生物質顆粒技術范文

導語：如何才能寫好一篇生物質顆粒技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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摘 要：2013年為863課題“深海微生物活性物質的挖掘及其利用技術”實施的第二年。該年度該課題進展順利，完成了預期的研究計劃。取得的研究進展主要分為以下5個方面：（1）在深海沉積環境樣品中分離、純化、保藏869株菌株，確定了729個菌株的系統進化地位，在深海海水樣品中分離了海洋微生物237株，完成了其中168株的細菌測序工作；其中發現一個潛在的新屬級類群。（2）對21株深海微生物進行次生代謝產物的分離和純化，從中分離鑒定代謝產物186個，其中新結構化合物71個；其中1個對稱的環四肽類新骨架化合物；發現具有較好藥用活性的化合物25個；對Staurosporine的衍生物HDZ-115和Xanthocillin X進行深入的藥理藥效研究，確定為下一步成藥性評價的先導化合物。（3）從深海來源微生物中發現對植物病原真菌具有良好抗性的脂肽類活性物質；篩選得到一系列抗污損活性的活性物質，其中1個單體化合物在海洋掛板實驗中較好抗海洋污損生物活性，具有進一步開發價值。（4）完成了1株深海海洋放線菌SCSIO ZH66的全基因組掃描測序，克隆鑒定了Grincamycin，Lobophorin的生物合成基因簇，完成了Grincamycin，marinacarboline，lobophorin的生物合成途徑。（5）從深海微生物中分離純化兩種具有重要經濟價值的新蛋白酶，分離得到到新型高溫α淀粉酶和生淀粉酶基因，成功實現異源表達，并對酶學性質進行了研究。

關鍵詞：深海微生物 活性物質 藥用活性 生態效應 生物合成 新型酶

Abstract： This 2013 annual report of the National High Technology Research and Development Program of China “Discovery and Development of Bioactive Substrates from the Deep-sea Microorganisms” includes the following contents： （1） 869 strains have been purified， separated and preserved from the deep sea sediment and 729 of them have been determined with their phylogenetic position. 237 strains have been purified and separated from deep sea water samples， and 168 of them have been completed with their bacteria sequencing studies； there is a potential new genus level taxa in them； （2） 21 Stains of deep-sea microbes have been investigated for their secondary metabolisms. 186 compounds have been isolated and identified and 71 of them are new compounds， including a novel cyclic tetrapeptide. 25 compounds were found to show significant pharmacological activities. Detained pharmacological studies of HDZ-115 （derivative of staurosporine） and Xanthocillin X show that these two lead compounds are worthy of further drug assessment. （3） Some lipopeptides show antagonistic activities toward the tested plant fungal pathogens. Several active substances are obtained with their antifouling activities， and one of them shows a good application value in the antipollution experiments in sea. （4） The genome of the deep sea actinomycete SCSIO ZH66 has been scanned； gene clusters responsible for grincamycin and lobophorin have been cloned and identified and the pathways of grincamycin， marinacarboline and lobophorin have been deciphered； （5） Two new proteases， with good economic value， were isolated and purified from deep-sea microbes. New high temperature α-amylases and amylase genes were isolated with successful implementation of heterologous expression.

Key Words： Deep-sea microbes； Bioactive substance； Pharmacological activities； Ecological effect； Biosynthesis； New enzyme

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關鍵詞：生物工程類；試驗設計與數據處理；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）49-0226-02

一、引言

《試驗設計與數據處理》是高等院校生物工程類專業開設的一門專業必修課。本課程是以生物界的各種自然現象為研究對象，把數理統計學原理和方法引入到生物科學領域，經濟而又高效地設計試驗方案，并對試驗數據進行處理，對其結果進行分析，最終達到用較少的試驗次數和最短的試驗周期而優化試驗方案的目標。它是一門理論與實踐相結合的科學，已成為現代生物科學領域必不可少的工具之一。開設本課程，為培養和鞏固學生的專業素質，為生物工程類專業的畢業論文（設計）、今后科研及就業方向的選擇奠定了理論基礎[1]。為提高本課程的教學質量，筆者在親身實踐的基礎上，結合河南工業大學生物工程類本科專業教學計劃《試驗設計與數據處理》課程的教學大綱，總結了當前教學中存在的主要問題，從課程的重要性、教學內容、教學模式、教學手段、考核方式等方面進行了探索。

二、當前教學中存在的問題

《試驗設計與數據處理》課程具有“概念多、公式多和內容多”、“難教、難懂、難記和難用”的特點。在當前的教學過程中，為使學生充分理解統計分析的原理，教師要應用大量的數理統計學知識進行復雜公式的推導。雖然公式推導有助于學生理解統計方法的原理，能加深學生記憶公式，但對生物工程類專業的學生而言，其數理統計的基礎知識較為薄弱，學生感到內容枯燥、難以理解和掌握，失去了學習興趣，進而影響了教學質量和學習效果。由于學生上課的時間有限，為確保學生修完全部課程，只能將部分課程的學時進行精減。尤其是《試驗設計與數據處理》課程由原來的54學時減少到36學時課堂教學后，學時、教學內容及實踐操作之間的矛盾使得當前的教學方法的弊端日益突出：（1）學生對本課程的學習不夠重視，興趣度低。（2）教學內容過于強調理論知識和計算過程的解析，而數據處理的實踐環節嚴重不足，忽略了應用環節的講授。（3）課堂主要由教師講授，學生只是被動地接受知識，形成一個單向的教學過程，忽略了學生的能動性。（4）當前教學中大部分教師的課件采用多媒體與板書相結合的教學手段，雖改變了傳統板書的教學形式，但這種教學手段目前已在廣泛應用，學生已司空見慣，無特色之處，不能調動學生的學習熱情。（5）考核方式過于教條，當前的考核方式是以平時成績（20%）和卷面成績（80%）作為考核的最終成績，不能全面評估學生的學習效果。

由于存在以上問題，學生在大四做畢業論文（設計）時，多數學生不能靈活運用本課程的統計方法去處理實驗數據，能將本課程的知識靈活地運用到今后的科研及工作生活中更是鳳毛麟角。大部分學生對本課程的學習目的只是為修滿學分而能保證順利畢業，完全背棄了開設本課程的教學目的。鑒于此，筆者在親身實踐的基礎上，對本課程的教學方法進行了總結歸納，進行了以下幾點思考。

三、教學改革之思考

1.強調課程的重要性，提升學生重視度。本課程理論性強，學生首次看到教材的內容，就有一種“知難而退”的心理，“只要能保證及格”是大多學生的學習目標。學生認為，本課程對考研、今后的就業及科研關系不大，學好與否對將來的前途無任何影響；而且，河南工業大學開設本課程是在大四的上半學期，正處于考研復習的關鍵階段，對本課程學習態度更是“雪上加霜”，處處在應付，甚至部分學生無故曠課。由于這門課的連貫性、邏輯性比較強，若缺一節課，之后又不補習，下節課根本無法聽懂，由此，遞增了學生對本課程學習的抵觸情緒。對本課程的學習，筆者認為首先要讓學生認識到本課程的重要性，并在教學過程中，不斷地創新教學思路，以激發學生學習的興趣。因此，教師要特別注意在上第一節課就著重強調本課程的重要性，扭轉學生對本課程學習的錯誤意識。

2.簡化理論推導，重視應用環節?！对囼炘O計與數據處理》課程中涉及較多的枯燥的統計學理論，學生對此并不感興趣。為了節省教學課時，將對公式和定理的分析、推導過程僅作簡單介紹，不做重點講解，相關內容可讓學生課后自學，把重點放在闡明關鍵統計量的含義、判斷的標準、各統計量間的關系、常用分析方法的條件及其應用背景等知識點，最后要把精力放在統計方法的應用上。多引用一些與教學內容相關的實例，引導學生如何去解析不同條件、不同背景下的實際問題。只有簡化理論的講解，加強實例環節的應用，才能激發學生的興趣，促進學生掌握關鍵內容。

3.啟發與實踐相結合的教學模式，增強學生的主觀能動性。在重視教師講授為主的同時，強調學生的主動性，采用啟發與實踐相結合的教學模式，聯系或引用一些生物工程類專業的實際問題，調動學生參與教學的積極性，這樣既能活躍課堂氣氛，又能激發學生的求知欲望。在授課過程中，舉出實例，教師與學生共同針對某一問題進行分析和討論，引導學生積極地思考，培養學生的主觀能動性[2]。例如：利用多個實驗指標進行正交實驗設計的講授過程中，以生物工程專業的“優選釀酒酵母菌性能”的實驗為例，用耐高壓、高酒精、高糖、高溫等多個性能指標進行正交實驗設計，首先讓學生自己去思考并提問。提問之后，教師可針對問題逐步地解析，指出學生分析的正確與否及其原因。通過啟發與實踐型相結合的教學模式，調動了學生學習的主觀能動性，牢固地掌握了學習內容，并能將所學知識靈活地運用到實際問題的分析中，增強了教學的效果。

