河南贾湖稻作遗存发现(距今8000年)学术讨论会纪要

受国家自然科学基金委生命科学部的委托,北京农业大学王象坤教授(国家自然科学基金重点项目中国栽培稻的起源与演化主持人)于1994年7月18日在北京农业大学主持召开了河南贾湖稻作遗存发现的学术讨论会,特邀贾湖遗址发掘主持人稻作遗存的发现者河南省文物研究所张居中副研究员及贾湖炭化稻米的发现者徐州师范大学陈报章副教授作     

WJ型木材炭化自动报警装置的研制

本文在本炭生产现状分析的基础上，侧重介绍了木材炭化自动报警装置方案与对参数的选择，结构与主研制过程，阐明了以科学煌温度控制取代过去以经验为主的传统方法的作用与意义。     

葡萄糖水溶液环境对麦秆水热产物特性的影响

为了研究葡萄糖对水热炭化反应过程和水热焦形成的影响,以麦秆为原料,利用高温高压反应釜,对麦秆在葡萄糖水溶液环境中的炭化反应过程和水热焦理化结构演变及液相产物主要组分浓度分布的变化进行了分析。研究发现,在反应温度220℃,停留时间120 min条件下,随着葡萄糖添加量的增加,水热焦产率和碳质量分数有所增加,而氢和氧质量分数未发生明显改变,当葡萄糖添加量为麦秆质量的0.4倍时,水热焦产率达68.56%;葡萄糖分子阻碍了麦秆中主要化学组分的分解与炭化反应,使得水热焦炭聚合物的红外吸收特征峰减弱,同时XRD衍射峰强度降低,热稳定性下降,如选择水热炭化过程水循环利用,可进行可溶性糖分离;在麦秆与葡萄糖共同水热炭化过程中,葡萄糖以分解反应为主,同未添加葡萄糖的麦秆水热炭化液相产物相比,糠醛、5-HMF和乙酸的质量浓度均有所增加,其中5-HMF增加最为显著,至葡萄糖添加量为4 g时,达20.21 g/L。     

基于棉花秸秆炭的高品质生物质炭化炉设计

在掌握棉秆炭化期间热解失重规律、力学和能量指标及燃烧特性的基础上,针对小型炭化炉展开研究,完成设计和优化,解决了以高温电阻炉作为炭化设备时炭化单批盛放量有限及升温降温速度过慢不利于试验开展的问题。该装置主要由自动进出料装置、加热部件、盛料部分和尾气处理部分组成,对其中关键部件如进出料系统、炭化炉及燃烧器进行设计及试验,并试制了样机。试验结果表明:制炭成型率达93.6%,燃烧性能达标率95.3%,单炉炭化秸秆棒和秸秆粉末达到设计指标,可以高效完成棉花秸秆炭化工作,满足设计要求。      

基于还田视角的人粪尿处理研究进展

人粪尿中含有丰富的有机物和N、P、K等矿质营养物质,还田利用不仅可有效降低污水处理系统污染负荷,而且可代替部分化肥,促进绿色农业的发展。然而人粪尿直接还田存在环境风险,且尚未形成标准化处理模式。本文基于还田视角,归纳总结了国内外人粪尿还田技术的应用现状,结合人粪尿的特性,阐述了人粪尿主要处理技术的还田效应以及安全性,并且对各种技术进行了安全评估和比较。结果表明,厌氧消化、好氧堆肥技术在无标准规范下处理人粪不能保证还田的安全性,制备生物炭基肥还田具有安全可靠、减少农业碳排放等环境效益,水热炭化技术处理含水率较高的人粪具有独特的优势。尿液经储存还田仍存在微污染物风险,鸟粪石沉淀技术具有很好替代潜力,其他技术均停留在微污染物去除和营养物质回收的研究阶段。本文提出了人粪尿还田面临的问题和挑战,以及未来的研究方向,以期为人粪尿还田技术的合理选择和标准化、规范化研究提供参考。     

污泥连续水热炭化工程系统研究

水热炭化可以显著改善污泥的脱水性能,促进污泥的无害化、减量化、资源化利用,但目前污泥水热炭化技术的工业化应用鲜有报道。该研究基于工程规模的污泥水热炭化系统开展研究,重点研究了系统工程设计和控制逻辑,开展了系统参数测试,分析了污泥炭、气相和水相的理化性质和组分分布,并在此基础上进行了系统能量平衡分析。结果表明,系统污泥年处理量达1.4×104 t,水热炭化后的三相产物分别为污泥炭28.57%,水相70.00%,气相1.43%,污泥脱水率达75%,综合整个生产系统,系统加热能为454.22 MJ/t,动力耗能为64.80 MJ/t,连续水热炭化工程系统能耗比为83.83%,能量回收率为66.68%,系统具有较高的能耗比。该研究可为生物废弃物连续水热炭化技术的研发和推广应用提供重要的工程依据。     

