生物质颗粒技术范文

导语：如何才能写好一篇生物质颗粒技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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摘 要：2013年为863课题“深海微生物活性物质的挖掘及其利用技术”实施的第二年。该年度该课题进展顺利，完成了预期的研究计划。取得的研究进展主要分为以下5个方面：（1）在深海沉积环境样品中分离、纯化、保藏869株菌株，确定了729个菌株的系统进化地位，在深海海水样品中分离了海洋微生物237株，完成了其中168株的细菌测序工作；其中发现一个潜在的新属级类群。（2）对21株深海微生物进行次生代谢产物的分离和纯化，从中分离鉴定代谢产物186个，其中新结构化合物71个；其中1个对称的环四肽类新骨架化合物；发现具有较好药用活性的化合物25个；对Staurosporine的衍生物HDZ-115和Xanthocillin X进行深入的药理药效研究，确定为下一步成药性评价的先导化合物。（3）从深海来源微生物中发现对植物病原真菌具有良好抗性的脂肽类活性物质；筛选得到一系列抗污损活性的活性物质，其中1个单体化合物在海洋挂板实验中较好抗海洋污损生物活性，具有进一步开发价值。（4）完成了1株深海海洋放线菌SCSIO ZH66的全基因组扫描测序，克隆鉴定了Grincamycin，Lobophorin的生物合成基因簇，完成了Grincamycin，marinacarboline，lobophorin的生物合成途径。（5）从深海微生物中分离纯化两种具有重要经济价值的新蛋白酶，分离得到到新型高温α淀粉酶和生淀粉酶基因，成功实现异源表达，并对酶学性质进行了研究。

关键词：深海微生物 活性物质 药用活性 生态效应 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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关键词：生物工程类；试验设计与数据处理；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）49-0226-02

一、引言

《试验设计与数据处理》是高等院校生物工程类专业开设的一门专业必修课。本课程是以生物界的各种自然现象为研究对象，把数理统计学原理和方法引入到生物科学领域，经济而又高效地设计试验方案，并对试验数据进行处理，对其结果进行分析，最终达到用较少的试验次数和最短的试验周期而优化试验方案的目标。它是一门理论与实践相结合的科学，已成为现代生物科学领域必不可少的工具之一。开设本课程，为培养和巩固学生的专业素质，为生物工程类专业的毕业论文（设计）、今后科研及就业方向的选择奠定了理论基础[1]。为提高本课程的教学质量，笔者在亲身实践的基础上，结合河南工业大学生物工程类本科专业教学计划《试验设计与数据处理》课程的教学大纲，总结了当前教学中存在的主要问题，从课程的重要性、教学内容、教学模式、教学手段、考核方式等方面进行了探索。

二、当前教学中存在的问题

《试验设计与数据处理》课程具有“概念多、公式多和内容多”、“难教、难懂、难记和难用”的特点。在当前的教学过程中，为使学生充分理解统计分析的原理，教师要应用大量的数理统计学知识进行复杂公式的推导。虽然公式推导有助于学生理解统计方法的原理，能加深学生记忆公式，但对生物工程类专业的学生而言，其数理统计的基础知识较为薄弱，学生感到内容枯燥、难以理解和掌握，失去了学习兴趣，进而影响了教学质量和学习效果。由于学生上课的时间有限，为确保学生修完全部课程，只能将部分课程的学时进行精减。尤其是《试验设计与数据处理》课程由原来的54学时减少到36学时课堂教学后，学时、教学内容及实践操作之间的矛盾使得当前的教学方法的弊端日益突出：（1）学生对本课程的学习不够重视，兴趣度低。（2）教学内容过于强调理论知识和计算过程的解析，而数据处理的实践环节严重不足，忽略了应用环节的讲授。（3）课堂主要由教师讲授，学生只是被动地接受知识，形成一个单向的教学过程，忽略了学生的能动性。（4）当前教学中大部分教师的课件采用多媒体与板书相结合的教学手段，虽改变了传统板书的教学形式，但这种教学手段目前已在广泛应用，学生已司空见惯，无特色之处，不能调动学生的学习热情。（5）考核方式过于教条，当前的考核方式是以平时成绩（20%）和卷面成绩（80%）作为考核的最终成绩，不能全面评估学生的学习效果。

由于存在以上问题，学生在大四做毕业论文（设计）时，多数学生不能灵活运用本课程的统计方法去处理实验数据，能将本课程的知识灵活地运用到今后的科研及工作生活中更是凤毛麟角。大部分学生对本课程的学习目的只是为修满学分而能保证顺利毕业，完全背弃了开设本课程的教学目的。鉴于此，笔者在亲身实践的基础上，对本课程的教学方法进行了总结归纳，进行了以下几点思考。

三、教学改革之思考

1.强调课程的重要性，提升学生重视度。本课程理论性强，学生首次看到教材的内容，就有一种“知难而退”的心理，“只要能保证及格”是大多学生的学习目标。学生认为，本课程对考研、今后的就业及科研关系不大，学好与否对将来的前途无任何影响；而且，河南工业大学开设本课程是在大四的上半学期，正处于考研复习的关键阶段，对本课程学习态度更是“雪上加霜”，处处在应付，甚至部分学生无故旷课。由于这门课的连贯性、逻辑性比较强，若缺一节课，之后又不补习，下节课根本无法听懂，由此，递增了学生对本课程学习的抵触情绪。对本课程的学习，笔者认为首先要让学生认识到本课程的重要性，并在教学过程中，不断地创新教学思路，以激发学生学习的兴趣。因此，教师要特别注意在上第一节课就着重强调本课程的重要性，扭转学生对本课程学习的错误意识。

2.简化理论推导，重视应用环节。《试验设计与数据处理》课程中涉及较多的枯燥的统计学理论，学生对此并不感兴趣。为了节省教学课时，将对公式和定理的分析、推导过程仅作简单介绍，不做重点讲解，相关内容可让学生课后自学，把重点放在阐明关键统计量的含义、判断的标准、各统计量间的关系、常用分析方法的条件及其应用背景等知识点，最后要把精力放在统计方法的应用上。多引用一些与教学内容相关的实例，引导学生如何去解析不同条件、不同背景下的实际问题。只有简化理论的讲解，加强实例环节的应用，才能激发学生的兴趣，促进学生掌握关键内容。

3.启发与实践相结合的教学模式，增强学生的主观能动性。在重视教师讲授为主的同时，强调学生的主动性，采用启发与实践相结合的教学模式，联系或引用一些生物工程类专业的实际问题，调动学生参与教学的积极性，这样既能活跃课堂气氛，又能激发学生的求知欲望。在授课过程中，举出实例，教师与学生共同针对某一问题进行分析和讨论，引导学生积极地思考，培养学生的主观能动性[2]。例如：利用多个实验指标进行正交实验设计的讲授过程中，以生物工程专业的“优选酿酒酵母菌性能”的实验为例，用耐高压、高酒精、高糖、高温等多个性能指标进行正交实验设计，首先让学生自己去思考并提问。提问之后，教师可针对问题逐步地解析，指出学生分析的正确与否及其原因。通过启发与实践型相结合的教学模式，调动了学生学习的主观能动性，牢固地掌握了学习内容，并能将所学知识灵活地运用到实际问题的分析中，增强了教学的效果。

4.丰富教学手段，突出内容特色。《试验设计与数据处理》课程理论性强，学生听课的时间过长，单一的教学手段势必导致学生的视觉、听觉和思维疲劳。因此，针对本课程的特点，运用当前的多媒体、板书、网络等有机结合的多种教学手段，集中学生注意力，从而提高学生的听课效果。多媒体课件容量大、内容展示方便，为课堂教学营造了一个广阔的信息空间。所以在教学过程中，通过变换课件中的背景图案、字体颜色、线条粗细、图形和动画等内容，使学生时刻感觉每张幻灯片的制作都是简洁明了、条理清晰、美观大方而又别具一格，从而吸引学生的注意力。而且，在没有开设电脑实验课程的条件下，可借助多媒体课件进行实验演示。例如：在多重比较中的新复极差法（SSR）分析中，结合SPSS软件的应用介绍，可以让学生清晰、直观地掌握抽象的概念及数据处理的过程，提高学生解决实际问题的综合能力。板书与多媒体教学手段相比较，虽然比较费时，但对于一些重要的统计学原理及其公式的证明方面（如：正态分布、显著性检验、方差分析原理等），却突现出多媒体教学所不可比拟的优越性。在板书的过程中，可引导学生活跃思维、积极思考、及时理解和消化知识。同时，在教学过程中，要重视网络信息的应用。根据不同章节内容的需要，教师应有意识地引导学生关注和介绍一些主要的统计学网站和论坛，灵活地向学生展示相关的最新教学信息及其前沿知识；同时，以课后作业的形式，督促学生查阅最新的统计学前沿知识及应用软件，并定期检查学生网络学习的情况，可促使教师不断地更新教学内容，同时拓展了学生的知识面，培养了学生的自学能力，实现了教师与学生共同进步的“双赢”效果。

