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1、引言
某木制品公司使用一臺YGL-350MA型有機熱載體鍋爐作為供熱動力,由于其廠內產生了大量的木削廢料,可作為燃料使用,因此就直接采用木削作為有機熱載體鍋爐燃料,導致鍋爐熱效率十分低下,其能效問題尤為突出,造成了很大的浪費,也產生了多余的排放。根據現場測試和燃料的分析,發現鍋爐日常生產使用負荷情況下,鍋爐熱效率為43.16%,與相關法規要求的鍋爐熱效率相差很大。所以本文就現場測試數據和燃料分析,結合鍋爐結構特點,以找出燃料變化引起熱效率低下的原因,分析小型燃煤鍋爐直接使用生物質燃料引發的節能問題。
2、生物質燃料的分析與燃燒特點
所謂生物質燃料,是包括植物材料和動物廢料等有機物質在內的燃料,是最古老燃料的新名稱。通常我們說的谷殼、木削、莖狀農作物、花生殼、樹皮、鋸末等,總之是以往農業社會常用的燃料,隨著工業的發達慢慢不用而廢棄,現在卻發現這些燃料產生的污染遠遠低于現代工業的主要燃料-煤。所以這幾年出現了許多的專門用于生物質燃料的鍋爐,同時也有許多燃煤鍋爐改造成燃燒生物質燃料,但真正能充分利用燃料的實例很少。
以上某木制品公司的木削經檢測工業成分分析:收到基灰分為7.32%,收到基水分為13.32%,干燥無灰基揮發分為83.57%,收到基低位發熱量為14425kJ/kg ;另一公司使用谷殼作為燃料經檢測工業成分分析:收到基灰分為12.65%,收到基水分為12.28%,干燥無灰基揮發分為78.81%,收到基低位發熱量為13142kJ/kg。綜合長期檢測數據,各種生物質燃料的工業成分分析如表1。
根據以上成分分析可得出,生物質燃料的揮發分、H的含量高,說明其易燃燒且燃燒的速度快,能適應爐膛水冷條件高的鍋爐,同時產生的煙氣量比煤多,所以爐膛要比普通的燃煤鍋爐要大。也正因為揮發分、H的含量高,燃料時產生了大量水蒸汽,吸收了大量熱,且C含量相對較少,所以生物質燃料的低位發熱量相對較低。同樣出力的鍋爐,如燃料為生物質,其需要燃料量要比煙煤多出近一倍。
2.2 生物質燃料開發及燃燒特點
生物質燃料通俗一點說,就是農林產品的副產品,生物質燃料的利用就是一個變廢為寶的過程,生物質燃料的來源廣泛,易得,適合農產品加工行業的鍋爐使用。我國十分重視生物能源的開發和利用。生物質燃料顆粒產品在我國推廣應用還很少,我們還是直接進行燃燒為主,其燃料燃燒狀況也不容樂觀,燃料熱值利用還很低。因為生物質燃料本身被認為是廢料利用,從企業管理層到政府管理層都對其真正高效地利用不夠重視。
現在生物質燃料燃燒往往不徹底,浪費極大,主要原因是使用單位不了解生物質燃燒燃燒的特點,現分析如下:
(1)生物質燃料揮發分、H的含量高,單位重量的燃料需要氧氣量較煙煤多。
(2)生物質燃料都很輕,燃料燃燒時一般隨著煙氣一邊飄一邊燃燒,如引風過大或煙氣流程短,可能燃料會在尾部煙道中還在燃燒,嚴重威脅引風機的運行,也造成浪費。
(3)部分生物質燃料有“爆竹”現象,出現噴火,應注意,避免燒傷。
3、燃煤鍋爐使用生物質燃料現狀
