沼液的CO2吸收机理及吸收性能强化研究

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以生物有机质厌氧发酵后获得的沼气为原料制备的生物天然气,属于可再生能源,可缓解天然气的供需矛盾。同时,也可实现能源利用中的CO2的近零排放。生物天然气生产的关键问题在于如何降低生产成本,尤其是沼气中CO2的分离成本。沼液作为有机质厌氧发酵后的主要副产物,具有使用成本低、产量巨大等优势,且其一般呈弱碱性,理论上具有一定的CO2吸收能力。同时,原沼液中富含丰富的营养成分,能促进植物生长,但吸收了CO2的沼液是否能继续保持较低的植物生理毒性也需要研究。因此,本文将从沼液的CO2吸收机理研究出发,解析沼液中对CO2吸收有益的活性成分,并明确CO2吸收对沼液植物生理毒性的影响机理,在此基础上对沼液的CO2吸收强化进行了研究。研究结果表明:  1、原生沼液具有一定的CO2吸收能力,其CO2吸收负荷可达到0.019mol/L,其主要通过以下两个途径来完成CO2的吸收:(1)NH4+?NH3?NH3 HCO3;(2)AmA+CO2+H2O?HCO3?+AmAH+。但由于游离氨基酸(AmA)在沼液中含量非常低,因此(1)反应是沼液CO2吸收的主要渠道。  2、富CO2沼液植物生理毒性试验研究显示,在适当条件下,富CO2沼液具有低的植物生理毒性,能对白菜种子的发芽起促进作用,且CO2吸收对沼液植物生理毒性变化的影响机制主要归因于沼液中吲哚乙酸与氨基酸含量的影响。沼液吸收CO2后,吲哚乙酸含量急剧减少,植物生理毒性增强。  3、从沼液自强化试验结果来看,沼液在常温开式储存2天后CO2吸收负荷可达到0.048mol/L,且对植物生长无毒,可作为沼液自强化CO2吸收性能的较佳条件。  4、浓缩沼液吸收CO2机理与原始沼液吸收机理有所不同,沼液浓缩导致沼液氨氮含量下降,沼液CO2吸收性能下降。浓缩沼液吸收CO2过程中,氨氮CO2吸收路径作用不明显,CO2物理溶解等其他吸收方式成为浓缩沼液吸收CO2的主要途径。  5、沼液在40℃浓缩5倍时CO2吸收负荷最大,且40℃下沼液最佳浓缩倍数与沼液原料无关。当温度升高至50℃时,沼液吸收CO2最佳浓缩倍数与沼液种类有关。通过对富CO2浓缩沼液植物毒性试验研究,沼液最佳浓缩条件为40℃下浓缩5倍。  6、外源吸收剂强化沼液CO2吸收性能研究试验中,在20~40℃吸收温度下研究4种添加剂(乙醇胺、氨水、氨基乙酸钾、KOH)强化沼液的CO2吸收性能,同时对富液进行植物毒性试验。研究表明,添加MEA(乙醇胺)不仅能明显强化沼液的CO2吸收性能,而且能保证植物生理无毒,其最适添加浓度范围是0.05~0.2mol/L。
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