4.豐富教學手段，突出內容特色?！对囼炘O計與數據處理》課程理論性強，學生聽課的時間過長，單一的教學手段勢必導致學生的視覺、聽覺和思維疲勞。因此，針對本課程的特點，運用當前的多媒體、板書、網絡等有機結合的多種教學手段，集中學生注意力，從而提高學生的聽課效果。多媒體課件容量大、內容展示方便，為課堂教學營造了一個廣闊的信息空間。所以在教學過程中，通過變換課件中的背景圖案、字體顏色、線條粗細、圖形和動畫等內容，使學生時刻感覺每張幻燈片的制作都是簡潔明了、條理清晰、美觀大方而又別具一格，從而吸引學生的注意力。而且，在沒有開設電腦實驗課程的條件下，可借助多媒體課件進行實驗演示。例如：在多重比較中的新復極差法（SSR）分析中，結合SPSS軟件的應用介紹，可以讓學生清晰、直觀地掌握抽象的概念及數據處理的過程，提高學生解決實際問題的綜合能力。板書與多媒體教學手段相比較，雖然比較費時，但對于一些重要的統計學原理及其公式的證明方面（如：正態分布、顯著性檢驗、方差分析原理等），卻突現出多媒體教學所不可比擬的優越性。在板書的過程中，可引導學生活躍思維、積極思考、及時理解和消化知識。同時，在教學過程中，要重視網絡信息的應用。根據不同章節內容的需要，教師應有意識地引導學生關注和介紹一些主要的統計學網站和論壇，靈活地向學生展示相關的最新教學信息及其前沿知識；同時，以課后作業的形式，督促學生查閱最新的統計學前沿知識及應用軟件，并定期檢查學生網絡學習的情況，可促使教師不斷地更新教學內容，同時拓展了學生的知識面，培養了學生的自學能力，實現了教師與學生共同進步的“雙贏”效果。

5.實行多元化的考核方式，促進學生全面鞏固?？己耸墙虒W過程必不可少的環節，也是反饋教學效果的重要手段。為了加強學生專業能力的培養，力求避免學生平時學習不認真而為應付考試造成死記硬背的弊端，以激發學生學習的主觀能動性為教學目的，筆者進行了多種考核方式的探索和總結，認為實行平時成績（20%）、課后作業（10%）、技訓報告（20%）和卷面成績（50%）相結合的綜合考核方式，可以全面考察學生對本課程知識的掌握情況。第一，要重視學生課堂表現的考核。課堂表現主要包括回答問題的積極性、正確性等，把課堂表現作為平時成績，可以增進教師與學生之間的互動能力。第二，加強課后練習，每章講完后要將本章節的知識點融入到習題中，以課后作業的形式，督促學生復習和鞏固學習的內容。而且，要加強實踐報告的考核，實踐報告主要側重于試驗方案的設計、統計方法的運用、分析軟件的操作及數據處理的結果分析等。運用以上三種形式相結合的考核方式可以使學生充分認識到本課程在實踐中的重要性。最后，為避免學生對本課程的不重視而學習浮躁，導致學習效果不佳，應選擇閉卷考試的方式進行卷面測試?？傊瑢嵭卸嘣目己朔绞娇梢韵嗷パa充，從而能夠全面、綜合地考核學生的學習效果。

通過上述幾點教學改革的思考與嘗試，筆者在教學過程中發現，學生對本課程的重視程度及學習興趣明顯增加，課堂上學生和教師互動能力也顯著增強。通過多元化的考核結果發現，學生能較為牢固地掌握學習內容，而且能靈活地將所學的方法運用到實際問題中，教學效果明顯得到了提升。隨著現代生物工程技術的飛速發展，本課程的知識體系也在不斷改進，將會面臨著更多的新問題值得去思考。因此，在今后的教學過程中，教師在博覽群書和總結各家所長的基礎上，更要深刻領會《試驗設計與數據處理》教學內容，透徹把握各章節的邏輯聯系，遵循數學邏輯編排教學內容，使學生容易接受并消化新知識，形成適合生物工程專業特色和學生實際需要的知識體系，不斷總結經驗、改革創新，提高自身專業素質，這樣才能適應本課程發展的需要，才能更好地向學生傳授知識，才能培養出合格的、高素質的生物工程類專業人才。

參考文獻：

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為了減少能源的對外依賴、提高能源供應安全,歐盟對可再生能源非常重視。明確規定,到2010年,可再生能源要占到能源總消費量的12%、可再生能源發電要占到全部電力消費的23%。因此,歐洲國家都把生物質能作為優先發展的可再生能源予以高度重視。歐洲國家生物質能利用技術成熟,政策落實,生物質能開發利用已成為重要的新興產業,對保障能源安全等發揮著重要的作用。

各國生物質能應用情況

目前,在歐盟各國支持可再生能源發展的政策推動下,生物質能在能源中比例迅速提高,特別是生物質顆粒成型技術和直燃發電技術應用已非常廣泛。目前,僅瑞典就有生物質顆粒加工110多家,單個企業的年生產能力達到了20多萬噸。生物質固體顆粒除通過專門運輸工具定點供應發電和供熱企業外,還通過袋裝的方式在市場上銷售,成為許多家庭首選生活用燃料。此外,利用農作物秸稈和森林廢棄物進行直接燃發電也是目前生物質能利用最成熟的技術。以生物質為燃料的小型熱電聯產已成為瑞典重要發電和供熱方式。如瑞典2002年的能源消費量為7300萬噸標準煤,其中可再生能源為2100萬噸標準煤,約占能源消費量的28%,而在可再生能源消費中,生物質能占Y55%,主要作為區域供熱燃料。如1980年,瑞典區域供熱的能源消費90%是油品,而現在主要是依靠生物質燃料。

丹麥在生物質直燃發電方面成績顯著。丹麥的BWE公司率先研究開發了秸稈生物燃燒發電技術,迄今在這一領域仍是世界最高水平的保持者。在BWE公司技術的支持下'1988年丹麥建設了第一座秸稈生物質發電廠,從此生物質燃燒發電技術在丹麥得到了廣泛應用。目前,丹麥已建立了130家秸稈發電

呂承友使生物質成為了丹麥重要的能源。2002年。丹麥能源消費量約280071噸標煤,其中可再生能源為3507i噸標準煤,占能源消費的12%。在可再生能源中生物質所占比例為81%。近10年來,丹麥新建設的熱電聯產項目都是以生物質為燃料,同時,還將過去許多燃煤供熱廠改為了燃燒生物質的熱電聯產項目。

德國和意大利對生物質固體顆粒技術和直燃發電也非常重視,在生物質熱電聯產應用方面也很普遍。如德國2002年能源消費總量約5億噸標準煤,其中可再生能源15007/噸標準煤,約占能源消費總量的3%。意大利2002年能源消費總量約為2.5億噸標準煤,其中可再生能源約1300萬噸標準煤,占能源消費總量的5%。在可再生能源消費中生物質能占24%,主要是固體廢棄物發電和生物液體燃料。

生物質能利用的第二大領域是利用生物質制取液體或氣體燃料代替汽油或柴油。目前,利用糧食產品或油料作物,如大麥或油菜籽生產燃料乙醇或生物柴油的技術已經成熟,在歐洲已比較廣泛的代替汽油或柴油使用,面臨的問題主要是原料的供應。歐洲地區森林覆蓋率高,林木質資源十分豐富,因此,歐洲國家正在開發利用林木質制取燃料乙醇的技術。瑞典的MTBE公司已在10立方米的發酵罐中進行木屑生產乙醇的中間試驗,生產的乙醇已以5%～10%的比例添加到當地的汽車用油中;德國的CHOREN公司開發的生物質加壓氣化合成柴油技術,已完成年產200噸的小型試驗,正在建設年產15000噸的中型示范裝置。此外,瑞典PURAC公司還將利用動物加工副產品、動物糞便和食物廢棄物等生產的沼氣凈化后,經壓縮送到城市加油站供天然氣汽車使用。德國還開發了小型沼氣燃氣發電技術,大大提高了沼氣的應用水平,沼氣發電站數量成倍增加。

歐盟競相推出政策　扶持生物質能發展

發達國家把生物質能作為重要的能源予以重視。由于生物質能的可再生性,歐盟把利用生物質能作為可再生能源發展的優先領域。

具體發展目標

歐盟國家能源消費水平比較高。為了減少能源的對外依賴,保證能源安全供應,歐盟對可再生能源的發展高度重視。從1997年開始,歐盟多項政策,提升生物質能的發展目標。1997年了《歐盟戰略和行動白皮書》,提出到2010年生物質能的利用量要達到2億噸標煤。

2001年,了《促進可再生能源電力生產指導政策》,要求到2010年歐盟電力總消費的22%來自可再生能源,并規定出了各成員國要達到的目標,如德國為12.5%、丹麥為29%、瑞典為60%、意大利為25%。2003年,歐盟又了《歐盟交通部門替代汽車燃料使用指導政策》,要求生物液體燃料,包括生物柴油和乙醇,在汽車燃料消費中的比例要達到:2005年為2%,2010年為5.57%,2015年為8%。