5.实行多元化的考核方式，促进学生全面巩固。考核是教学过程必不可少的环节，也是反馈教学效果的重要手段。为了加强学生专业能力的培养，力求避免学生平时学习不认真而为应付考试造成死记硬背的弊端，以激发学生学习的主观能动性为教学目的，笔者进行了多种考核方式的探索和总结，认为实行平时成绩（20%）、课后作业（10%）、技训报告（20%）和卷面成绩（50%）相结合的综合考核方式，可以全面考察学生对本课程知识的掌握情况。第一，要重视学生课堂表现的考核。课堂表现主要包括回答问题的积极性、正确性等，把课堂表现作为平时成绩，可以增进教师与学生之间的互动能力。第二，加强课后练习，每章讲完后要将本章节的知识点融入到习题中，以课后作业的形式，督促学生复习和巩固学习的内容。而且，要加强实践报告的考核，实践报告主要侧重于试验方案的设计、统计方法的运用、分析软件的操作及数据处理的结果分析等。运用以上三种形式相结合的考核方式可以使学生充分认识到本课程在实践中的重要性。最后，为避免学生对本课程的不重视而学习浮躁，导致学习效果不佳，应选择闭卷考试的方式进行卷面测试。总之，实行多元化的考核方式可以相互补充，从而能够全面、综合地考核学生的学习效果。

通过上述几点教学改革的思考与尝试，笔者在教学过程中发现，学生对本课程的重视程度及学习兴趣明显增加，课堂上学生和教师互动能力也显著增强。通过多元化的考核结果发现，学生能较为牢固地掌握学习内容，而且能灵活地将所学的方法运用到实际问题中，教学效果明显得到了提升。随着现代生物工程技术的飞速发展，本课程的知识体系也在不断改进，将会面临着更多的新问题值得去思考。因此，在今后的教学过程中，教师在博览群书和总结各家所长的基础上，更要深刻领会《试验设计与数据处理》教学内容，透彻把握各章节的逻辑联系，遵循数学逻辑编排教学内容，使学生容易接受并消化新知识，形成适合生物工程专业特色和学生实际需要的知识体系，不断总结经验、改革创新，提高自身专业素质，这样才能适应本课程发展的需要，才能更好地向学生传授知识，才能培养出合格的、高素质的生物工程类专业人才。

参考文献：

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为了减少能源的对外依赖、提高能源供应安全,欧盟对可再生能源非常重视。明确规定,到2010年,可再生能源要占到能源总消费量的12%、可再生能源发电要占到全部电力消费的23%。因此,欧洲国家都把生物质能作为优先发展的可再生能源予以高度重视。欧洲国家生物质能利用技术成熟,政策落实,生物质能开发利用已成为重要的新兴产业,对保障能源安全等发挥着重要的作用。

各国生物质能应用情况

目前,在欧盟各国支持可再生能源发展的政策推动下,生物质能在能源中比例迅速提高,特别是生物质颗粒成型技术和直燃发电技术应用已非常广泛。目前,仅瑞典就有生物质颗粒加工110多家,单个企业的年生产能力达到了20多万吨。生物质固体颗粒除通过专门运输工具定点供应发电和供热企业外,还通过袋装的方式在市场上销售,成为许多家庭首选生活用燃料。此外,利用农作物秸秆和森林废弃物进行直接燃发电也是目前生物质能利用最成熟的技术。以生物质为燃料的小型热电联产已成为瑞典重要发电和供热方式。如瑞典2002年的能源消费量为7300万吨标准煤,其中可再生能源为2100万吨标准煤,约占能源消费量的28%,而在可再生能源消费中,生物质能占Y55%,主要作为区域供热燃料。如1980年,瑞典区域供热的能源消费90%是油品,而现在主要是依靠生物质燃料。

丹麦在生物质直燃发电方面成绩显著。丹麦的BWE公司率先研究开发了秸秆生物燃烧发电技术,迄今在这一领域仍是世界最高水平的保持者。在BWE公司技术的支持下'1988年丹麦建设了第一座秸秆生物质发电厂,从此生物质燃烧发电技术在丹麦得到了广泛应用。目前,丹麦已建立了130家秸秆发电

吕承友使生物质成为了丹麦重要的能源。2002年。丹麦能源消费量约280071吨标煤,其中可再生能源为3507i吨标准煤,占能源消费的12%。在可再生能源中生物质所占比例为81%。近10年来,丹麦新建设的热电联产项目都是以生物质为燃料,同时,还将过去许多燃煤供热厂改为了燃烧生物质的热电联产项目。

德国和意大利对生物质固体颗粒技术和直燃发电也非常重视,在生物质热电联产应用方面也很普遍。如德国2002年能源消费总量约5亿吨标准煤,其中可再生能源15007/吨标准煤,约占能源消费总量的3%。意大利2002年能源消费总量约为2.5亿吨标准煤,其中可再生能源约1300万吨标准煤,占能源消费总量的5%。在可再生能源消费中生物质能占24%,主要是固体废弃物发电和生物液体燃料。

生物质能利用的第二大领域是利用生物质制取液体或气体燃料代替汽油或柴油。目前,利用粮食产品或油料作物,如大麦或油菜籽生产燃料乙醇或生物柴油的技术已经成熟,在欧洲已比较广泛的代替汽油或柴油使用,面临的问题主要是原料的供应。欧洲地区森林覆盖率高,林木质资源十分丰富,因此,欧洲国家正在开发利用林木质制取燃料乙醇的技术。瑞典的MTBE公司已在10立方米的发酵罐中进行木屑生产乙醇的中间试验,生产的乙醇已以5%～10%的比例添加到当地的汽车用油中;德国的CHOREN公司开发的生物质加压气化合成柴油技术,已完成年产200吨的小型试验,正在建设年产15000吨的中型示范装置。此外,瑞典PURAC公司还将利用动物加工副产品、动物粪便和食物废弃物等生产的沼气净化后,经压缩送到城市加油站供天然气汽车使用。德国还开发了小型沼气燃气发电技术,大大提高了沼气的应用水平,沼气发电站数量成倍增加。

欧盟竞相推出政策　扶持生物质能发展

发达国家把生物质能作为重要的能源予以重视。由于生物质能的可再生性,欧盟把利用生物质能作为可再生能源发展的优先领域。

具体发展目标

欧盟国家能源消费水平比较高。为了减少能源的对外依赖,保证能源安全供应,欧盟对可再生能源的发展高度重视。从1997年开始,欧盟多项政策,提升生物质能的发展目标。1997年了《欧盟战略和行动白皮书》,提出到2010年生物质能的利用量要达到2亿吨标煤。

2001年,了《促进可再生能源电力生产指导政策》,要求到2010年欧盟电力总消费的22%来自可再生能源,并规定出了各成员国要达到的目标,如德国为12.5%、丹麦为29%、瑞典为60%、意大利为25%。2003年,欧盟又了《欧盟交通部门替代汽车燃料使用指导政策》,要求生物液体燃料,包括生物柴油和乙醇,在汽车燃料消费中的比例要达到:2005年为2%,2010年为5.57%,2015年为8%。

具体鼓励政策

由于生物质能的成本比较高,没有强有力的政策支持是难以发展的。除欧盟提出了明确的可再生能源发展目标外,各成员国也结合各国的实际提出了各自的目标和要求,并采取了积极和务实的政策和措施,包括高价收购、投资补贴、减免税费和配额制度等。

高价收购:高价收购是欧盟国家促进可再生能源发展的共同做法,也是最有效的措施,称为“购电法”,就是根据各种可再生能源的技术特点,制定合理的可再生能源上网电价,通过立法的方式要求电网企业按确定的电价全额收购。如瑞典,1997年开始实行固定电价制度,对生物质发电采取市场价格加每千瓦时0.9欧分的补贴;丹麦生物质发电的上网电价为每千瓦时4.1欧分,并给予10年保证期,另外,在全国建立起绿色电力交易市场之前,政府再给予每千瓦时1.3欧分的补贴,将来由绿色证书来替代这一部分,所以实际上的生物质能上网电价是每千瓦时5.4欧分。