在廣大的農村,以往的我們現稱之為生物質燃料的產品都放在田間地頭燃燒,作為肥料使用,使田間到處彌曼著白煙,同時污染環境。在使用生物質燃料時,這些使用單位大部分未改造爐膛就直接使用生物質燃料,這樣燃燒時鍋爐房內往往是“烏煙瘴氣”的,燃料亂堆亂放,燃料熱值的利用很低。燃燒過程中產生的煙灰往往堵塞煙道,使鍋爐正火燃燒,產生浪費,鍋爐出力也往往不足。
4、使用生物質燃料的燃煤鍋爐熱效率簡單測試
鍋爐熱效率簡單測試是一種利用鍋爐熱反平衡的方法來測量鍋爐熱效率的方式。所謂鍋爐熱反平衡就是測量出鍋爐運行各種部位和形式的能量損失,扣除這些能量損失的百分比,得出鍋爐熱效率。這種方法能更好檢測出鍋爐運行過程中能量浪費的重點所在,能夠通過檢測、分析,能抓住解決鍋爐能效問題的關鍵,從而因地置宜的提出解決方案。
5、燃煤鍋爐使用生物質燃料提高鍋爐熱效率的建議
根據以上能量損失檢測,目前大部分使用生物質燃料的燃煤鍋爐主要能效問題是:(1)排煙溫度很高,一般會達到400℃以上,主要生物質燃料在尾部煙管內繼續燃燒引起的;(2)氣體未完全燃燒熱損失高,尾部煙氣CO含量高,由于燃料的飛動易使局部氧氣供應缺少,使氣體未完全燃燒;(3)固體未完全燃燒熱損失高,也是因為燃料的飛動并燃燒,有的未完全燃燒就進入煙囪。相對這些問題提出以下鍋爐改造建議:(1)嚴格控制風量及爐膛負壓,降低煙氣流動速度,降低燃料飄動速度;(2)擴大爐膛體積,才能增加燃料量,使之出力不會因使用生物質燃料而明顯下降,拆除所有爐拱,生物質易點燃,爐拱作用不大,而且灰渣很少,也可降低爐排高度;(3)在爐膛出口處增加二次風,阻擋大量燃料飛走,并增加煙路中氧含量使燃燒能順利進行。
6、結束語
隨著生物質燃料的廣泛應用使,用生物質燃料的燃煤鍋爐的改選工作已顯得尤為重要,生物質燃料的產業化也將形成,它有益于我國現行的能源利用結構,有益于節能降耗的基本國策。
參考文獻:
[1] 孫達衛,賈連發,張宏偉. 鍋爐的三種熱效率.廣州;曖通空調.2001.6
1材料與方法
1.1試驗材料與儀器試驗材料棉稈和竹材,均取自安徽格義清潔能源技術有限公司,粉碎并過篩制成40~60目的棉稈和竹材顆粒。試驗儀器棉稈、竹材顆粒成型裝置,自制(圖1)。包括(1)電熱圈尺寸直徑60mm,高度50mm,功率100w;(2)溫控儀溫度量程0~400℃,功率2000w;(3)成型模具尺寸直徑25mm,高度55mm;(4)試驗用熱壓機,馬弗爐,微機量熱儀,型號為ZWH-8A。
1.2試驗方案設計本項試驗以棉稈和竹材為原料,以成型溫度、熱壓壓力和時間為影響因素,開展3因素3水平L9(33)正交試驗,試驗設計方案見表1。
1.3顆粒燃料的制備(1)含水率的調整張靜等[8]通過對生物質顆粒燃料含水率對成型效果影響的研究發現,谷物類原料在加工時,最適宜的含水率應在11%~12%之間,而林木類原料的最佳含水率為8%左右。本項研究借鑒相關研究結果,將棉稈和竹材顆粒放入恒溫恒濕箱中,調整其含水率至10%~12%。(2)成型前準備首先打開熱壓機,對壓機進行預熱;然后稱取一定量的上述調整含水率后的棉稈和竹材顆粒,放入成型模具中,打開溫控儀,設定其溫度為100℃,對其進行預熱,最后用成型模具中的T型壓頭將顆粒壓實。(3)熱壓成型將成型模具置于墊板上,放入已預熱的壓機中,根據成型溫度、壓力和時間對原料顆粒進行熱壓密實成型。(4)待壓制完成,取出顆粒燃料,進行后續相關性能的檢測。