具體鼓勵政策

由于生物質能的成本比較高,沒有強有力的政策支持是難以發展的。除歐盟提出了明確的可再生能源發展目標外,各成員國也結合各國的實際提出了各自的目標和要求,并采取了積極和務實的政策和措施,包括高價收購、投資補貼、減免稅費和配額制度等。

高價收購:高價收購是歐盟國家促進可再生能源發展的共同做法,也是最有效的措施,稱為“購電法”,就是根據各種可再生能源的技術特點,制定合理的可再生能源上網電價,通過立法的方式要求電網企業按確定的電價全額收購。如瑞典,1997年開始實行固定電價制度,對生物質發電采取市場價格加每千瓦時0.9歐分的補貼;丹麥生物質發電的上網電價為每千瓦時4.1歐分,并給予10年保證期,另外,在全國建立起綠色電力交易市場之前,政府再給予每千瓦時1.3歐分的補貼,將來由綠色證書來替代這一部分,所以實際上的生物質能上網電價是每千瓦時5.4歐分。

投資補貼:投資補貼是歐盟國家促進生物質能開發和利用的重要措施。如瑞典從1975年開始。每年從政府預算中支出3600萬歐元,支持生物質燃燒和轉換技術,主要是技術研發和商業化前期技術的示范項目補貼。從1997到2002年,對生物質能熱電聯產項目提供25%的投資補貼,5年總計補貼了486萬歐元。另外,從2004～2006年,瑞典政府對戶用生物質能采暖系統(使用生物質顆粒燃料),每戶提供1350歐元的補貼;丹麥從1981年起,制定了每年給予生物質能生產企業400萬歐元的投資補貼計劃,這一計劃使目前丹麥生物質能發電的上網電價相當于每千瓦時8歐分。

減免稅費:減免稅費也是歐盟國家促進可再生能源發展的重要措施。歐盟國家對能源消費征收較高的稅費,稅的種類也比較多,有能源稅、二氧化碳稅和二氧化硫稅,特別是對石油產品消費的征稅

額非常高,占到汽油和柴油價格的三分之二。歐盟各國都對可再生能源的利用免征各類能源稅。如瑞典是能源稅賦比較重的國家,稅種包括燃料稅、能源稅、二氧化碳稅、二氧化硫稅等。如果全部免征所有能源稅收,相當提供每千瓦時2歐元優惠電價,因此,瑞典主要依據稅收政策促進生物能的開發利用,即對生物質能開發項目免征所有種類能源稅。

歐盟國家對于生物質液體燃料的支持,最重要的政策措施就是免征燃料稅。目前,歐盟國家的汽油價格約為每升1歐元,其中三分之二為燃料稅,而對于使用生物燃料乙醇的免征燃料稅。雖然目前在歐洲乙醇燃料比汽油成本要高近一倍,但通過這種稅收政策,較好地促進了生物液體燃料的發展。

配額制度:配額制度是隨著電力市場化改革逐步發展起來的一項新的促進可再生能源發展的制度,主要是對電力生產商或電力供應商規定在其電力生產中或電力供應中必須有―定比例的電量來自可再生能源發電,并通過建立“綠色電力證書”和“綠色電力證書交易制度”來實現。所謂“綠色電力證書”,就是可再生能源發電商在向電力市場賣電的同時,還能得到一個銷售綠色電力的證明,即“綠色電力證書”;所謂“綠色電力證書交易制度”,就是要建立“綠色電力證書”自由買賣的制度。電力生產商或電力供應商如果自己沒有可再生能源發電量,可以通過購買其他可再生能源企業的“綠色電力證書”來實現,同時,可再生能源發電企業通過賣出“綠色電力證書”可以得到額外的收益,這樣,就會促進可再生能源發電的發展。

高度重視生物質能技術研發

在生物質能源技術研發方面,歐盟各國都非常重視。不僅歐盟建立了聯合研究中心,每個國家都設有國家級生物質技術研發機構,全面系統地對生物質原料生產、轉化技術、產品市場進行研究和推廣。在生物質能源產品市場方面,歐盟強化了對生物能源產品標準化的研究,從固體顆粒燃料到生物柴油和燃料乙醇都有嚴格的質量標準;已建立起較完善的生物質能源產品市場服務體系,有力地促進了生物質能源的推廣使用。

我國如何開發生物質能

我國生物質能資源非常豐富,具有開發利用的良好條件。在我國石油、天然氣等化石能源資源十分短缺的情況下,開發利用生物質能,對于維護我國能源安全、優化能源結構、促進農村和農業發展、實現可持續發展具有十分重要的意義。為了加快我國生物質能的開發利用,借鑒歐洲國家生物質能開發利用的經驗,結合我國經濟和社會發展的實際,現提出促進我國生物質能開發利用的建議如下:

制定明確的生物質能開發利用目標

從戰略的高度、用長遠的眼光看待生物質能源。切實提高對開發利用生物質能重要性的認識,制定明確的生物質能開發利用目標和具體要求。根據我們正在研究制訂的可再生能源規劃思路,提出到2020年生物質能利用的目標為:生物質發電總裝機容量20000萬千瓦,生物固體顆粒燃料5000萬噸,生物質液體燃料1000萬噸。

加強生物質能利用技術的試點和示范工作

生物質能利用技術種類很多,技術的成熟程度也不一樣。當前,需要結合我國實際,區分不同情況進行推進。

著手建立顆粒成型及顆粒燃燒試點和示范項目。目前,生物質固體顆粒成型技術是成熟的,燃燒生物質顆粒的鍋爐技術也是成熟的,面臨的問題主是要缺少市場需求,這需要通過政府來培育這個市場。因此,建議選擇幾個地區,將燃煤鍋爐改造為燃燒生物質顆粒的鍋爐,并同時設立幾個生物質顆粒加工廠,通過簽訂合同的方式,為生物質顆粒燃料鍋爐提供顆粒燃料。

加快推進我國自主生物質顆粒冷成型技術的應用。清華大學通過多年研究.利用生物質的纖維特性研制成了生物質顆粒冷成型技術,不僅成型過程不需要加熱,能耗顯著降低,而且設備也非常簡單,既可以用于工廠的工業化生產,也可用于農村分散和移動生產。如果這種設備能夠在農村廣泛推廣使農村多余的秸稈和林業等廢棄物全部轉化為生物質固體顆粒,首先用于農民基本生活能源需要,多余的賣給城市或工業鍋爐替代燃煤,將會大大增加能源供應能力,也會顯著增加農民收入。今后,農民不僅是糧食的生產者,而且也是能源的生產者,使生物質燃料生產成為農村的重要產業,從而促進農村經濟和社會的持續發展。因此,建議選擇一些地區進行試點和示范,目前,湖南、甘肅等省已做了一些前期準備工作,建議國家給予適當資金支持,促進其盡快見效。

積極支持生物質直燃發電技術發展。生物質直接燃燒發電技術成熟,在歐洲使用的已很普遍,我們面臨問題主要是生物質的收集和管理體系。在生物質發電設備研究方面予以大力支持,同時對生物質發電項目也給予必要的資金支持和明確的政策支持。

開展生物質液體燃料試點和示范工作。利用能源作物制取液體燃料的技術在世界上已有許多實踐和成功的例子。目前,巴西利用甘蔗、泰國利用木薯、歐洲利用油菜籽等制取液體燃料代替車用燃料已相當成功。建議同時開展以能源作物,如種植甘蔗、甜高粱、木薯和麻瘋樹等,生產生物液體燃料的試點和示范工作,以逐步解決我國的石油替代問題。

制定明確的政策措施,支持生物質能開發利用

生物質能開發利用在增加能源供應、保護環境的同時,將直接帶動農村經濟的發展,是解決“三農”問題的有效措施。因此,建議從國家能源發展戰略和解決“三農”問題的高度出發,制定明確的促進生物質能開發以利用的政策和措施,目前應重點在設備制造和生物質能利用市場開拓方面予以大力支持?？傮w來看,生物質能利用技術和設備,如固體顆粒成型技術和設備、生物質燃燒鍋爐技術和設備,都已基本成熟,需要在政府支持下推廣使用,特別是生物質固體顆粒的推廣應用,必須由政府在適當的資金支持的基礎上,通過必要的行政手段進行推廣,然后才能逐步走向市場。對于生物質發電的支持重點在上網電價方面,建議對于生物質發電上網電價的確定,既要考慮對環境的友好性,也要考慮對農村經濟發展和農民增收的作用,不能簡單與化石燃料發電成本進行比較。生物質發電的燃料主要由農民供給,給生物質發電一個合理的上網電價政策,給農民一個合理的生物質收購價格,相當于國家對農村經濟和農民收入的支持,也體現了“工業反哺農業、城市支持農村”的要求。這樣。既可以有效增加農民收入,調動農民的生產積極性,也可以促進生物質能的開發利用,較好地解決“三農”問題,是一舉多得的好事情。