投资补贴:投资补贴是欧盟国家促进生物质能开发和利用的重要措施。如瑞典从1975年开始。每年从政府预算中支出3600万欧元,支持生物质燃烧和转换技术,主要是技术研发和商业化前期技术的示范项目补贴。从1997到2002年,对生物质能热电联产项目提供25%的投资补贴,5年总计补贴了486万欧元。另外,从2004～2006年,瑞典政府对户用生物质能采暖系统(使用生物质颗粒燃料),每户提供1350欧元的补贴;丹麦从1981年起,制定了每年给予生物质能生产企业400万欧元的投资补贴计划,这一计划使目前丹麦生物质能发电的上网电价相当于每千瓦时8欧分。

减免税费:减免税费也是欧盟国家促进可再生能源发展的重要措施。欧盟国家对能源消费征收较高的税费,税的种类也比较多,有能源税、二氧化碳税和二氧化硫税,特别是对石油产品消费的征税

额非常高,占到汽油和柴油价格的三分之二。欧盟各国都对可再生能源的利用免征各类能源税。如瑞典是能源税赋比较重的国家,税种包括燃料税、能源税、二氧化碳税、二氧化硫税等。如果全部免征所有能源税收,相当提供每千瓦时2欧元优惠电价,因此,瑞典主要依据税收政策促进生物能的开发利用,即对生物质能开发项目免征所有种类能源税。

欧盟国家对于生物质液体燃料的支持,最重要的政策措施就是免征燃料税。目前,欧盟国家的汽油价格约为每升1欧元,其中三分之二为燃料税,而对于使用生物燃料乙醇的免征燃料税。虽然目前在欧洲乙醇燃料比汽油成本要高近一倍,但通过这种税收政策,较好地促进了生物液体燃料的发展。

配额制度:配额制度是随着电力市场化改革逐步发展起来的一项新的促进可再生能源发展的制度,主要是对电力生产商或电力供应商规定在其电力生产中或电力供应中必须有―定比例的电量来自可再生能源发电,并通过建立“绿色电力证书”和“绿色电力证书交易制度”来实现。所谓“绿色电力证书”,就是可再生能源发电商在向电力市场卖电的同时,还能得到一个销售绿色电力的证明,即“绿色电力证书”;所谓“绿色电力证书交易制度”,就是要建立“绿色电力证书”自由买卖的制度。电力生产商或电力供应商如果自己没有可再生能源发电量,可以通过购买其他可再生能源企业的“绿色电力证书”来实现,同时,可再生能源发电企业通过卖出“绿色电力证书”可以得到额外的收益,这样,就会促进可再生能源发电的发展。

高度重视生物质能技术研发

在生物质能源技术研发方面,欧盟各国都非常重视。不仅欧盟建立了联合研究中心,每个国家都设有国家级生物质技术研发机构,全面系统地对生物质原料生产、转化技术、产品市场进行研究和推广。在生物质能源产品市场方面,欧盟强化了对生物能源产品标准化的研究,从固体颗粒燃料到生物柴油和燃料乙醇都有严格的质量标准;已建立起较完善的生物质能源产品市场服务体系,有力地促进了生物质能源的推广使用。

我国如何开发生物质能

我国生物质能资源非常丰富,具有开发利用的良好条件。在我国石油、天然气等化石能源资源十分短缺的情况下,开发利用生物质能,对于维护我国能源安全、优化能源结构、促进农村和农业发展、实现可持续发展具有十分重要的意义。为了加快我国生物质能的开发利用,借鉴欧洲国家生物质能开发利用的经验,结合我国经济和社会发展的实际,现提出促进我国生物质能开发利用的建议如下:

制定明确的生物质能开发利用目标

从战略的高度、用长远的眼光看待生物质能源。切实提高对开发利用生物质能重要性的认识,制定明确的生物质能开发利用目标和具体要求。根据我们正在研究制订的可再生能源规划思路,提出到2020年生物质能利用的目标为:生物质发电总装机容量20000万千瓦,生物固体颗粒燃料5000万吨,生物质液体燃料1000万吨。

加强生物质能利用技术的试点和示范工作

生物质能利用技术种类很多,技术的成熟程度也不一样。当前,需要结合我国实际,区分不同情况进行推进。

着手建立颗粒成型及颗粒燃烧试点和示范项目。目前,生物质固体颗粒成型技术是成熟的,燃烧生物质颗粒的锅炉技术也是成熟的,面临的问题主是要缺少市场需求,这需要通过政府来培育这个市场。因此,建议选择几个地区,将燃煤锅炉改造为燃烧生物质颗粒的锅炉,并同时设立几个生物质颗粒加工厂,通过签订合同的方式,为生物质颗粒燃料锅炉提供颗粒燃料。

加快推进我国自主生物质颗粒冷成型技术的应用。清华大学通过多年研究.利用生物质的纤维特性研制成了生物质颗粒冷成型技术,不仅成型过程不需要加热,能耗显著降低,而且设备也非常简单,既可以用于工厂的工业化生产,也可用于农村分散和移动生产。如果这种设备能够在农村广泛推广使农村多余的秸秆和林业等废弃物全部转化为生物质固体颗粒,首先用于农民基本生活能源需要,多余的卖给城市或工业锅炉替代燃煤,将会大大增加能源供应能力,也会显著增加农民收入。今后,农民不仅是粮食的生产者,而且也是能源的生产者,使生物质燃料生产成为农村的重要产业,从而促进农村经济和社会的持续发展。因此,建议选择一些地区进行试点和示范,目前,湖南、甘肃等省已做了一些前期准备工作,建议国家给予适当资金支持,促进其尽快见效。

积极支持生物质直燃发电技术发展。生物质直接燃烧发电技术成熟,在欧洲使用的已很普遍,我们面临问题主要是生物质的收集和管理体系。在生物质发电设备研究方面予以大力支持,同时对生物质发电项目也给予必要的资金支持和明确的政策支持。

开展生物质液体燃料试点和示范工作。利用能源作物制取液体燃料的技术在世界上已有许多实践和成功的例子。目前,巴西利用甘蔗、泰国利用木薯、欧洲利用油菜籽等制取液体燃料代替车用燃料已相当成功。建议同时开展以能源作物,如种植甘蔗、甜高粱、木薯和麻疯树等,生产生物液体燃料的试点和示范工作,以逐步解决我国的石油替代问题。

制定明确的政策措施,支持生物质能开发利用

生物质能开发利用在增加能源供应、保护环境的同时,将直接带动农村经济的发展,是解决“三农”问题的有效措施。因此,建议从国家能源发展战略和解决“三农”问题的高度出发,制定明确的促进生物质能开发以利用的政策和措施,目前应重点在设备制造和生物质能利用市场开拓方面予以大力支持。总体来看,生物质能利用技术和设备,如固体颗粒成型技术和设备、生物质燃烧锅炉技术和设备,都已基本成熟,需要在政府支持下推广使用,特别是生物质固体颗粒的推广应用,必须由政府在适当的资金支持的基础上,通过必要的行政手段进行推广,然后才能逐步走向市场。对于生物质发电的支持重点在上网电价方面,建议对于生物质发电上网电价的确定,既要考虑对环境的友好性,也要考虑对农村经济发展和农民增收的作用,不能简单与化石燃料发电成本进行比较。生物质发电的燃料主要由农民供给,给生物质发电一个合理的上网电价政策,给农民一个合理的生物质收购价格,相当于国家对农村经济和农民收入的支持,也体现了“工业反哺农业、城市支持农村”的要求。这样。既可以有效增加农民收入,调动农民的生产积极性,也可以促进生物质能的开发利用,较好地解决“三农”问题,是一举多得的好事情。

