市政污泥生物干化中极端嗜热菌群作用机制与干化污泥内源蒸汽气化自催化制富氢燃气研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51578312
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1006.固废资源转化与安全处置
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

This study proposes an active mechanism of biothermo-aeration drying (BT-AD) of municipal sludge using extreme-themophiles and self-catalytic hydrogen-rich gas synthesis by dried sludge gasification with internal vapor source, aiming to solve critical problems including high energy consumption during dehydration of the sludge; high consumption of organic matters in the sludge that results in disadvantages in subsequent utilization of the sludge to synthesize hydrogen gas; and formation of untargeted products during gasification of the sludge due to uneven distribution of heat under external heat source. This study employs recirculated inoculation of ancillary material under biotic ultra-high temperature to enrich the extreme-themophiles and to enhance thermotolerance of the extreme-themophiles; uses high-thoughout sequencing to characterize succession rules of the extreme-themophilic community; conducts regulation of control variables to reach biotic ultra-high temperature (≥70℃) at a fast rate to inhibit consumption of organic matters by other bacteria; conducts forced ventilation on the highly permeable sludge that granulates around ancillary materials under ultra-high temperature, to form sludge particles that are dehydrated and debonded; uses microwave as an energy source, and substances in the sludge as microwave absorbers to evenly heat up the sludge particles, and uses water in microchannels of the sludge particles as internal vapor source and gasification medium; and employs technology of fluidized bed to homogenize the sludge and expose catalysts contained in the sludge, including CaO, to the vapor sufficiently, and catalyze the reaction. This study realizes fast dehydration of the municipal sludge with no external heat source, and under low consumption of energy and organic matters, and also realizes high-quality hydrogen-rich gas synthesis using the municipal sludge.
针对市政污泥热干化能耗高,生物干化有机物消耗多,不利于后续产气,外热源污泥热解气化易造成污泥颗粒受热不均而产生非目标产物等关键科学问题,本项目提出生物自产热-通风对流干化结合微波诱导微孔道水内源蒸汽气化的研究思路。通过生物超高温系统中的辅料循环接种,富集极端嗜热菌群,增强其高温耐性;通过高通量测序,表征其群落演替规律;通过群落生态和控因调控,快速达到生物超高温条件(≥70℃),抑制非高温菌大量消耗有机物,利用超高温形成的污泥绕核颗粒的高渗透性辅以强制通风脱水,形成疏松脱粘的干化污泥颗粒。引入微波热源,利用干化污泥中的吸波组分,内源均匀加热,使污泥颗粒预留微孔道水产生蒸汽成为气化媒介;采用流化床技术均化物料,使污泥中所含氧化钙等活性催化物质充分接触气化气,催化反应向产氢方向进行。实现污泥的无外热源、低能耗、低有机物消耗的快速干化和以干化污泥为底物的高品质富氢燃气制取。

结项摘要

污泥,由于高度浓缩了污水中的污染物质,对环境的潜在危害较大。但污泥也由于富集大量有机物质而具有较高的生物质能源开发潜力。我国污泥产量巨大,在对其处理和资源化利用过程中,干化脱水是瓶颈,无害化是关键,能量回收是目标。本研究提出污泥生物-物理干化技术,为热解气化提供优化原料;通过对所获原料的快速热解机制研究,确定干化物料的调质效应对热解终产物影响的定性定量关系,提供快速热解的优化参数。本研究立足于污泥有机物的合理分级利用,具有国际前瞻性,将为低能耗干化破解污泥并进行清洁能源利用开辟新途径。.基于生物自产热的短期超高温结合高强度通风的两段式生物-物理过程,可实现低有机质消耗下污泥的干化-破解-调质。最佳污泥/辅料掺比(形成反应内核)为1.5:1~2:1,短期超高温条件(>65℃,3~4d)利于水分脱除并抑制微生物代谢。高温期完成颗粒化-调质后,强化通风,4d内含水率降至30%以下。两阶段生物-物理过程可有效实现污泥脱水(水分多形态转化-多途径迁移)、脱粘(难挥发有机成分长链断裂、PAM破解)及颗粒化(堆体气体渗透系数增1~3个量级、粉末化)。生物-物理干化后蛋白质、脂肪和糖类物质部分分解,半纤维素、纤维素和木质素富集,生物质颗粒热值(HHV)达9.52MJ/kg,为优良热解产氢原料。.研究生物-物理干化污泥(BDS)快速热解系统中生化组分、粒度和含水率因素影响,解析BDS微结构、调质效应同快速热解气化协同调控制富氢燃气机制。研究表明,BDS产氢主要源于成焦作用,而传统热干化污泥(TDS)则源于热挥发。500~900℃热解,BDS合成气和半焦的产量均高于TDS。大于700℃时,BDS热解合成气具有高浓度H2和CH4的特点。900℃H2含量最高,达43.7%,产率0.0181g/g污泥,显著高于国际同类研究的氢气浓度;BDS中等粒径颗粒(0.27mm<PS<4mm)提升合成气产量,有助于H2和CO生成。BDS存有适量水分可提高合成气产量、H2产率及C转化率。含水率在53.9%~62.6%区间合成气产量最大,在53.9%时H2浓度最高,达46.02%。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
改性污泥基生物炭的性质与重金属吸附效果
  • DOI:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    陈坦;周泽宇;孟瑞红;刘彦廷;王洪涛;陆文静;金军;刘颖
  • 通讯作者:
    刘颖
基于改进地累积指数法的沉积物重金属污染评价
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘子赫;孟瑞红;代辉祥;洪庆洋;闫秋鹤;刘彦廷;王洪涛;陈坦
  • 通讯作者:
    陈坦
Improved impact assessment of odorous compounds from landfills using Monte Carlo simulation
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  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2018.08.213
  • 发表时间:
    2019-01-15
  • 期刊:
    SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Liu, Yanjun;Lu, Wenjing;Huang, Qifei
  • 通讯作者:
    Huang, Qifei
ModOdor: 3D numerical model for dispersion simulation of gaseous contaminants from waste treatment facilities
ModOdor:废物处理设施气态污染物扩散模拟的 3D 数值模型
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Environmental Modelling & Software
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Liu Yanjun;Zhao Yan;Lu Wenjing;Wang Hongtao;Huang Qifei
  • 通讯作者:
    Huang Qifei
截污调水后滇池表层沉积物中16种PAHs的分布特征
  • DOI:
    10.13227/j.hjkx.201901113
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡昕怡;高冰丽;陈坦;王洪涛;金军;饶竹;朱雪芹;王雪郡;魏抱楷;战楠;刘彦廷;戚敏
  • 通讯作者:
    戚敏

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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
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    --
  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王洪涛;刘玉田
  • 通讯作者:
    刘玉田

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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