand and the rise in pollution levels, governments worldwide have had to look at alternative energy resources. Combining renewable energy generation like solar power with superior storage and conversion technology such as hydrogen storage, fuel cells and batteries offers a potential solution for a stand-alone power system. The aim of this paper was to assess the techno-economic feasibility of using a hybrid energy system with hydrogen fuel cell for application in an eco-house that will be built in Sultan Qaboos University, Muscat, Oman. Actual load data for a typical Omani house of a similar size as the eco-house was considered as the stand-alone load with an average energy consumption of 40 kW/day and 5 kW peak power demand. The National Renewable Energy Laboratory's Hybrid Optimisation Model for Electric Renewable software was used as a sizing and optimisation tool for the system. It was found that the total annual electrical energy production is 42,255 kW and the cost of energy for this hybrid system is 0.582 $/kW. During daylight time, when the solar radiation is high, the photovoltaics (PV) panels supplied most of the load requirements. Moreover, during the evening time the fuel cell mainly serves the house with the help of the batteries. The proposed system is capable of providing the required energy to the eco-house during the whole year using only the solar irradiance as the primary source.     

双室微生物燃料电池不同接种条件下处理薯蓣素废水

比较了在5种不同接种条件下,利用双室微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)处理薯蓣素生产废水的污染物去除和产电效果. 结果表明,该种废水可以用作微生物燃料电池的底物,在去除有机物的同时能够获得电能;采用全混合接种对污染物的去除效果最好,在350 h时COD_Cr去除率达到90%;采用污水处理厂厌氧污泥和薯蓣素废水驯化菌液混合接种的产电效果最好,在1 000 Ω的外电阻下得到了370 mV的输出电压,最大输出功率密度达到10.32 mW/m2;不同菌属在MFCs中的作用差别显著,产电与去污功能可能由不同优势菌属承担;初步富集到优势菌菌b,菌d和菌e;PCR-DGGE和DNA序列分析结果显示,菌d和菌e与β-变形菌具有较好的同源性.      

利用稻谷壳水解液在气升式生物反应器中发酵生产单细胞蛋白

以稻谷壳水解液为原料 ,采用树状假丝酵母 AS1.257( Candida arborea AS1.257) ,在罐体高径比为 2.9和上升管与下降管的直径之比为 6.6的外循环气升式生物反应器中发酵生产单细胞蛋白 .研究了通风量、装料量、空气喷嘴直径等工艺和结构参数对发酵的影响 ,得到了较佳的发酵操作参数 .在发酵前 24h的通风量为 1.1m³/( m³· min) ,后 24 h的通风量为 1.4m³/( m³· min)～ 1.5m³/( m³· min) ,起始装料量为 8.5L～ 9.0 L,起始 pH为 4.5～ 5.0 ,发酵温度为 29± 1℃的操作条件下 ,经 48h的发酵 ,可得到较佳的结果 .在无筛板 ,带一块筛板和带二块筛板的外循环气升式生物反应器中 ,发酵 48h后的干基粗蛋白含量分别为 61.3%、62.9%、64.5% ,发酵液中干物质重分别为 20.8mg/ml、21.2 mg/ml、21.3mg/ml,总糖利用率分别为 78.2 %、83.9%、81.4% ,均高于机械搅拌生物反应器 ,气升式生物反应器内加装筛板可提高发酵得率 .     

污泥为燃料的微生物燃料电池运行特性研究

实验采用单室无膜悬浮阴极微生物燃料电池(MFC),考察了运行特性对污泥为燃料的MFC(SMFC)的影响.研究表明,相对于未搅拌情况,搅拌时SMFC最大输出功率由45.94mW/m2分别增加到124.03mW/m2(1300r/min)和136.5mW/m2(2600 r/min),主要是由于搅拌有利于改善SMFC内物质的传递. 温度对SMFC的产电特性影响较明显,但在一定区间内(如20~25℃;30~40℃;45~50℃)变化不明显,说明产电微生物有一定的温度适应范围,这也可能是在不同温度下产电微生物不同导致.相对于采用未经处理的剩余污泥为燃料,微波处理后的污泥和微波处理过滤后的上清液做燃料时SMFC输出功率迅速增加,这主要是由于污泥中的微生物竞争作用引起.阴极面积的增加有利于降低阴极电势,降低SMFC内阻,从而促进功率密度的增加.     

微生物-光-电化学耦合技术降解污染物和回收能源的研究进展

微生物电化学技术能同时实现污染物去除和能量回收,但存在污染物去除种类有限及产能效率低的局限,近几年将可再生的太阳能引入微生物电化学技术的微生物-光-电化学耦合技术应运而生。本文简要介绍了微生物-光-电化学耦合技术的发展背景和研究现状,对该技术现有的耦合形式进行分类,并对各种形式的耦合机理进行详细的阐释,最后对其未来的发展进行了展望。     

基于半经验模型对大面积染料敏化太阳电池性能影响因素的研究

以影响大面积染料敏化太阳电池性能的几个物理参量和几何参量为切入点,分析了内部电阻对电池性能的影响,针对几种构型不同的大面积电池,建立了效率的半经验模型.根据并联、串联、和各单元独立式串并联的大面积电池的相关物理参量和几何参量,对电池效率进行了计算.通过比较计算值与测试值的偏差,分析了半经验模型的适用性.在半经验模型的基础上,分析了相关物理参量和几何参量对电池性能的影响.结果表明,在实际应用中,通过半经验模型分析物理参量和几何参量的影响,可以优化大面积电池的性能.     