此外,为了促进生物质能技术的发展,建议设立生物质能专项资金,用于支持生物质能技术的研究和开发利用。

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一、生物质颗粒燃料来源、加工工艺流程和特点

物质燃料锅炉是采用高密度的压缩成型生物质作为锅炉的燃料，由于燃料的压缩密实，限制了挥发分溢出速度，所以生物质燃料燃烧主要由下面几个条件控制：一定的温度；一定的空气（氧气）；燃料与空气（氧气）的混合程度；燃料中的可燃物与空气中的氧气进行剧烈的化学反应时间。由于生物质燃料的燃点为250℃，其温度的提高由点火热供给。生物质燃料的燃烧过程是燃料中的可燃成分与空气中的氧剧烈化合并放出热量的过程。因而，氧气的供给量决定燃烧反应的过程，通过对供氧量的控制，可以很好地控制燃烧反应。另外，生物质燃料很有一定的水分，并且生物质燃料是经过压缩成型的，它的压缩密实，限制了挥发分溢出速度，不易着火燃烧的形成黄色明亮的火焰，容易冒黑烟。所以现运行的生活及工业锅炉的结构不适合直接使用生物质颗粒燃料，若不加改造直接使用生物质颗粒燃料，锅炉将出现冒黑烟、效率低、有粉尘污染等现象。因此，燃用生物质颗粒燃料锅炉需要加装专门的送风设施，在充分保证燃烧生物质“颗粒”供氧量的要求下，锅炉进风量可以进行调整。生物质颗粒锅炉的技术关键是：高密度生物质“颗粒”压缩成型加工设备与连续性生产的自动生产线、锅炉结构、燃烧方式、换热方式、送风方式突破传统模式。

二、物质燃料锅炉的运行

生物质燃料锅炉的运行与燃煤锅炉的运行一样，根据不同的锅炉规格型号设置不同的燃烧设备。但由于生物质颗粒燃料是经过压缩成型的，水分大、密度高、挥发分溢出速度慢，不易着火燃烧，容易冒黑烟。所以要保证生物质燃料燃烧完全，即：要使燃烧设备与所用燃料相适应；要从提高炉膛温度、改善燃烧来减少不完全损失；要从燃料空气比例，煤层厚度，炉排速度，炉膛负压和过量空气系数等来进行调节和控制；在运行中要加强检查、维护和保养。

生物质直燃发电技术也常规火力发电技术的区别主要有两点，同时也是两大技术难点，一时燃烧设备，二是上料系统。生物质的燃烧设备主要有：堆装燃烧、炉排式燃烧锅炉、悬浮锅炉、和流化床燃烧锅炉。目前，炉排式燃烧锅炉该技术在国外被广泛应用，有成功的运行经验。在国内已经建成和投运了25太机组，目前运行良好。振动炉排锅炉为自然循环、单汽包、但炉膛、平衡通风、室内布置、全钢架结构、底部支撑结构型锅炉。锅炉汽水系统采用自然循环，炉膛外集中下降管结构。该锅炉采用“M”型布置，炉膛和过热器通道采用全封闭的模式结构，很好地保证了锅炉的密封性能。过热蒸汽采用四级加热，三级喷水减温方式，使过热器温度有很大的调解裕度，以保证锅炉蒸汽参数。尾部竖井内布置有两级省煤器、一级高压烟气冷却器和两级低压烟气冷却器。空气预热器布置在烟道以外，采用水冷加热的方式，有效地避免了尾部烟道的低温腐蚀。

由于生物质燃料是经过高压低温压缩加工成型的颗粒状燃料，水分大，体积大，燃料之间相互碰撞阻力大，所以在安装螺旋式上料机时要注意以下几个方面：螺旋式上料机安装时，输料管与地面下储料斗连接时要有一定的倾斜角度。但为了节约锅炉房占地面积，同时又符合锅炉房设计规范的工艺布置要求，所以输料管的倾斜角≤60°为宜。在燃料经过螺旋式上料机的螺旋轴转动下通过输料管进入到密闭式料斗时，由于燃料层厚度受煤闸门的限制。因此，为了避免燃料进入的太多，造成燃料在密闭式燃料斗和输料管内积压，并影响燃料通过煤闸门。可以在螺旋式上料机最上端与密闭料斗连接的输料管最上端位置开一个检查孔，并安装一个行程开关对螺旋式上料机电动机的启动、停止进行自动控制。当密闭式料斗和输料管内的燃料积压时，可以自动切断螺旋式上料机电动机电源，而使螺旋式上料机停止工作；当密闭式燃料斗和输料管内的燃料缺少时，自动连接螺旋上料机电源，使螺旋上料机开始工作，往输料管密闭式料斗内输送燃料。由于生物质燃料是高挥发分燃料，燃料的燃烧速度比煤快，并且燃烧所含的灰分比煤低，燃料的燃尽率比煤高。生物质燃料的燃尽率可达到96%，而煤的燃尽率在85—94%之间。所以生物质燃料在燃炉中的燃烧温度能达到1060℃以上。因此根据锅炉负荷情况，正确调整生物质燃料层的高度及炉排转，是为了最大的提高锅炉热效率的一项措施。一般燃煤锅炉的煤层厚度控制在100—140毫米之间，负荷高时加高煤层厚度，负荷低时减低煤层高度。炉排机转速一般情况下可控制在250—400转/分钟，最高不超过450转/分钟，以维持煤燃料的足够燃烬时间。而生物质燃料的燃点低、挥发分高、燃烧速度快、燃烬率高、燃烧温度高。所以根据生物质锅炉经过一个采暖期运看，我们认为生物质燃料锅炉的煤层厚度一般控制在130—150毫米之间，负荷高时可加高燃料层厚度，负荷低时减低燃料层厚度。炉排机转速一般情况下可控制在300—500转/分钟，最高不超过550转/分钟。以便维持生物质燃料足够的燃烬时间。如果炉排机转速过慢，容易引起倒燃而使燃料斗里的燃料着火。所以在锅炉运行要随时观察炉排上燃料燃烧的情况，如燃料斗里的燃料有着火现象，应及时加大炉排机转速，以消除燃料斗里的燃料着火情况。

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[关键词]生物质 能源使用现状 参考数据 燃烧

[中图分类号]U676.3 [文献码]B [文章编号]1000-405X（2013）-6-187-1

1 生物质资源概述

1.1 生物质燃料的概念

生物质的原料主要为玉米等农作物的秸秆、稻草、稻壳、木屑、芦苇、蒿草、树枝、树叶等生物质废弃物。这些农林剩余物经粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，最后制成颗粒状燃料，可直接作为生物质燃料熄灭，具有熄灭时间长、炉膛温度高、经济实惠等特性，因而能够作为煤炭、自然气、电、油等能源的补充以至是替代能源。

1.2 我国能源使用现状

如今我国大力倡导能源的利用效率，以高新技术开发低污染、可再生的新能源，逐步取代石油，煤，天然气等不可再生能源，是解决能源危机和环境问题的重要途径。在我国冬季采暖常用的方式就是应用煤炭、燃油供暖。耗能高、污染大，是这些供暖方式是有很大的弊端的。一到冬季，矿物质燃料在供暖中的大量运用，严重地污染着我们身边的空气环境。国内能源专家普遍以为：生物质燃料是很好的清洁性可再生能源，在环保形势日益严峻的今天，应该依据实践，以生物质燃料取代煤、油燃料。

据调查，采用生物质燃料的取暖锅炉，1小时耗费生物质颗粒约8kg，依照冬季取暖时节5个月计算，共需求耗费生物质颗粒约124吨，以每吨650元计，需求消费近9000元，相比过去燃煤的破费，每个冬季可俭省1612元，并且无污染，有利于维护环境。此外，当前采用电、油、燃气的供暖及供气企业，由于各类清洁燃料价钱的上涨，迫切需求清洁、经济的替代燃料。因而物质燃料锅炉的推行具有重要意义。

2 锅炉生物质能技改项目概况

2.1 锅炉工况的分析

减少和防止锅炉四管漏泄要从备件的运行操作和检修工艺等最基本方面人手，坚持预防为主，质量第一的方针。组织由锅炉检修、锅炉运行、热工、电气、化学、金属和热力试验人员组成的攻关小组，做好基础工作，分析原因，提出合理的措施，开展长期、经常性的防止受热面漏泄的工作。进行了较为全面的工业性试验。根据锅炉生物质料层的高度和布置要求，对燃煤锅炉的前墙水冷壁管进行重新设计制作，增加前锅炉的排表面的距离，增大其空间，对生物质粉料喷口和二次风，增加链条炉排长度并在炉前新设片状生物质小料斗，根据热力计算工况增大省煤器受热面，以适应生物质燃料燃烧特性。