此外,為了促進生物質能技術的發展,建議設立生物質能專項資金,用于支持生物質能技術的研究和開發利用。

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一、生物質顆粒燃料來源、加工工藝流程和特點

物質燃料鍋爐是采用高密度的壓縮成型生物質作為鍋爐的燃料，由于燃料的壓縮密實，限制了揮發分溢出速度，所以生物質燃料燃燒主要由下面幾個條件控制：一定的溫度；一定的空氣（氧氣）；燃料與空氣（氧氣）的混合程度；燃料中的可燃物與空氣中的氧氣進行劇烈的化學反應時間。由于生物質燃料的燃點為250℃，其溫度的提高由點火熱供給。生物質燃料的燃燒過程是燃料中的可燃成分與空氣中的氧劇烈化合并放出熱量的過程。因而，氧氣的供給量決定燃燒反應的過程，通過對供氧量的控制，可以很好地控制燃燒反應。另外，生物質燃料很有一定的水分，并且生物質燃料是經過壓縮成型的，它的壓縮密實，限制了揮發分溢出速度，不易著火燃燒的形成黃色明亮的火焰，容易冒黑煙。所以現運行的生活及工業鍋爐的結構不適合直接使用生物質顆粒燃料，若不加改造直接使用生物質顆粒燃料，鍋爐將出現冒黑煙、效率低、有粉塵污染等現象。因此，燃用生物質顆粒燃料鍋爐需要加裝專門的送風設施，在充分保證燃燒生物質“顆粒”供氧量的要求下，鍋爐進風量可以進行調整。生物質顆粒鍋爐的技術關鍵是：高密度生物質“顆粒”壓縮成型加工設備與連續性生產的自動生產線、鍋爐結構、燃燒方式、換熱方式、送風方式突破傳統模式。

二、物質燃料鍋爐的運行

生物質燃料鍋爐的運行與燃煤鍋爐的運行一樣，根據不同的鍋爐規格型號設置不同的燃燒設備。但由于生物質顆粒燃料是經過壓縮成型的，水分大、密度高、揮發分溢出速度慢，不易著火燃燒，容易冒黑煙。所以要保證生物質燃料燃燒完全，即：要使燃燒設備與所用燃料相適應；要從提高爐膛溫度、改善燃燒來減少不完全損失；要從燃料空氣比例，煤層厚度，爐排速度，爐膛負壓和過量空氣系數等來進行調節和控制；在運行中要加強檢查、維護和保養。

生物質直燃發電技術也常規火力發電技術的區別主要有兩點，同時也是兩大技術難點，一時燃燒設備，二是上料系統。生物質的燃燒設備主要有：堆裝燃燒、爐排式燃燒鍋爐、懸浮鍋爐、和流化床燃燒鍋爐。目前，爐排式燃燒鍋爐該技術在國外被廣泛應用，有成功的運行經驗。在國內已經建成和投運了25太機組，目前運行良好。振動爐排鍋爐為自然循環、單汽包、但爐膛、平衡通風、室內布置、全鋼架結構、底部支撐結構型鍋爐。鍋爐汽水系統采用自然循環，爐膛外集中下降管結構。該鍋爐采用“M”型布置，爐膛和過熱器通道采用全封閉的模式結構，很好地保證了鍋爐的密封性能。過熱蒸汽采用四級加熱，三級噴水減溫方式，使過熱器溫度有很大的調解裕度，以保證鍋爐蒸汽參數。尾部豎井內布置有兩級省煤器、一級高壓煙氣冷卻器和兩級低壓煙氣冷卻器?？諝忸A熱器布置在煙道以外，采用水冷加熱的方式，有效地避免了尾部煙道的低溫腐蝕。

由于生物質燃料是經過高壓低溫壓縮加工成型的顆粒狀燃料，水分大，體積大，燃料之間相互碰撞阻力大，所以在安裝螺旋式上料機時要注意以下幾個方面：螺旋式上料機安裝時，輸料管與地面下儲料斗連接時要有一定的傾斜角度。但為了節約鍋爐房占地面積，同時又符合鍋爐房設計規范的工藝布置要求，所以輸料管的傾斜角≤60°為宜。在燃料經過螺旋式上料機的螺旋軸轉動下通過輸料管進入到密閉式料斗時，由于燃料層厚度受煤閘門的限制。因此，為了避免燃料進入的太多，造成燃料在密閉式燃料斗和輸料管內積壓，并影響燃料通過煤閘門?？梢栽诼菪缴狭蠙C最上端與密閉料斗連接的輸料管最上端位置開一個檢查孔，并安裝一個行程開關對螺旋式上料機電動機的啟動、停止進行自動控制。當密閉式料斗和輸料管內的燃料積壓時，可以自動切斷螺旋式上料機電動機電源，而使螺旋式上料機停止工作；當密閉式燃料斗和輸料管內的燃料缺少時，自動連接螺旋上料機電源，使螺旋上料機開始工作，往輸料管密閉式料斗內輸送燃料。由于生物質燃料是高揮發分燃料，燃料的燃燒速度比煤快，并且燃燒所含的灰分比煤低，燃料的燃盡率比煤高。生物質燃料的燃盡率可達到96%，而煤的燃盡率在85—94%之間。所以生物質燃料在燃爐中的燃燒溫度能達到1060℃以上。因此根據鍋爐負荷情況，正確調整生物質燃料層的高度及爐排轉，是為了最大的提高鍋爐熱效率的一項措施。一般燃煤鍋爐的煤層厚度控制在100—140毫米之間，負荷高時加高煤層厚度，負荷低時減低煤層高度。爐排機轉速一般情況下可控制在250—400轉/分鐘，最高不超過450轉/分鐘，以維持煤燃料的足夠燃燼時間。而生物質燃料的燃點低、揮發分高、燃燒速度快、燃燼率高、燃燒溫度高。所以根據生物質鍋爐經過一個采暖期運看，我們認為生物質燃料鍋爐的煤層厚度一般控制在130—150毫米之間，負荷高時可加高燃料層厚度，負荷低時減低燃料層厚度。爐排機轉速一般情況下可控制在300—500轉/分鐘，最高不超過550轉/分鐘。以便維持生物質燃料足夠的燃燼時間。如果爐排機轉速過慢，容易引起倒燃而使燃料斗里的燃料著火。所以在鍋爐運行要隨時觀察爐排上燃料燃燒的情況，如燃料斗里的燃料有著火現象，應及時加大爐排機轉速，以消除燃料斗里的燃料著火情況。

篇5

[關鍵詞]生物質 能源使用現狀 參考數據 燃燒

[中圖分類號]U676.3 [文獻碼]B [文章編號]1000-405X（2013）-6-187-1

1 生物質資源概述

1.1 生物質燃料的概念

生物質的原料主要為玉米等農作物的秸稈、稻草、稻殼、木屑、蘆葦、蒿草、樹枝、樹葉等生物質廢棄物。這些農林剩余物經粉碎、混合、擠壓、烘干等工藝，最后制成顆粒狀燃料，可直接作為生物質燃料熄滅，具有熄滅時間長、爐膛溫度高、經濟實惠等特性，因而能夠作為煤炭、自然氣、電、油等能源的補充以至是替代能源。

1.2 我國能源使用現狀

如今我國大力倡導能源的利用效率，以高新技術開發低污染、可再生的新能源，逐步取代石油，煤，天然氣等不可再生能源，是解決能源危機和環境問題的重要途徑。在我國冬季采暖常用的方式就是應用煤炭、燃油供暖。耗能高、污染大，是這些供暖方式是有很大的弊端的。一到冬季，礦物質燃料在供暖中的大量運用，嚴重地污染著我們身邊的空氣環境。國內能源專家普遍以為：生物質燃料是很好的清潔性可再生能源，在環保形勢日益嚴峻的今天，應該依據實踐，以生物質燃料取代煤、油燃料。

據調查，采用生物質燃料的取暖鍋爐，1小時耗費生物質顆粒約8kg，依照冬季取暖時節5個月計算，共需求耗費生物質顆粒約124噸，以每噸650元計，需求消費近9000元，相比過去燃煤的破費，每個冬季可儉省1612元，并且無污染，有利于維護環境。此外，當前采用電、油、燃氣的供暖及供氣企業，由于各類清潔燃料價錢的上漲，迫切需求清潔、經濟的替代燃料。因而物質燃料鍋爐的推行具有重要意義。

2 鍋爐生物質能技改項目概況

2.1 鍋爐工況的分析

減少和防止鍋爐四管漏泄要從備件的運行操作和檢修工藝等最基本方面人手，堅持預防為主，質量第一的方針。組織由鍋爐檢修、鍋爐運行、熱工、電氣、化學、金屬和熱力試驗人員組成的攻關小組，做好基礎工作，分析原因，提出合理的措施，開展長期、經常性的防止受熱面漏泄的工作。進行了較為全面的工業性試驗。根據鍋爐生物質料層的高度和布置要求，對燃煤鍋爐的前墻水冷壁管進行重新設計制作，增加前鍋爐的排表面的距離，增大其空間，對生物質粉料噴口和二次風，增加鏈條爐排長度并在爐前新設片狀生物質小料斗，根據熱力計算工況增大省煤器受熱面，以適應生物質燃料燃燒特性。