离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐对斜生栅藻的毒性效应

按照毒性试验标准方法研究了不同浓度离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)对斜生栅藻的影响,测定了半数抑制浓度(IC50)、叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性以及藻细胞通透性的变化,观察了80mg/L[BMIM]Cl处理96h对藻细胞的影响.结果表明:[BMIM]Cl对斜生栅藻生长具有抑制作用,随着浓度的增大抑制率增加,叶绿素含量下降, 48h IC50、72h IC50和96h IC50分别为103.77、76.44和68.49mg/L.藻细胞对[BMIM]Cl有一定的氧化应激反应,CAT和SOD活性随[BMIM]Cl浓度升高而降低.[BMIM]Cl对藻细胞的细胞膜有一定程度的破坏作用,藻细胞通透性随浓度升高而增大,同时藻细胞的超微结构受到了[BMIM]Cl的影响,造成质壁分离,叶绿体片层断裂,线粒体嵴数量减少.     

反硝化微生物燃料电池的基础研究

在启动双室型反硝化微生物燃料电池的基础上,研究了阴极溶解氧及外电阻对其产电性能和污染物去除效果的影响.结果表明,以乙酸钠为阳极电子供体,硝酸钠为阴极电子受体,在25℃的环境温度下,采用先间歇后连续培养的方式,42d内成功启动了反硝化微生物燃料电池.在阴极进水含氧的情况下,氧和硝酸盐可共同用作阴极电子受体.在较小电流密度区域内,氧是阴极的主要电子受体,相应的最大功率密度为26.0W/m3NC;电流密度增加到一定程度后,硝酸盐逐步变为阴极的主要电子受体,相应的最大功率密度为20.9W/m3NC.外阻变化对COD去除及反硝化程度影响较小,阳极COD去除负荷维持在1.2kg/(m3NC·d)左右,出水NO-2-N保持在0.05mg/L以下;但外阻减小有利于提高阴极脱氮效果,外阻为5 Ω时NO-3-N去除负荷达0.111kg/(m3NC·d).     

NO参与铝诱导蚕豆保卫细胞死亡的调控

铝(Al)是地壳中含量最丰富的金属元素,是酸性土壤中导致植物生长抑制和作物产量下降的一个主要因素,但铝毒性作用机制尚不清楚.本文以蚕豆叶表皮为材料,研究铝胁迫对气孔保卫细胞活性的影响,探讨NO在铝诱导细胞死亡中的作用.结果表明,一定浓度的A1Cl3可诱导气孔保卫细胞活性降低,部分细胞死亡,且随着铝浓度的增高细胞死亡率增高.死细胞呈现核固缩、核崩解、凋亡小体等典型凋亡特征,且凋亡抑制剂Z-Asp-CH2-DCB能阻止AlCl3诱发的细胞死亡.用NO清除剂c-PTIO、NO合酶抑制剂L-NAME或硝酸还原酶抑制剂NaN3降低铝处理组胞内NO后,细胞死亡率显著降低,胞内ROS、Ca2+水平同期降低;NaN3还能降低铝处理组中具有程序性死亡特征的细胞比率.用ROS清除剂AsA清除铝处理组胞内ROS后,细胞死亡率显著降低,胞内Ca2+和NO水平亦显著降低;铝处理液中加入Ca2+通道抑制剂LaCl3后,细胞死亡率低于铝单独处理组,胞内ROS和NO水平无明显改变.研究结果表明,铝胁迫引起的胞内NO合成增加通过Ca2+信号途径介导了保卫细胞的程序性死亡.     

一株苯酚降解菌的分离鉴定及响应面法优化其固定化

从太原市焦化厂废水活性污泥中分离、筛选出一株苯酚降解细菌,经生理生化反应和16S rRNA鉴定,该菌株为Diaphorobacter属细菌,命名为PD-07.代谢机制研究表明,苯酚可诱导该菌合成邻苯二酚2,3-加氧酶降解苯酚.为了提高该菌株对苯酚的降解率,以海藻酸钙为材料,对该菌株进行包埋固定化研究.首先采用Plackett–Burman实验设计筛选出影响固定化菌株苯酚降解率的关键因素,然后采用最陡爬坡实验逼近最大苯酚降解率响应区域.最后用Box–Behnken实验设计及响应面回归分析,应用二次方程对实验数据进行拟合得,拟合曲线与实验实测值相关性良好,最佳条件为海藻酸钠浓度3.83%(m/V)、CaCl2 0.3mol/L、菌胶比1:26.73、固定化时间2h、摇床转速180r/min、培养温度30℃、初始pH值7.2、液固比4.86:1,在此条件下苯酚降解率可达96.89%.