2.2 炉内壁温

锅炉内壁温随负荷的变化。从炉内壁温曲线上可以看出，炉内壁温随着负荷的增加而增加，同时总体壁温水平偏高。处于水平烟道右侧和入口在三通涡流区中的管壁温水平最高。这是热偏差与水利偏差相叠加的结果，实际运行证明了这一点，该管在管材提高档次前常发生爆管。炉内壁温测点采用金属喷涂法安装热电偶，测量值是正误差，曾做过标定，试验值偏高10℃-15℃。热偏差在通过调节炉膛火焰中心位置以达到调节再热气汽温的目的。燃烧器下摆，炉膛出口烟温下降，各级受热面的壁温也随着下降，对改善对流受热面的运行条件，作用是非常明显的。调整好喷嘴角度，由于喷嘴角度检修不当，使火焰冲刷水冷壁及炉墙而结焦。应根据结焦规律和炉膛结构调整喷嘴方位，一般是将火焰尽可能调向炉膛中心中心切圆附近以减少结焦。在此使用优质生物质在锅炉内燃烧，在稳定燃烧区域比较集聚。生物质燃烧得很干净，不留过多灰烬。同时在大量增加燃烧量的情况下，加大鼓引风至最大保证其压力平衡，可以降低其燃烧热度。并且能源节省也很明显。

2.3 锅炉燃烧生物质与煤的燃料特性对比及燃烧特点

生物质中硫的含量极低，基本上无硫化物的排放。所以，利用生物质作为替代能源，对改善环境，减少大气中的CO2含量，在“温室效应”都有极大的好处。因此，将生物质作为化石燃料的替代能源，便能向社会提供一种各方面都可被接受的可再生能源。下面表2典形生物质成型燃料和煤的工业分析及元素分析

分析表2生物质成型燃料的特点：

（1）灰分少，燃烧得充分，残余量极少，利于减少锅炉排热损失。

（2）相比与煤炭生物质含量很高，一般超过50%，它的含氧量也多于煤炭，容易燃烧火势旺。然而，碳的含氧量较低，因此它的发热值较相对低，要想达到锅炉的热力，必须加大燃料供给量，同时还要满足完全燃烧的条件。

（3）生物质的硫的含量极低，对环境的保护的相当有益的，污染空气指数小。

从矿物能源资源有限和因大量使用会造成环境状态恶化的战略观点出发，结合我国拥有丰富生物质资源的现实，逐步发展工业锅炉生物质的燃烧技术，对节约常规能源、优化我国能源结构，将有积极意义。

常规热电联产业配备的燃煤锅炉进行改燃生物质的改造，取得了成功，为我国家节能减排工作作出了贡献。对新能源的开发利用做好榜样，起到了较好的实践示范作用。同时为各企业今后的发展开启先导。

3 结语

在发展中国家中，好的锅炉能提高效率减少燃料垃圾的收集的排放，使得生活环境得到提升，新的先进技术替代陈旧的工业市场中的燃烧技术。在生物能源项目和市场规模不断扩大。在各类市场应用大规模的转换装置的趋势将会持续。增加燃料适应性，降低风险，使得费用最小化，并通过将燃煤锅炉改造为生物质能锅炉其节能减排的功效较为明显，同时也将生物质能利用效率大大提高。采用规模经济对生物质能整体来说非常重要。能源系统的发展是个整体，生物质的使用将日渐成为人们生产运输燃料或生物材料的重要工具。

参考文献

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关键词：生物质 秸秆 汽化 乙醇

一、背景及意义

中国是一个人口大国，又是一个能源消费大国。我国石油资源缺乏，人均石油储量不到世界平均水平的十分之一，目前石油消费一半左右依赖进口，国际石油市场价格波动已经影响到我国国民经济的稳定发展，而燃油锅炉每年需要消耗大量的石油资源，对宝贵的石油资源是一种极大的浪费。同时，消费化石资源造成了大量二氧化碳排放，我国每年仅燃煤燃油锅炉排放的二氧化碳就达到25亿吨，形成严重的温室效应。

我国是一个农业大国，每年仅农作物秸秆就生产约7亿吨，其他生物质原料木屑、稻壳等也数量巨大，如此之大的资源除了一小部分用于畜牧业外，其余大部分或直接燃烧，或作为农村沼气发酵的原料，但这些利用方式有些是浪费资源、污染环境，有些是利用率低、应用范围狭窄，不利于秸秆等生物质的再利用连续化、大规模化、产业化。

基于此，设计研究一种生物质能利用率高、应用范围广的工艺及相关设备并推广应用已经成为解决能源、资源、环境、农村等问题有效途径。

二、国内外研究、发展现状

目前国内市场上已经普遍出现生物质颗粒燃料气化锅炉、气化发电机组等产品。其中目前先进的秸秆气化炉直接将农作物秸秆转化成燃烧气体，其燃烧效率达95.5%以上，热效率达到82.5%。但是，生物质在气化过程中，由于高温裂解而产生的灰尘和焦油以微粒的形态存在于生物质燃气中，焦油微粒在温度降低时会重新凝结成固态的焦油，并与燃气中的潮湿灰尘微粒结合，堵塞管道，用于发电中将严重损坏燃气发动机的机械部件。因此，如何将生物质燃气中的灰尘和焦油微粒除去，确保生物质燃气在通过燃气发电机组来产生电能的过程中，不因灰尘、焦油凝结而导致燃气发动机损坏或停机，是生物质气化发电技术应用中面对的一项难题。

为了除去生物质燃气中的灰尘、焦油微粒，而且要保证去除过程中不在产生对环璄的二次污染上，目前大部分的生物质气化设备生产厂家都是采用机械方法，这种方法只能在一定程度上减少燃气中灰尘和焦油微粒的含量，而且在支除过程中会产生污水，废气的污染，因此燃气发电机组在经过一段短时间运作后，最后还是会因灰尘和焦油微粒越积越多而出现故障，导致停机。而一般捕焦、除尘设备，虽然早已出现，但这类产品都是针对大型的火电厂、化工厂、洗煤厂而设计开发的，而一般生物质气化发电项目的燃气流量较小，且生物质燃气与火电厂、化工厂需要处理的气体性质有很大差别，因此，目前市场上还没有针对生物质气化而设计生产的有效除尘、除焦且不对周遭环璄产生二次污染装置和产品。

三、研究目标、内容、方法

1.研究目标

本方案研究的的目标是设计一套生物质连续焦化造气工艺技术及其相关设备，利用农作物秸秆、稻壳、玉米棒以及树技、树叶、杂草等生物质，经过粉碎、挤压成型、燃烧造气、冷却炭化等工艺流程，产生焦油、可燃气、炭块或炭粉等产品。

2.研究内容

工艺流程的初步设想是首先将粉碎过的原料倒入生物质连续焦化造气炉的加料器中，电机传动系统带动搅笼将加料器中的秸秆碎料挤压成型，成型后密度达到普通木材的密度。成型后的原料通过输料管进入造气炉的预热段，目的是控制原料和设备的温度，阻止燃烧室的热量向挤压成型机传递，防止设备材料在高温下的失效。随着原料连续挤压，输料管内经预热的成型原料进入燃烧室进行低氧燃烧，过热的原料再经出焦炉冷却水冷却产生焦油，冷却水汽化成水蒸汽，部分水蒸气通入气化室，与燃烧的原料接触裂解产生大量炉气，其中含有焦油气、甲烷、一氧化碳等可燃气体。原料继续进入冷却室冷却碳化，形成炭棒，经过其他辅助装置粉碎可形成炭块或碳粉，经星形轮收集出料。

产生的炉气要经过进一步的分离。炉气首先通过去焦冷却器进行冷却，焦油气经冷却在管壁凝结，刮板上下运动将管壁上凝结的焦油刮下并挤入焦油储罐中。同时，经分离出来的炉气通入喷淋吸收塔水洗，除去炉气中二氧化硫等污染性气体和未被液化的焦油气。喷淋液经过用碎秸秆填充的除油器，动态地除去其中洗出的残余焦油，吸收过的秸秆回运到生物质连续焦化造气炉进行燃烧。最后收集到的可燃性炉气通入储气柜中。

因此，需要设计的静设备有生物质连续焦化造气炉、去焦冷却器、吸收塔、除油器、焦油储罐、喷淋液储罐、炉气气柜，需要选型的动设备有真空泵（或通风机）、洗液泵、喷淋液泵，此外还有管道、阀门等器件的设计和选型。

目前市场上的相关产品是先造粒，再将制成的生物质颗粒进行造气，尽量控制副产品焦油的产出量，使其大部分气化，并将炉气作为发电用的燃气送入发电机组发电。因此就决定了本方案具有以下几点创新之处：

第一，集制粒、造气、出焦于一体，目标产品是炭颗粒、焦油、炉气。

第二，连续大规模处理生物质原料，他不同于先造粒再造气的现有技术和工艺。

3.研究方法

通过阅读大量的相关书籍、文献和研究成果，综合归纳出所需要的内容。根据有关国家标准和行业标准设计。

参考文献

[1] 董天峰，赵国明，张重，张蕾蕾.家用秸秆气化炉的技术现状及发展趋势[J].农业与技术，2008，28（3）：97.