2.2 爐內壁溫

鍋爐內壁溫隨負荷的變化。從爐內壁溫曲線上可以看出，爐內壁溫隨著負荷的增加而增加，同時總體壁溫水平偏高。處于水平煙道右側和入口在三通渦流區中的管壁溫水平最高。這是熱偏差與水利偏差相疊加的結果，實際運行證明了這一點，該管在管材提高檔次前常發生爆管。爐內壁溫測點采用金屬噴涂法安裝熱電偶，測量值是正誤差，曾做過標定，試驗值偏高10℃-15℃。熱偏差在通過調節爐膛火焰中心位置以達到調節再熱氣汽溫的目的。燃燒器下擺，爐膛出口煙溫下降，各級受熱面的壁溫也隨著下降，對改善對流受熱面的運行條件，作用是非常明顯的。調整好噴嘴角度，由于噴嘴角度檢修不當，使火焰沖刷水冷壁及爐墻而結焦。應根據結焦規律和爐膛結構調整噴嘴方位，一般是將火焰盡可能調向爐膛中心中心切圓附近以減少結焦。在此使用優質生物質在鍋爐內燃燒，在穩定燃燒區域比較集聚。生物質燃燒得很干凈，不留過多灰燼。同時在大量增加燃燒量的情況下，加大鼓引風至最大保證其壓力平衡，可以降低其燃燒熱度。并且能源節省也很明顯。

2.3 鍋爐燃燒生物質與煤的燃料特性對比及燃燒特點

生物質中硫的含量極低，基本上無硫化物的排放。所以，利用生物質作為替代能源，對改善環境，減少大氣中的CO2含量，在“溫室效應”都有極大的好處。因此，將生物質作為化石燃料的替代能源，便能向社會提供一種各方面都可被接受的可再生能源。下面表2典形生物質成型燃料和煤的工業分析及元素分析

分析表2生物質成型燃料的特點：

（1）灰分少，燃燒得充分，殘余量極少，利于減少鍋爐排熱損失。

（2）相比與煤炭生物質含量很高，一般超過50%，它的含氧量也多于煤炭，容易燃燒火勢旺。然而，碳的含氧量較低，因此它的發熱值較相對低，要想達到鍋爐的熱力，必須加大燃料供給量，同時還要滿足完全燃燒的條件。

（3）生物質的硫的含量極低，對環境的保護的相當有益的，污染空氣指數小。

從礦物能源資源有限和因大量使用會造成環境狀態惡化的戰略觀點出發，結合我國擁有豐富生物質資源的現實，逐步發展工業鍋爐生物質的燃燒技術，對節約常規能源、優化我國能源結構，將有積極意義。

常規熱電聯產業配備的燃煤鍋爐進行改燃生物質的改造，取得了成功，為我國家節能減排工作作出了貢獻。對新能源的開發利用做好榜樣，起到了較好的實踐示范作用。同時為各企業今后的發展開啟先導。

3 結語

在發展中國家中，好的鍋爐能提高效率減少燃料垃圾的收集的排放，使得生活環境得到提升，新的先進技術替代陳舊的工業市場中的燃燒技術。在生物能源項目和市場規模不斷擴大。在各類市場應用大規模的轉換裝置的趨勢將會持續。增加燃料適應性，降低風險，使得費用最小化，并通過將燃煤鍋爐改造為生物質能鍋爐其節能減排的功效較為明顯，同時也將生物質能利用效率大大提高。采用規模經濟對生物質能整體來說非常重要。能源系統的發展是個整體，生物質的使用將日漸成為人們生產運輸燃料或生物材料的重要工具。

參考文獻

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關鍵詞：生物質 秸稈 汽化 乙醇

一、背景及意義

中國是一個人口大國，又是一個能源消費大國。我國石油資源缺乏，人均石油儲量不到世界平均水平的十分之一，目前石油消費一半左右依賴進口，國際石油市場價格波動已經影響到我國國民經濟的穩定發展，而燃油鍋爐每年需要消耗大量的石油資源，對寶貴的石油資源是一種極大的浪費。同時，消費化石資源造成了大量二氧化碳排放，我國每年僅燃煤燃油鍋爐排放的二氧化碳就達到25億噸，形成嚴重的溫室效應。

我國是一個農業大國，每年僅農作物秸稈就生產約7億噸，其他生物質原料木屑、稻殼等也數量巨大，如此之大的資源除了一小部分用于畜牧業外，其余大部分或直接燃燒，或作為農村沼氣發酵的原料，但這些利用方式有些是浪費資源、污染環境，有些是利用率低、應用范圍狹窄，不利于秸稈等生物質的再利用連續化、大規?；?、產業化。

基于此，設計研究一種生物質能利用率高、應用范圍廣的工藝及相關設備并推廣應用已經成為解決能源、資源、環境、農村等問題有效途徑。

二、國內外研究、發展現狀

目前國內市場上已經普遍出現生物質顆粒燃料氣化鍋爐、氣化發電機組等產品。其中目前先進的秸稈氣化爐直接將農作物秸稈轉化成燃燒氣體，其燃燒效率達95.5%以上，熱效率達到82.5%。但是，生物質在氣化過程中，由于高溫裂解而產生的灰塵和焦油以微粒的形態存在于生物質燃氣中，焦油微粒在溫度降低時會重新凝結成固態的焦油，并與燃氣中的潮濕灰塵微粒結合，堵塞管道，用于發電中將嚴重損壞燃氣發動機的機械部件。因此，如何將生物質燃氣中的灰塵和焦油微粒除去，確保生物質燃氣在通過燃氣發電機組來產生電能的過程中，不因灰塵、焦油凝結而導致燃氣發動機損壞或停機，是生物質氣化發電技術應用中面對的一項難題。

為了除去生物質燃氣中的灰塵、焦油微粒，而且要保證去除過程中不在產生對環璄的二次污染上，目前大部分的生物質氣化設備生產廠家都是采用機械方法，這種方法只能在一定程度上減少燃氣中灰塵和焦油微粒的含量，而且在支除過程中會產生污水，廢氣的污染，因此燃氣發電機組在經過一段短時間運作后，最后還是會因灰塵和焦油微粒越積越多而出現故障，導致停機。而一般捕焦、除塵設備，雖然早已出現，但這類產品都是針對大型的火電廠、化工廠、洗煤廠而設計開發的，而一般生物質氣化發電項目的燃氣流量較小，且生物質燃氣與火電廠、化工廠需要處理的氣體性質有很大差別，因此，目前市場上還沒有針對生物質氣化而設計生產的有效除塵、除焦且不對周遭環璄產生二次污染裝置和產品。

三、研究目標、內容、方法

1.研究目標

本方案研究的的目標是設計一套生物質連續焦化造氣工藝技術及其相關設備，利用農作物秸稈、稻殼、玉米棒以及樹技、樹葉、雜草等生物質，經過粉碎、擠壓成型、燃燒造氣、冷卻炭化等工藝流程，產生焦油、可燃氣、炭塊或炭粉等產品。

2.研究內容

工藝流程的初步設想是首先將粉碎過的原料倒入生物質連續焦化造氣爐的加料器中，電機傳動系統帶動攪籠將加料器中的秸稈碎料擠壓成型，成型后密度達到普通木材的密度。成型后的原料通過輸料管進入造氣爐的預熱段，目的是控制原料和設備的溫度，阻止燃燒室的熱量向擠壓成型機傳遞，防止設備材料在高溫下的失效。隨著原料連續擠壓，輸料管內經預熱的成型原料進入燃燒室進行低氧燃燒，過熱的原料再經出焦爐冷卻水冷卻產生焦油，冷卻水汽化成水蒸汽，部分水蒸氣通入氣化室，與燃燒的原料接觸裂解產生大量爐氣，其中含有焦油氣、甲烷、一氧化碳等可燃氣體。原料繼續進入冷卻室冷卻碳化，形成炭棒，經過其他輔助裝置粉碎可形成炭塊或碳粉，經星形輪收集出料。

產生的爐氣要經過進一步的分離。爐氣首先通過去焦冷卻器進行冷卻，焦油氣經冷卻在管壁凝結，刮板上下運動將管壁上凝結的焦油刮下并擠入焦油儲罐中。同時，經分離出來的爐氣通入噴淋吸收塔水洗，除去爐氣中二氧化硫等污染性氣體和未被液化的焦油氣。噴淋液經過用碎秸稈填充的除油器，動態地除去其中洗出的殘余焦油，吸收過的秸稈回運到生物質連續焦化造氣爐進行燃燒。最后收集到的可燃性爐氣通入儲氣柜中。

因此，需要設計的靜設備有生物質連續焦化造氣爐、去焦冷卻器、吸收塔、除油器、焦油儲罐、噴淋液儲罐、爐氣氣柜，需要選型的動設備有真空泵（或通風機）、洗液泵、噴淋液泵，此外還有管道、閥門等器件的設計和選型。

目前市場上的相關產品是先造粒，再將制成的生物質顆粒進行造氣，盡量控制副產品焦油的產出量，使其大部分氣化，并將爐氣作為發電用的燃氣送入發電機組發電。因此就決定了本方案具有以下幾點創新之處：

第一，集制粒、造氣、出焦于一體，目標產品是炭顆粒、焦油、爐氣。

第二，連續大規模處理生物質原料，他不同于先造粒再造氣的現有技術和工藝。

3.研究方法

通過閱讀大量的相關書籍、文獻和研究成果，綜合歸納出所需要的內容。根據有關國家標準和行業標準設計。

參考文獻

[1] 董天峰，趙國明，張重，張蕾蕾.家用秸稈氣化爐的技術現狀及發展趨勢[J].農業與技術，2008，28（3）：97.