秸秆直接还田与炭化还田对潮土硝化微生物的影响

为比较秸秆直接还田和炭化还田对黄淮海平原小麦/玉米轮作体系典型潮土硝化作用及硝化微生物群落的影响,设置4个处理:全量小麦秸秆还田(S)、全量秸秆炭化还田(B)、半量秸秆半量生物质炭还田(SB)和不进行秸秆或生物质炭还田的对照(CK),连续进行3 a田间试验。对小麦、玉米两个生长季土壤理化性质进行分析,用末端限制性片段长度多态性(Terminal-restriction length polymorphism,T-RFLP)技术和克隆文库技术对氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落结构和多样性进行分析。结果表明,在小麦季,与S处理相比,B处理显著降低了土壤容重,提高了土壤pH、有机碳(SOC)和速效钾(AK)含量(P0.05),但并未显著影响土壤水分、铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量;B和SB处理的硝化潜势(Potential nitrification rate,PNR)分别为0.58、0.49μg·h~(-1)·g~(-1)(以NO_2~-计,下同),显著高于CK,与S处理(0.40μg·h~(-1)·g~(-1))差异不显著。玉米季,B处理显著提高了土壤水分、SOC和AK(P0.05),各处理玉米季的PNR整体低于小麦季,B处理最高(0.27μg·h~(-1)·g~(-1)),显著高于CK和S处理(P0.05)。小麦季PNR分别与AK、NH_4~+浓度和土壤容重显著相关(P0.05),与AOA和AOB群落组成均无显著关系;玉米季PNR仅与理化因子SOC显著相关,但该季节PNR与AOB群落结构显著相关。冗余分析(RDA)表明,土壤SOC、容重、pH和AK是显著影响硝化微生物群落结构的主要因子,对AOA和AOB群落结构总变异的解释量分别为76.4%和75.5%。系统发育树分析表明,AOA大部分属于土壤古菌Group1.1b,AOB多属于亚硝化螺菌Nitrosospira簇3。综上,与秸秆直接还田相比,炭化还田提高土壤硝化活性,改善部分土壤理化性质,引起土壤硝化微生物群落结构变化。     

不同热解温度制备的水稻秸秆生物炭理化特性分析

以不同热解温度(100～800℃)制备的水稻秸秆生物炭为研究对象,研究在不同热解温度下制成的生物炭的理化特性。结果表明,热解温度为100～300℃制成的水稻秸秆生物炭呈弱酸性,400℃以上时呈碱性;水稻秸秆生物炭表面碱性含氧官能团数量随着热解温度的升高而增加、酸性含氧官能团则减少;水稻秸秆生物炭中的官能团C=C、C-O-C、-OH和-C=O在较高的热解温度下发生缔合或消除,促进了芳香基团的形成;随着热解温度的升高,水稻秸秆生物炭的阳离子交换量(CEC)、比表面积、孔径、比孔容、氮气吸附量和颗粒表面的分型维数(D1)均先增加后降低,阳离子交换量(CEC)在300～500℃时、其它性状在400～600℃之间达到最大值;以不同热解温度制成的水稻秸秆生物炭颗粒的孔隙结构均以孔隙宽度2～50 nm的中孔为主。随热解温度的升高,水稻秸秆生物炭的产率逐渐降低;400～500℃炭化2 h,生物炭产率最高,其孔隙结构最为复杂,所以可以认为400～500℃是水稻秸秆炭化的最佳温度。     

葡萄糖水热过程中焦炭结构演变特性

为了解生物质水热炭化过程中焦炭的形成机制及其理化结构的演变机理,该文以葡萄糖为原料,利用高温高压反应釜,对葡萄糖在水热环境中炭化的反应过程和焦炭的表面物理结构及微观化学组成进行了系统的分析。研究发现,葡萄糖经过水热处理,可以获得富含炭微球的无定形水热焦炭,这些炭微球粒径分布在0.6～7 μm之间,而通过控制水热过程的温度、葡萄糖添加量和停留时间,则可对其收率、形貌、化学组成等理化性质产生重要影响。在220℃,4 h,6 g/100 mL的水热条件下,炭微球粒径最小且均匀,平均粒径约为1.54 μm;在220℃,4 h,12 g/100 mL的水热条件下,焦炭收率最高为38.92%。水热焦炭中含有大量的芳香环结构和含氧官能团,具有很强的亲水性,其表面碳化程度高于内核。水热焦炭的形成主要是一系列脱水、聚合、凝结、芳香化、胶体作用的结果。研究结果为生物质水热法制备炭微球的过程控制提供参考。