[2] 梁小平，李欣，王雨，赵欣.生物质气化技术及其在西部地区的应用浅析[J].环境科学与技术，2008，31（10）：34页.

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关键词：钻井；废水；污染物；处理

中图分类号：[TE992.2]

前 言

在石油勘探开发后期，井场废水池内会储存大量的钻井废水和废弃泥浆。由于坑池的渗漏、溢出、淹没等都可能引起地下水和地表水的污染，因此这种可能成为长期污染源的钻井废水处理倍受人们关注，迫使工业上必须寻找较好的处理钻井废水方法。

1 钻井废水的组成及特征

1.1 钻井废水的组成

在钻井作业过程中，钻井液是保证钻井正常运行不可缺少的物质。在钻井作业完成后，作业现场会残留大量废弃的钻井液。由于石油钻井的野外作业特征，施工现场所有的废弃物几乎全部积存于废泥浆储存坑内，这使得钻井废弃物中的有害成分复杂化，最终形成一种由粘土、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等组成的多相悬浮性的钻井废泥浆[1]。

主要产生渠道有以下几种[2]：

（1） 废弃泥浆。钻井过程中，有些泥浆被污染而变质、或由于稀释造成泥浆过多及泥浆老化等原因，使人们不得不弃掉这部分泥浆。这部分泥浆往往进入废水池。

（2） 散落泥浆。地面循环系统如泥浆槽、泥浆净化设备等散落泥浆。

（3） 岩屑冲洗。对岩屑的冲洗及雨水的冲刷，使泥浆变为废水。

（4） 钻井设备的冲洗。对钻具及震动筛的冲洗及泥浆罐的定期淘洗都将使泥浆及油料变为废水。

1.2钻井废水的污染特点

（1） 色度大，呈黑褐色；

（2） pH值在6―9之间；

（3） 悬浮物浓度高，其原因是钻井液体系中所用处理剂较多，使膨润土颗粒稳定，不易聚沉，从而使得钻井废水在循环使用中，颗粒浓度增加；

（4） 有机质添加剂种类多，成分复杂。在钻井液循环作用过程中，可溶性有机化合物在废水中逐渐富集[3]。

2 钻井废水治理中存在的问题及其原因

2.1 废水的组成复杂、浓度高

由于钻井深度的增加，地层条件越来越复杂，常常需要调整和更换泥浆体系，使得处理剂的数量和种类不断增加；同时由于环保法规的日益严格，为了尽可能地减少废水的产生，钻井废水常常实行多次循环，用于调配泥浆、冲洗震动筛等。这样，必将导致钻井废水组成越来越复杂，污染物富集导致浓度越来越高。

2.2处理后的污泥池存在一定的安全环保隐患

钻井井场的污泥池在钻完井后，废水自行风干或渗入土壤，再进行加药固化，最后填埋处理。但是这种处理方法不能有效的处理钻井泥浆，存在固化时间长、固化程度不够，只固化了泥浆表面，而泥浆池深处仍处于固液混合状态，有一定的安全环保隐患。

2.3单一处理方法处理后的钻井废水不能达到污水综合排放指标

目前国内外钻井废水处理技术，都以较单一的方法处理。但是单一的方法很难保证处理的效果，处理后的钻井废水不能达到污水中和排放指标，对环境造成严重污染。

3 现有钻井废水处理方法分析

3.1 物理法

过滤法是去除悬浮物，特别是去除浓度比较低的悬浊液中微小颗粒的一种有效方法。过滤时，含悬浮物的水流通过具有一定空隙率的过滤介质，水中的悬浮物被截留在介质表面或内部而去除。膜分离法也是一种物理处理法，是用一种特殊的半透膜将溶液隔开，使溶液中某种溶质（水）渗透出来，达到分离溶质的目的。

物理法是最简单的废水处理方法，对于大颗粒的悬浮物处理效果明显，但对于小颗粒物质、化学添加剂等物质无法处理。

3.2 化学法

化学处理法主要为化学氧化法，该法是去除废水中污染物质的有效方法之一。其目的是将污染物氧化为无害的终端产物或易降解的中间产物。通过化学氧化，可使废水中的有机物和无机物氧化分解，从而降低废水的BOD和CODcr值，使废水中的有害物质无害化。其常用的氧化剂有臭氧、次氯酸钠、漂白粉和双氧水等。其中臭氧是一种极强的氧化剂和消毒剂，其氧化反应快、在低浓度下也可进行，在水中不产生持久性残余，无二次污染问题，适用于深度处理。

由于化学处理剂来源广泛，处理费用较低，处理工艺过程也很简单，所以化学法是目前最普遍的废水处理方法。

3.3 物理化学法

电解凝聚浮选法、气浮选法等。主要使用于钻井初期的钻井废水，其废水中主要含有油类物质、机械杂质和少量有机质。该方法主要是将出现的气体微泡混入含有油及机械杂质的废水中，气泡上浮与水中的微小颗粒及微粒油粘附在一起，使油和固体颗粒上浮至水面，被撇油器从水面撇除。

这种方法的明显不足是费用较高，但效果较好，除油率可达90%以上，机械杂质、悬浮物的去除率达95%以上[6]。

3.4 生物法

废水生物处理法可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法两大类。

好氧生物处理是在游离氧存在的条件下，以好氧微生物为主使废水中有机物降解、稳定的无害化处理方法；由于生物膜的吸附作用，当废水在填料表面流动时，有机物被生物膜所吸附。同时，空气中的氧也经过废水表面进入生物膜，膜上的微生物在氧的参与下对有机物进行分解，使废水得到净化。

厌氧生物处理是在无游离氧的情况下，以厌氧微生物为主对有机物进行降解、稳定的处理方法。通常是在无氧条件下，利用微生物将有机物转化为甲烷及其他无机物（CO2、NH3）的过程，即通过此方法，可将复杂的有机物分解为简单物质，将有毒物质转化后无毒物质，使废水得到净化，具有有机物去除率高、工艺操作简单、可靠和维护费用低等优点。

但因为钻井废水中往往含有可溶性有机物，不利于微生物生存，所以该法对钻井废水处理的适用性较低。

4 建议

由于废水的成分太复杂、浓度太高；混凝剂的质量和效能不高；处理工艺不完善；化学混凝法去除污染物的能力有限等原因，造成钻井废水处理效果不够理想，COD、色度达标率偏低的现象。展望钻井废水处理的发展趋势，还应加强以下几个方面的工作：

（1） 加强钻井废水处理剂的不断改进和完善

在现行的钻井废水处理工作中，单一类型的处理剂不能满足钻井废水的处理需要。因此，研制一类能广泛适用于各种钻井废水的处理剂是十分必要的。

（2） 加强钻井废水处理工艺的研究

钻井废水的处理工艺在不断发展之中，应逐步加强和完善钻井废水的全封闭循环处理工艺。因为它具有新鲜水用量少，处理水的重复利用效率高，外排废水量少的特点，是具备较佳的经济效益和环境效益的一种处理工艺。

（3） 加强现场管理和技术改造

对现场作业要加强管理，推广HES管理体系。减少钻井泥浆的废弃和外排以及研究使用优质低毒泥浆和易降解的有机添加剂，减少钻井废水对环境的污染。

参考文献：

[1] 周迅.钻井液的处理技术综述.田环境保护.2001 ，11 （2） .

[2] 金文彪，秀珍，宋莉晖. 生物技术在油气田环境污染治理中的应用. 油气田环境保护，1996 ，6 （3） .

[3] 胡超，李巨龙. 混凝剂处理钻井废钻井液的研究. 煤田地质与勘探， 2001 ，29 （4） ： 58260.

[4] 杨明杰，梁万林，金庆荣，等. 钻井废钻井液综合治理技术研究. 矿物石，2003 ，23 （1） ： 1092112.

[5] 刘勇建，沈军，张建龙. 废钻井液固液分离的试验研究. 广东工业大学学报， 2000 ，17 （2） ： 53257.