[2] 梁小平，李欣，王雨，趙欣.生物質氣化技術及其在西部地區的應用淺析[J].環境科學與技術，2008，31（10）：34頁.

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關鍵詞：鉆井；廢水；污染物；處理

中圖分類號：[TE992.2]

前 言

在石油勘探開發后期，井場廢水池內會儲存大量的鉆井廢水和廢棄泥漿。由于坑池的滲漏、溢出、淹沒等都可能引起地下水和地表水的污染，因此這種可能成為長期污染源的鉆井廢水處理倍受人們關注，迫使工業上必須尋找較好的處理鉆井廢水方法。

1 鉆井廢水的組成及特征

1.1 鉆井廢水的組成

在鉆井作業過程中，鉆井液是保證鉆井正常運行不可缺少的物質。在鉆井作業完成后，作業現場會殘留大量廢棄的鉆井液。由于石油鉆井的野外作業特征，施工現場所有的廢棄物幾乎全部積存于廢泥漿儲存坑內，這使得鉆井廢棄物中的有害成分復雜化，最終形成一種由粘土、各種化學處理劑、污水、污油及鉆屑等組成的多相懸浮性的鉆井廢泥漿[1]。

主要產生渠道有以下幾種[2]：

（1） 廢棄泥漿。鉆井過程中，有些泥漿被污染而變質、或由于稀釋造成泥漿過多及泥漿老化等原因，使人們不得不棄掉這部分泥漿。這部分泥漿往往進入廢水池。

（2） 散落泥漿。地面循環系統如泥漿槽、泥漿凈化設備等散落泥漿。

（3） 巖屑沖洗。對巖屑的沖洗及雨水的沖刷，使泥漿變為廢水。

（4） 鉆井設備的沖洗。對鉆具及震動篩的沖洗及泥漿罐的定期淘洗都將使泥漿及油料變為廢水。

1.2鉆井廢水的污染特點

（1） 色度大，呈黑褐色；

（2） pH值在6―9之間；

（3） 懸浮物濃度高，其原因是鉆井液體系中所用處理劑較多，使膨潤土顆粒穩定，不易聚沉，從而使得鉆井廢水在循環使用中，顆粒濃度增加；

（4） 有機質添加劑種類多，成分復雜。在鉆井液循環作用過程中，可溶性有機化合物在廢水中逐漸富集[3]。

2 鉆井廢水治理中存在的問題及其原因

2.1 廢水的組成復雜、濃度高

由于鉆井深度的增加，地層條件越來越復雜，常常需要調整和更換泥漿體系，使得處理劑的數量和種類不斷增加；同時由于環保法規的日益嚴格，為了盡可能地減少廢水的產生，鉆井廢水常常實行多次循環，用于調配泥漿、沖洗震動篩等。這樣，必將導致鉆井廢水組成越來越復雜，污染物富集導致濃度越來越高。

2.2處理后的污泥池存在一定的安全環保隱患

鉆井井場的污泥池在鉆完井后，廢水自行風干或滲入土壤，再進行加藥固化，最后填埋處理。但是這種處理方法不能有效的處理鉆井泥漿，存在固化時間長、固化程度不夠，只固化了泥漿表面，而泥漿池深處仍處于固液混合狀態，有一定的安全環保隱患。

2.3單一處理方法處理后的鉆井廢水不能達到污水綜合排放指標

目前國內外鉆井廢水處理技術，都以較單一的方法處理。但是單一的方法很難保證處理的效果，處理后的鉆井廢水不能達到污水中和排放指標，對環境造成嚴重污染。

3 現有鉆井廢水處理方法分析

3.1 物理法

過濾法是去除懸浮物，特別是去除濃度比較低的懸濁液中微小顆粒的一種有效方法。過濾時，含懸浮物的水流通過具有一定空隙率的過濾介質，水中的懸浮物被截留在介質表面或內部而去除。膜分離法也是一種物理處理法，是用一種特殊的半透膜將溶液隔開，使溶液中某種溶質（水）滲透出來，達到分離溶質的目的。

物理法是最簡單的廢水處理方法，對于大顆粒的懸浮物處理效果明顯，但對于小顆粒物質、化學添加劑等物質無法處理。

3.2 化學法

化學處理法主要為化學氧化法，該法是去除廢水中污染物質的有效方法之一。其目的是將污染物氧化為無害的終端產物或易降解的中間產物。通過化學氧化，可使廢水中的有機物和無機物氧化分解，從而降低廢水的BOD和CODcr值，使廢水中的有害物質無害化。其常用的氧化劑有臭氧、次氯酸鈉、漂白粉和雙氧水等。其中臭氧是一種極強的氧化劑和消毒劑，其氧化反應快、在低濃度下也可進行，在水中不產生持久性殘余，無二次污染問題，適用于深度處理。

由于化學處理劑來源廣泛，處理費用較低，處理工藝過程也很簡單，所以化學法是目前最普遍的廢水處理方法。

3.3 物理化學法

電解凝聚浮選法、氣浮選法等。主要使用于鉆井初期的鉆井廢水，其廢水中主要含有油類物質、機械雜質和少量有機質。該方法主要是將出現的氣體微泡混入含有油及機械雜質的廢水中，氣泡上浮與水中的微小顆粒及微粒油粘附在一起，使油和固體顆粒上浮至水面，被撇油器從水面撇除。

這種方法的明顯不足是費用較高，但效果較好，除油率可達90%以上，機械雜質、懸浮物的去除率達95%以上[6]。

3.4 生物法

廢水生物處理法可分為好氧生物處理法和厭氧生物處理法兩大類。

好氧生物處理是在游離氧存在的條件下，以好氧微生物為主使廢水中有機物降解、穩定的無害化處理方法；由于生物膜的吸附作用，當廢水在填料表面流動時，有機物被生物膜所吸附。同時，空氣中的氧也經過廢水表面進入生物膜，膜上的微生物在氧的參與下對有機物進行分解，使廢水得到凈化。

厭氧生物處理是在無游離氧的情況下，以厭氧微生物為主對有機物進行降解、穩定的處理方法。通常是在無氧條件下，利用微生物將有機物轉化為甲烷及其他無機物（CO2、NH3）的過程，即通過此方法，可將復雜的有機物分解為簡單物質，將有毒物質轉化后無毒物質，使廢水得到凈化，具有有機物去除率高、工藝操作簡單、可靠和維護費用低等優點。

但因為鉆井廢水中往往含有可溶性有機物，不利于微生物生存，所以該法對鉆井廢水處理的適用性較低。

4 建議

由于廢水的成分太復雜、濃度太高；混凝劑的質量和效能不高；處理工藝不完善；化學混凝法去除污染物的能力有限等原因，造成鉆井廢水處理效果不夠理想，COD、色度達標率偏低的現象。展望鉆井廢水處理的發展趨勢，還應加強以下幾個方面的工作：

（1） 加強鉆井廢水處理劑的不斷改進和完善

在現行的鉆井廢水處理工作中，單一類型的處理劑不能滿足鉆井廢水的處理需要。因此，研制一類能廣泛適用于各種鉆井廢水的處理劑是十分必要的。

（2） 加強鉆井廢水處理工藝的研究

鉆井廢水的處理工藝在不斷發展之中，應逐步加強和完善鉆井廢水的全封閉循環處理工藝。因為它具有新鮮水用量少，處理水的重復利用效率高，外排廢水量少的特點，是具備較佳的經濟效益和環境效益的一種處理工藝。

（3） 加強現場管理和技術改造

對現場作業要加強管理，推廣HES管理體系。減少鉆井泥漿的廢棄和外排以及研究使用優質低毒泥漿和易降解的有機添加劑，減少鉆井廢水對環境的污染。

參考文獻：

[1] 周迅.鉆井液的處理技術綜述.田環境保護.2001 ，11 （2） .

[2] 金文彪，秀珍，宋莉暉. 生物技術在油氣田環境污染治理中的應用. 油氣田環境保護，1996 ，6 （3） .

[3] 胡超，李巨龍. 混凝劑處理鉆井廢鉆井液的研究. 煤田地質與勘探， 2001 ，29 （4） ： 58260.

[4] 楊明杰，梁萬林，金慶榮，等. 鉆井廢鉆井液綜合治理技術研究. 礦物石，2003 ，23 （1） ： 1092112.

[5] 劉勇建，沈軍，張建龍. 廢鉆井液固液分離的試驗研究. 廣東工業大學學報， 2000 ，17 （2） ： 53257.

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關鍵詞：納米顆粒; 電化學生物傳感器; 酶電極

中圖分類號：TP212文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）02-0281-02

1 引言

生物傳感器是用固定化的生物活性成分為敏感元件與適當的能量轉換器件結合而成的傳感裝置,用以測定一種或幾種分析物的含量。生物傳感器是多學科交叉的產物，是一種全新的檢測技術，在生命科學、臨床診斷、環境監控以及過程控制等各種領域都有所應用。生物傳感器與傳統的檢測手段相比，具有高專一性和靈敏度，響應時間快的明顯優勢，但對于實現在線、實時檢測的要求仍有一定差距。

納米技術主要是針對尺度為 1~100nm 之間的分子世界的一門技術，是21世紀最前沿的兩大學科之一。納米顆粒處在宏觀體系和微觀體系之間的過渡區域，是由數目極少的原子或分子組成的原子群。納米顆粒的特殊結構使其具有微尺寸效應、表面效應、量子效應和宏觀量子隧道效應，并由此引起力學、電學、磁學、熱學、光學和化學活性等方面的特殊性質。它具有比表面積大、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力強、表面活性高等優點而被用于電化學生物傳感器的研究，以提高靈敏度和縮短反應時間。

2 電化學生物傳感器

電化學生物傳感器是以酶、微生物、抗原或抗體、細胞、動植物組織為敏感膜，以將生物量轉換為電信號的電化學電極為轉換器組成的裝置。根據其產生電信號的類別，可分為電流型和電位型兩大類。目前研究較多的是各種酶電極。

酶電極就是利用酶對生化反應催化的單一性目標物質進行檢測。在絕大多數情況下,生物酶會保持極大的選擇性。通常在生物酶的催化下發生如下的生化反應：

S1+S2enzymeP1+P2

式中，S1為目標物，S2為媒介物，P1為生成物1，P2為生成物2。當目標物S1的濃度不能被直接檢測時，可以通過檢測媒介物S2的減少量(或P1、P2的生成量或生成速度)來獲得目標物的濃度。

3 研究現狀

3.1 納米顆粒用作抗干擾劑

長期以來，減小共存電活性物質，特別是抗壞血酸(AA)的干擾是葡萄糖生物傳感器研究的重點。最近，研究人員將MnO2納米顆粒溶于殼聚糖溶液中，電沉積在葡萄糖氧化酶(GOD)修飾的電極表面，形成一層氧化物薄膜。這樣制得的生物傳感器可以很好地消除AA的干擾，而對葡萄糖的測定沒有影響。

3.2 納米顆粒標記

許多文獻報道了膠體金在各種生物傳感器中的信號放大作用。首先把生物素化的白蛋白吸附在電極表面，再與10 nm直徑膠體金標記的親和素反應，由膠體金引起的電流響應與親和素濃度在一定范圍內線性相關。納米顆粒也可以用來定位腫瘤，熒光素標記的識別因子，與腫瘤受體結合，可以在體外用儀器顯影確定腫瘤的大小和位置。另一個重要的方法是用納米磁性顆粒標記識別因子，與腫瘤表面的靶標識別器結合后，在體外測定磁性顆粒在體內的分布和位置，從而給腫瘤定位。

3.3 納米顆粒用作固定載體

在生物傳感器的研制中，人們嘗試用多種新方法來固定酶，以期達到實用的要求。納米顆粒比表面積大、吸附能力強，可以很牢固地吸附酶等生物大分子，增加酶的吸附量和穩定性，且蛋白質等物質吸附在納米金屬顆粒的表面上仍能保持生物活性。

（1）納米顆粒在GOD電極中的應用。

用超細顆粒固定化酶是傳感器研制中最有前途的方法。早期的研究主要集中于單一納米顆粒，后來發展為將復合納米顆粒應用于GOD和其它酶電極中。

①復合納米顆粒的應用。

任湘菱用憎水銀-金納米顆粒進行GOD的固定化研究表明：憎水銀-金納米顆?？梢燥@著提高GOD酶電極的響應靈敏度。這主要是由于：(1)金屬納米顆粒本身就具有催化活性：當金屬原子簇所包含的原子數少到一定數目時，顆粒本身具有從周圍體系中吸取電子而被還原的特性。因而在GOD酶反應中納米顆粒迅速地從被還原的GOD(FADH2)獲取電子而使GOD重新具有氧化性,這樣就加速了酶的再生速度；(2)納米顆粒表現出顯著的不同于塊體材料的特性，其非常大的表面積和較高的表面自由能使得大量GOD牢固吸附在納米顆粒表面，在一定程度上鈍化了酶的構型，使其不易發生進一步的變化而失活，增加了酶的穩定性和催化活性。

將納米憎水Si02和親水Au組成的復合納米顆粒固載GOD構建的傳感器，可以保持GOD的活性和延長酶電極的壽命，其效果明顯優于這兩種納米顆粒單獨使用時對GOD電極響應性能的增強作用。主要原因是復合納米顆粒比單一納米顆粒更易于形成連續勢場，降低電子在電極和固定化酶之間的遷移阻力，提高電子遷移率，有效地加速了酶的再生過程，所以復合納米顆粒顯著增強了傳感器的電流響應，提高了傳感器分析葡萄糖的靈敏度。

②納米顆粒與修飾電極聯用。

鐘霞等人用(3-巰基丙基)-三甲氧基硅烷凝膠溶膠修飾的金電極表面自組裝納米金和GOD。研究表明，納米金可與巰基結合，形成牢固的共價鍵，增加了其固化GOD的穩定性而不影響其活性；納米顆粒增加了三維電極的有效固定面積，可以結合更多的GOD，使得檢測下限延長；同時納米金的存在加快了GOD活性中心FDA/FDAH2與金電極表面的氧化還原反應，因此制成了高靈敏度的生物傳感器。

研究分析，在納米銅修飾的金電極上以鄰胺基苯酚聚合物固載GOD制成的電極，納米銅加入后對葡萄糖的檢出線低2倍，最大響應電流高3倍，靈敏度提高了2.5倍。

（2）納米顆粒在辣根過氧化酶(HRP)電極中的應用。

將巰基化的苯乙烯丙烯酸共聚物修飾的金電極自組裝納米金顆粒和HRP，獲得的傳感器在沒有電子媒介體的情況下仍具有很強的電催化響應信號，并且該傳感器在使用60天后仍具有98.7%的生物活性，顯示了很高的可重復利用率。

采用TiO2納米顆粒與聚乙烯醇縮丁醛作為固酶基質，用凝膠溶膠法固定HRP，構成過氧化氫生物傳感器。實驗結果表明，納米TiO2顆粒的引入明顯提高了HRP對H2O2的響應電流。

研究還發現，將TiO2納米顆粒溶液與HRP混合，涂覆在熱碳電極上，揮去溶劑后成為固載HRP的TiO2膜。納米TiO2顆粒大的表面積保證了膜的穩定性，其良好的生物兼容性使酶保持原有的結構和電催化活性，并為酶和電極之間電子傳遞提供了最適的微環境。HRP-TiO2膜的這些特點具有廣泛的應用價值。

利用納米金、HRP、殼聚糖和戊二醛的混合溶液，在玻碳電極表面形成穩定固載HRP的殼聚糖膜。納米金與HRP形成靜電復合物，防止了HRP從殼聚糖膜中泄漏并提供適應酶所需的微環境，保持了HRP的生物活性。

另外，利用血紅素(Hb)代替HRP，將其固定到納米金修飾的電極表面。由于納米金的存在加快了電子傳遞過程，復合電極對H2O2有很強的還原作用，且穩定性好。也有人用納米ZrO2/DMSO(二甲亞砜)膜為基質，將Hb固定到PGE表面，保持了其原有的構型和催化活性，且電極在74℃的高溫下穩定。

（3）納米顆粒在其它酶電極中的應用。

將巰基乙胺固載到玻碳電極表面，進而化學吸附納米金，并通過半胱氨酸用戊二醛作交聯劑，將白喉抗體固定在玻碳電極上，制得的電位型免疫傳感器靈敏度高，對白喉類毒素檢測的線性范圍是24~600 ng/ml，檢出限為5.2 ng/ml。已研制的Nafion/黃嘌呤氧化酶(XO)/納米金膠電流型生物傳感器能快速靈敏地檢測次黃嘌呤，并且有非常低的檢測限，該生物傳感器有望實現對次黃嘌呤的在線測定。國內外研究人員還用納米金膠吸附XO、牛碳酸脫水酶并電沉積在基礎電極(如鉑和玻碳電極)上制成不同的電流型生物傳感器。

4 發展趨勢

近年來，將各種納米顆粒應用于電化學生物傳感器的研究，正引起人們極大的興趣，并使傳感器技術獲得巨大進步。初步實驗結果表明，納米顆粒以其吸附能力強、生物兼容性好、催化效率高等優良性質，在生物標記、放大信號、消除干擾和多種酶的固定化技術中得到了廣泛地應用：大幅度提高了檢測的靈敏度，縮短了響應時間，實現了目標物的實時檢測；延長了一些酶電極的使用壽命，降低了成本；同時使儀器向微型化發展成為可能。