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关键词：纳米颗粒; 电化学生物传感器; 酶电极

中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）02-0281-02

1 引言

生物传感器是用固定化的生物活性成分为敏感元件与适当的能量转换器件结合而成的传感装置,用以测定一种或几种分析物的含量。生物传感器是多学科交叉的产物，是一种全新的检测技术，在生命科学、临床诊断、环境监控以及过程控制等各种领域都有所应用。生物传感器与传统的检测手段相比，具有高专一性和灵敏度，响应时间快的明显优势，但对于实现在线、实时检测的要求仍有一定差距。

纳米技术主要是针对尺度为 1~100nm 之间的分子世界的一门技术，是21世纪最前沿的两大学科之一。纳米颗粒处在宏观体系和微观体系之间的过渡区域，是由数目极少的原子或分子组成的原子群。纳米颗粒的特殊结构使其具有微尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，并由此引起力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等方面的特殊性质。它具有比表面积大、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强、表面活性高等优点而被用于电化学生物传感器的研究，以提高灵敏度和缩短反应时间。

2 电化学生物传感器

电化学生物传感器是以酶、微生物、抗原或抗体、细胞、动植物组织为敏感膜，以将生物量转换为电信号的电化学电极为转换器组成的装置。根据其产生电信号的类别，可分为电流型和电位型两大类。目前研究较多的是各种酶电极。

酶电极就是利用酶对生化反应催化的单一性目标物质进行检测。在绝大多数情况下,生物酶会保持极大的选择性。通常在生物酶的催化下发生如下的生化反应：

S1+S2enzymeP1+P2

式中，S1为目标物，S2为媒介物，P1为生成物1，P2为生成物2。当目标物S1的浓度不能被直接检测时，可以通过检测媒介物S2的减少量(或P1、P2的生成量或生成速度)来获得目标物的浓度。

3 研究现状

3.1 纳米颗粒用作抗干扰剂

长期以来，减小共存电活性物质，特别是抗坏血酸(AA)的干扰是葡萄糖生物传感器研究的重点。最近，研究人员将MnO2纳米颗粒溶于壳聚糖溶液中，电沉积在葡萄糖氧化酶(GOD)修饰的电极表面，形成一层氧化物薄膜。这样制得的生物传感器可以很好地消除AA的干扰，而对葡萄糖的测定没有影响。

3.2 纳米颗粒标记

许多文献报道了胶体金在各种生物传感器中的信号放大作用。首先把生物素化的白蛋白吸附在电极表面，再与10 nm直径胶体金标记的亲和素反应，由胶体金引起的电流响应与亲和素浓度在一定范围内线性相关。纳米颗粒也可以用来定位肿瘤，荧光素标记的识别因子，与肿瘤受体结合，可以在体外用仪器显影确定肿瘤的大小和位置。另一个重要的方法是用纳米磁性颗粒标记识别因子，与肿瘤表面的靶标识别器结合后，在体外测定磁性颗粒在体内的分布和位置，从而给肿瘤定位。

3.3 纳米颗粒用作固定载体

在生物传感器的研制中，人们尝试用多种新方法来固定酶，以期达到实用的要求。纳米颗粒比表面积大、吸附能力强，可以很牢固地吸附酶等生物大分子，增加酶的吸附量和稳定性，且蛋白质等物质吸附在纳米金属颗粒的表面上仍能保持生物活性。

（1）纳米颗粒在GOD电极中的应用。

用超细颗粒固定化酶是传感器研制中最有前途的方法。早期的研究主要集中于单一纳米颗粒，后来发展为将复合纳米颗粒应用于GOD和其它酶电极中。

①复合纳米颗粒的应用。

任湘菱用憎水银-金纳米颗粒进行GOD的固定化研究表明：憎水银-金纳米颗粒可以显著提高GOD酶电极的响应灵敏度。这主要是由于：(1)金属纳米颗粒本身就具有催化活性：当金属原子簇所包含的原子数少到一定数目时，颗粒本身具有从周围体系中吸取电子而被还原的特性。因而在GOD酶反应中纳米颗粒迅速地从被还原的GOD(FADH2)获取电子而使GOD重新具有氧化性,这样就加速了酶的再生速度；(2)纳米颗粒表现出显著的不同于块体材料的特性，其非常大的表面积和较高的表面自由能使得大量GOD牢固吸附在纳米颗粒表面，在一定程度上钝化了酶的构型，使其不易发生进一步的变化而失活，增加了酶的稳定性和催化活性。

将纳米憎水Si02和亲水Au组成的复合纳米颗粒固载GOD构建的传感器，可以保持GOD的活性和延长酶电极的寿命，其效果明显优于这两种纳米颗粒单独使用时对GOD电极响应性能的增强作用。主要原因是复合纳米颗粒比单一纳米颗粒更易于形成连续势场，降低电子在电极和固定化酶之间的迁移阻力，提高电子迁移率，有效地加速了酶的再生过程，所以复合纳米颗粒显著增强了传感器的电流响应，提高了传感器分析葡萄糖的灵敏度。

②纳米颗粒与修饰电极联用。

钟霞等人用(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷凝胶溶胶修饰的金电极表面自组装纳米金和GOD。研究表明，纳米金可与巯基结合，形成牢固的共价键，增加了其固化GOD的稳定性而不影响其活性；纳米颗粒增加了三维电极的有效固定面积，可以结合更多的GOD，使得检测下限延长；同时纳米金的存在加快了GOD活性中心FDA/FDAH2与金电极表面的氧化还原反应，因此制成了高灵敏度的生物传感器。

研究分析，在纳米铜修饰的金电极上以邻胺基苯酚聚合物固载GOD制成的电极，纳米铜加入后对葡萄糖的检出线低2倍，最大响应电流高3倍，灵敏度提高了2.5倍。

（2）纳米颗粒在辣根过氧化酶(HRP)电极中的应用。

将巯基化的苯乙烯丙烯酸共聚物修饰的金电极自组装纳米金颗粒和HRP，获得的传感器在没有电子媒介体的情况下仍具有很强的电催化响应信号，并且该传感器在使用60天后仍具有98.7%的生物活性，显示了很高的可重复利用率。

采用TiO2纳米颗粒与聚乙烯醇缩丁醛作为固酶基质，用凝胶溶胶法固定HRP，构成过氧化氢生物传感器。实验结果表明，纳米TiO2颗粒的引入明显提高了HRP对H2O2的响应电流。

研究还发现，将TiO2纳米颗粒溶液与HRP混合，涂覆在热碳电极上，挥去溶剂后成为固载HRP的TiO2膜。纳米TiO2颗粒大的表面积保证了膜的稳定性，其良好的生物兼容性使酶保持原有的结构和电催化活性，并为酶和电极之间电子传递提供了最适的微环境。HRP-TiO2膜的这些特点具有广泛的应用价值。

利用纳米金、HRP、壳聚糖和戊二醛的混合溶液，在玻碳电极表面形成稳定固载HRP的壳聚糖膜。纳米金与HRP形成静电复合物，防止了HRP从壳聚糖膜中泄漏并提供适应酶所需的微环境，保持了HRP的生物活性。

另外，利用血红素(Hb)代替HRP，将其固定到纳米金修饰的电极表面。由于纳米金的存在加快了电子传递过程，复合电极对H2O2有很强的还原作用，且稳定性好。也有人用纳米ZrO2/DMSO(二甲亚砜)膜为基质，将Hb固定到PGE表面，保持了其原有的构型和催化活性，且电极在74℃的高温下稳定。

（3）纳米颗粒在其它酶电极中的应用。

将巯基乙胺固载到玻碳电极表面，进而化学吸附纳米金，并通过半胱氨酸用戊二醛作交联剂，将白喉抗体固定在玻碳电极上，制得的电位型免疫传感器灵敏度高，对白喉类毒素检测的线性范围是24~600 ng/ml，检出限为5.2 ng/ml。已研制的Nafion/黄嘌呤氧化酶(XO)/纳米金胶电流型生物传感器能快速灵敏地检测次黄嘌呤，并且有非常低的检测限，该生物传感器有望实现对次黄嘌呤的在线测定。国内外研究人员还用纳米金胶吸附XO、牛碳酸脱水酶并电沉积在基础电极(如铂和玻碳电极)上制成不同的电流型生物传感器。

4 发展趋势

近年来，将各种纳米颗粒应用于电化学生物传感器的研究，正引起人们极大的兴趣，并使传感器技术获得巨大进步。初步实验结果表明，纳米颗粒以其吸附能力强、生物兼容性好、催化效率高等优良性质，在生物标记、放大信号、消除干扰和多种酶的固定化技术中得到了广泛地应用：大幅度提高了检测的灵敏度，缩短了响应时间，实现了目标物的实时检测；延长了一些酶电极的使用寿命，降低了成本；同时使仪器向微型化发展成为可能。