但也不難看出，目前的研究工作僅在少數幾種物質的實時檢測中取得了良好的結果，而且所使用的納米顆粒的種類也很有限。為了最大程度地保持酶的生物活性，延長酶電極的使用壽命，進一步提高生物傳感器的靈敏度和響應電流，縮短相應時間，在納米制備方法的改進、各種形式的有機或無機納米材料的應用、特殊結構和材料的電極的研制等方面，仍有較大的發展空間，有待于科學工作者進行更深入地研究，以期制造出綜合型、智能型的納米儀器。

參考文獻

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關鍵詞：納米材料；生物安全；應用

中圖分類號：G301 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）09-0082-02

一、什么是納米材料

納米材料是處于納米尺度范圍或者由該尺度范圍的物質為基本結構單元所構成的超精細顆粒材料的總稱，根據物理形態劃分，納米材料大致可分為納米粉末（納米顆粒）、納米纖維、納米膜、納米塊體和納米相分離液體等五類。由于納米尺寸的物質具有與宏觀物質所迥異的表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應和量子限域效應等，因而納米材料具有異于普通材料的光、電、磁、熱、力學、機械等性能。1984年，德國薩爾蘭大學的Gleiter以及美國阿貢試驗室的Siegel相繼成功地制得了純物質的納米細粉。1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科學技術會議上，正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支。

二、納米材料生物安全性問題的提出

進入21世紀以來，納米科技發展迅猛，大規模生產的各種人造納米材料已經在生活消費品和工業產品中廣泛使用。據統計，納米材料已經應用在近千種消費類產品中，來提高原有的功能或獲得嶄新的新功能，包括化妝品、食品、服裝、生活日用品、醫藥產品等領域。然而，近年來的研究發現，由于小尺寸效應、量子效應和巨大比表面積等，納米材料具有很強的“雙刃劍”特性，即在提高原有材料功能同時也存在巨大的安全風險。例如，美國科學家讓一組小鼠生活在含20納米特氟隆顆粒的空氣里，結果小鼠在4小時內全部死亡；而另一組生活在含120納米特氟隆顆粒的空氣里的小鼠，卻安然無恙。僅僅尺寸改變，竟導致如此巨大的生物毒性變化。美國科學家還發現納米顆?？赏ㄟ^胎盤屏障由母體進入到胎兒體；碳納米顆?？山浶嵊X神經直接進入動物腦部；一些人造納米顆粒在很小劑量下也容易引起器官炎癥，或導致大腦損傷，使機體產生氧化應急，隨納米尺寸減小生物毒性有增大的趨勢。研究還發現，納米顆粒非常容易進入細胞，它們對細胞的結構和功能產生什么影響？一些人工納米結構具有自組裝能力，它們在生物體內的不同微環境里，會自組裝成不同的可蔓延生長的特殊結構，這些結構對生物大分子的結構和功能將產生什么影響？它們是否會干擾生命過程的正常進行？

三、納米材料的生物安全性成為科學前沿問題

2005年12月，美國政府以世界“經濟合作發展組織（OECD）”的名義，召集世界各國政府，在美國首都華盛頓召開了“人造納米材料的安全性問題”圓桌會議，討論如何采取措施，保障“人造納米材料的安全性問題”。納米安全性問題之所以引起各國政府和科學界的如此重視，是因為納米材料的應用事關人體健康和安全，而“健康和安全”永遠是國家的重大需求。納米科技事關國家前沿科技的發展，美國國務院代表在華盛頓的“納米安全會議”上說“保障納米科技的健康可持續發展，是保持我們科技領先地位的國家戰略”。納米科技居于21世紀公認的前沿科技之首。因此，為納米科技保駕護航，是國家層面的重要戰略目標之一。同時，率先開展納米材料的生物安全性研究，就有可能搶占先機，抓住在科學上取得重大突破的機遇：人造納米結構或納米顆粒與生命體相互作用過程是一個未知領域，存在許多新現象、新問題、新規律，無論對納米科技的發展或者對理解生命過程本身都孕育著新的挑戰和機遇。搶占先機，就意味著擁有取得重大突破的機會。

四、目前急需解決的難題

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關鍵詞：低碳經濟；生物質能；生物質發電技術；發電

一、引言

在能源發展領域，生物質能備受各國關注。生物質能在我國發展較晚，與其他國家相比有一定的差距，所以在生物質能研發方面需要制定長遠的發展規劃，使低碳經濟能順利發展。生物質能通過高技術被轉化為高品位潔凈的液體和氣體燃料，取代化石燃料的位置，在城市煤氣、交通運輸、電力等方面得到很好的應用。

二、低碳經濟概述

由于當前世界氣候環境和能源安全受到嚴重的威脅，所以急需發展低碳經濟。巴西、美國、英國等都在發展低碳經濟。在低污染、低能耗、地排放的基礎上，建立一種新的經濟發展模式使生態效益、社會效益、經濟效益相統一，這種經濟模式被稱為低碳經濟。能源消耗問題是它的一個核心問題，不可再生的傳統能源如石油、煤炭等日益缺乏，各國的能源安全嚴重受其影響，所以新能源的開發和利用是非常必要的。世界各國主要應用的新能源開發方式是開發利用生物質能。生物質能和傳統能源相比，價格便宜、資源量大、分布廣、可再生、灰分少、含硫量低，并且co2凈排放量為零，溫室氣體的排放得以減少。

三、生物質能在我國的發展狀況

生物質能在我國有著非常豐富的來源，主要是秸稈類生物質。在政策方面，我國簽訂了國際公約《氣候變化框架公約》等，并且頒布了《中國環境與發展十大對策》等，這位可持續發展起到了很好作用。我國加快推進核電、水電建設，有序積極的做好可再生資源的轉化利用如生物質能、太陽能、風電等。在我國現代生物質能技術提供極大的發展空間在農業和工業方面，生物質能在現代技術條件下被轉化成氣態、液態、固態的生物質燃料，工作環境和能源利用方式得到了顯著的改善，能源的利用率大大提供了?？偠灾诓粩嗟奶剿骱蛯嵺`中，我國的生物質能開發利用形成了一定的規模、取得了較大的成效。

四、開發應用生物質發電技術

（1）氣化發電

生物質被轉化為可燃氣，并且燃氣發電設備在可燃氣的推動下進行發電，這是生物質氣化發電技術的基本原理。有三個過程包含在氣化發電工藝中：①固體生物質被轉化為氣體燃料，這個過程就是生物質氣化；②像如焦油、焦炭、灰分等這樣的雜質蘊含在氣化出來的燃氣中，凈化系統在過濾氣體的時候將雜志除去，這個過程就是氣體凈化；③在發電時應用燃氣內燃機或燃氣輪機，有的工藝在發電過程中增加蒸汽輪機或余熱鍋爐使發電效率提高，這個過程就是燃氣發電。另外，流化床氣化爐和固定床氣化爐是氣化爐的兩種類型。在此我們針對流化床氣化爐進行一定的介紹。作為一種先進的燃燒技術，在生物質燃燒方面流化床燃燒已經取得成功。一個簡單的流化床由布風板、燃燒室組成，生物質通過布風板氣化劑進入流化床反應器中。按照氣固流動特性的不同流化床被分為循環流化床和鼓泡流化床。氣流速率在鼓泡流化床氣化爐中相對較低，幾乎沒有固體顆粒從流化床中逸出，如果生物質原料的顆粒較大的話可以使用這種氣化爐，并且需要增加熱載體。流化速率在循環流化床氣化爐中相對較高，大量的固體顆粒在流化床中由旋風分離器進行收集并且被重新送入爐中再次進行氣化反應。

（2）燃燒發電

生物質在適合燃燒的特定鍋爐中能夠直接燃燒，汽輪發電機在產生的蒸汽驅動下進行發電。鍋爐是生物質發電裝備中的關鍵設備，其中振動爐排鍋爐由于熱效率高、技術成熟，得到了廣泛的應用。爐排是爐排爐的關鍵部件，生物質在爐中的移動是通過可調節、可移動的爐排來控制的，而且爐排使爐排爐能夠調節一次空氣量，實現調節燃燒。爐排使用壽命的提高是因為改進了它的材質和冷卻方式。

（3）沼氣發電

城市生活、農業、工業中的大量有機廢棄物被用來進行厭氧發酵處理，如城市污水和垃圾、禽畜糞、酒糟液等，沼氣發電機是在以上處理產生的沼氣驅動下進行發電

，這個過程就是沼氣發電。而且在沼氣的生產過長中發電機組的余熱得到充分應用， 80%左右的綜合熱效率，比30%-40%的發電效率高得多。沼氣發酵的3個階段如下圖：

五、結束語

綜上所述，生物質發電技術越來越被重視，因為其原料對環境的有好性和可再生性。生物質能通過高技術被轉化為高品位潔凈的液體和氣體燃料，取代化石燃料的位置，在城市煤氣、交通運輸、電力等方面得到很好的應用。而且生物質能和傳統能源相比，價格便宜、資源量大、分布廣、可再生、灰分少、含硫量低，并且co2凈排放量為零。

參考文獻

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