但也不难看出，目前的研究工作仅在少数几种物质的实时检测中取得了良好的结果，而且所使用的纳米颗粒的种类也很有限。为了最大程度地保持酶的生物活性，延长酶电极的使用寿命，进一步提高生物传感器的灵敏度和响应电流，缩短相应时间，在纳米制备方法的改进、各种形式的有机或无机纳米材料的应用、特殊结构和材料的电极的研制等方面，仍有较大的发展空间，有待于科学工作者进行更深入地研究，以期制造出综合型、智能型的纳米仪器。

参考文献

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关键词：纳米材料；生物安全；应用

中图分类号：G301 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0082-02

一、什么是纳米材料

纳米材料是处于纳米尺度范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的超精细颗粒材料的总称，根据物理形态划分，纳米材料大致可分为纳米粉末（纳米颗粒）、纳米纤维、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类。由于纳米尺寸的物质具有与宏观物质所迥异的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子限域效应等，因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能。1984年，德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议上，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。

二、纳米材料生物安全性问题的提出

进入21世纪以来，纳米科技发展迅猛，大规模生产的各种人造纳米材料已经在生活消费品和工业产品中广泛使用。据统计，纳米材料已经应用在近千种消费类产品中，来提高原有的功能或获得崭新的新功能，包括化妆品、食品、服装、生活日用品、医药产品等领域。然而，近年来的研究发现，由于小尺寸效应、量子效应和巨大比表面积等，纳米材料具有很强的“双刃剑”特性，即在提高原有材料功能同时也存在巨大的安全风险。例如，美国科学家让一组小鼠生活在含20纳米特氟隆颗粒的空气里，结果小鼠在4小时内全部死亡；而另一组生活在含120纳米特氟隆颗粒的空气里的小鼠，却安然无恙。仅仅尺寸改变，竟导致如此巨大的生物毒性变化。美国科学家还发现纳米颗粒可通过胎盘屏障由母体进入到胎儿体；碳纳米颗粒可经嗅觉神经直接进入动物脑部；一些人造纳米颗粒在很小剂量下也容易引起器官炎症，或导致大脑损伤，使机体产生氧化应急，随纳米尺寸减小生物毒性有增大的趋势。研究还发现，纳米颗粒非常容易进入细胞，它们对细胞的结构和功能产生什么影响？一些人工纳米结构具有自组装能力，它们在生物体内的不同微环境里，会自组装成不同的可蔓延生长的特殊结构，这些结构对生物大分子的结构和功能将产生什么影响？它们是否会干扰生命过程的正常进行？

三、纳米材料的生物安全性成为科学前沿问题

2005年12月，美国政府以世界“经济合作发展组织（OECD）”的名义，召集世界各国政府，在美国首都华盛顿召开了“人造纳米材料的安全性问题”圆桌会议，讨论如何采取措施，保障“人造纳米材料的安全性问题”。纳米安全性问题之所以引起各国政府和科学界的如此重视，是因为纳米材料的应用事关人体健康和安全，而“健康和安全”永远是国家的重大需求。纳米科技事关国家前沿科技的发展，美国国务院代表在华盛顿的“纳米安全会议”上说“保障纳米科技的健康可持续发展，是保持我们科技领先地位的国家战略”。纳米科技居于21世纪公认的前沿科技之首。因此，为纳米科技保驾护航，是国家层面的重要战略目标之一。同时，率先开展纳米材料的生物安全性研究，就有可能抢占先机，抓住在科学上取得重大突破的机遇：人造纳米结构或纳米颗粒与生命体相互作用过程是一个未知领域，存在许多新现象、新问题、新规律，无论对纳米科技的发展或者对理解生命过程本身都孕育着新的挑战和机遇。抢占先机，就意味着拥有取得重大突破的机会。

四、目前急需解决的难题

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关键词：低碳经济；生物质能；生物质发电技术；发电

一、引言

在能源发展领域，生物质能备受各国关注。生物质能在我国发展较晚，与其他国家相比有一定的差距，所以在生物质能研发方面需要制定长远的发展规划，使低碳经济能顺利发展。生物质能通过高技术被转化为高品位洁净的液体和气体燃料，取代化石燃料的位置，在城市煤气、交通运输、电力等方面得到很好的应用。

二、低碳经济概述

由于当前世界气候环境和能源安全受到严重的威胁，所以急需发展低碳经济。巴西、美国、英国等都在发展低碳经济。在低污染、低能耗、地排放的基础上，建立一种新的经济发展模式使生态效益、社会效益、经济效益相统一，这种经济模式被称为低碳经济。能源消耗问题是它的一个核心问题，不可再生的传统能源如石油、煤炭等日益缺乏，各国的能源安全严重受其影响，所以新能源的开发和利用是非常必要的。世界各国主要应用的新能源开发方式是开发利用生物质能。生物质能和传统能源相比，价格便宜、资源量大、分布广、可再生、灰分少、含硫量低，并且co2净排放量为零，温室气体的排放得以减少。

三、生物质能在我国的发展状况

生物质能在我国有着非常丰富的来源，主要是秸秆类生物质。在政策方面，我国签订了国际公约《气候变化框架公约》等，并且颁布了《中国环境与发展十大对策》等，这位可持续发展起到了很好作用。我国加快推进核电、水电建设，有序积极的做好可再生资源的转化利用如生物质能、太阳能、风电等。在我国现代生物质能技术提供极大的发展空间在农业和工业方面，生物质能在现代技术条件下被转化成气态、液态、固态的生物质燃料，工作环境和能源利用方式得到了显著的改善，能源的利用率大大提供了。总而言之，在不断的探索和实践中，我国的生物质能开发利用形成了一定的规模、取得了较大的成效。

四、开发应用生物质发电技术

（1）气化发电

生物质被转化为可燃气，并且燃气发电设备在可燃气的推动下进行发电，这是生物质气化发电技术的基本原理。有三个过程包含在气化发电工艺中：①固体生物质被转化为气体燃料，这个过程就是生物质气化；②像如焦油、焦炭、灰分等这样的杂质蕴含在气化出来的燃气中，净化系统在过滤气体的时候将杂志除去，这个过程就是气体净化；③在发电时应用燃气内燃机或燃气轮机，有的工艺在发电过程中增加蒸汽轮机或余热锅炉使发电效率提高，这个过程就是燃气发电。另外，流化床气化炉和固定床气化炉是气化炉的两种类型。在此我们针对流化床气化炉进行一定的介绍。作为一种先进的燃烧技术，在生物质燃烧方面流化床燃烧已经取得成功。一个简单的流化床由布风板、燃烧室组成，生物质通过布风板气化剂进入流化床反应器中。按照气固流动特性的不同流化床被分为循环流化床和鼓泡流化床。气流速率在鼓泡流化床气化炉中相对较低，几乎没有固体颗粒从流化床中逸出，如果生物质原料的颗粒较大的话可以使用这种气化炉，并且需要增加热载体。流化速率在循环流化床气化炉中相对较高，大量的固体颗粒在流化床中由旋风分离器进行收集并且被重新送入炉中再次进行气化反应。

（2）燃烧发电

生物质在适合燃烧的特定锅炉中能够直接燃烧，汽轮发电机在产生的蒸汽驱动下进行发电。锅炉是生物质发电装备中的关键设备，其中振动炉排锅炉由于热效率高、技术成熟，得到了广泛的应用。炉排是炉排炉的关键部件，生物质在炉中的移动是通过可调节、可移动的炉排来控制的，而且炉排使炉排炉能够调节一次空气量，实现调节燃烧。炉排使用寿命的提高是因为改进了它的材质和冷却方式。

（3）沼气发电

城市生活、农业、工业中的大量有机废弃物被用来进行厌氧发酵处理，如城市污水和垃圾、禽畜粪、酒糟液等，沼气发电机是在以上处理产生的沼气驱动下进行发电

，这个过程就是沼气发电。而且在沼气的生产过长中发电机组的余热得到充分应用， 80%左右的综合热效率，比30%-40%的发电效率高得多。沼气发酵的3个阶段如下图：

五、结束语

综上所述，生物质发电技术越来越被重视，因为其原料对环境的有好性和可再生性。生物质能通过高技术被转化为高品位洁净的液体和气体燃料，取代化石燃料的位置，在城市煤气、交通运输、电力等方面得到很好的应用。而且生物质能和传统能源相比，价格便宜、资源量大、分布广、可再生、灰分少、含硫量低，并且co2净排放量为零。

参考文献

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[3]米铁， 唐汝江， 陈汉平， 等. 生物质能利用技术及研究进展[j].煤气与热力， 2004， 24（12）：701-705.