1.4原料化學分析及顆粒燃料燃燒特性的測定方法(1)原料化學成分分析按照生物質材料碳水化合物和木素測定方法NREL/TP-510-42618進行測定。(2)灰分樣品在(550±10)℃加熱后,剩余物的質量占樣品總質量的百分比(生物質固體成型燃料試驗方法NY/T1881.5-2010)。(3)揮發分樣品在(900±10)℃隔絕空氣的環境中加熱7min,樣品質量損失占樣品質量的百分數(生物質固體成型燃料試驗方法NY/T1881.4-2010)。(4)固定碳扣除灰分和揮發分后的質量。(5)熱值利用微機量熱器進行測定。
2結果與分析
2.1棉稈和竹材原料化學成分分析竹材的化學成分和木材相似,主要由纖維素、半纖維素和木素構成。木素具有一般無定型高聚物的玻璃化轉變特性,當木素被加熱達到玻璃化轉變溫度(Tg)時,木素會迅速軟化形成膠體物質,發生自粘結作用,在顆粒燃料成型過程中起到粘接劑作用,可粘附和聚合生物質顆粒,提高生物質顆粒燃料的結合強度和耐久性[9~10]。棉稈的纖維素含量稍高于竹材,原料中纖維素含量決定了成型的難易程度,纖維素含量越高,成型越容易[11]。竹材木素是典型的草本木素,由三種苯基丙烷單元(對羥基苯丙烷、愈創木基苯丙烷和紫丁香基苯丙烷)按一定比例組成,竹類木素定性而非定量的類似于闊葉樹木素。棉稈木素主要由愈創木基和紫丁香基苯丙烷結構單元組成,只含有極少的對羥基苯丙烷結構單元,這是棉稈木素區別于禾本科植物(竹材)木素的一個重要特點,棉稈的木素含量接近針葉材遠遠高于白樺(Betulaplatyphylla)和楊木(Populusspp.)[12]。木素含量的多少是決定顆粒燃料最終成型效果的主要內部因素,由表2可知,竹材與棉稈的木素含量相當,由于棉稈皮的存在,棉稈的灰分含量高于竹材,經文獻報道[13],禾草灰分主要是二氧化硅,一般含量在2%以上,竹子在1%左右。
2.2成型工藝的設定及分析生物質顆粒燃料的密度是衡量其燃燒特性和堆積密度的重要指標,其密度越大,燃燒持續時間越長,國際標準SS187120規定生物質顆粒燃料密度的參考值應不小于1.12g/cm3[14]。本試驗采用電熱圈對成型模具進行加熱,適當增加成型時間可促進顆粒之間的熱量傳遞,確保顆粒之間溫度均勻,更有助于木素軟化,軟化的木素通過和生物質顆粒中固有的纖維素的聯合作用,促使生物質顆粒逐漸成形。
2.2.1棉稈成型工藝正交試驗結果分析棉稈成型工藝正交試驗結果分析見表3~4。由表3、表4可知,棉稈顆粒經熱壓致密成型后,其密度均大于國際標準顆粒燃料密度的參考值1.12g/cm3。棉稈顆粒成型的影響因素中,成型溫度和時間是主要影響因素,對棉稈顆粒成型的影響由大到小依次是時間>溫度>壓力。棉稈顆粒的最佳成型工藝為成型溫度190℃,熱壓壓力32MPa,成型時間3min。
2.2.2竹材成型工藝正交試驗結果分析竹材成型工藝正交試驗結果分析見表5~6。由表5~6可知,竹材顆粒經致密成型后,其密度除處理1、2、3、4及5組外,均大于國際標準顆粒燃料密度的參考值1.12g/cm3。竹材顆粒成型的影響因素中,成型溫度是主要影響因素,對竹材顆粒成型影響由大到小依次是溫度>時間>壓力。竹材顆粒的最佳成型工藝為成型溫度250℃,熱壓壓力32MPa,成型時間3min。成型溫度和時間對兩種原料顆粒的成型工藝影響最顯著,而時間作為棉稈成型工藝最主要的影響因素,可能因為棉稈的密度(0.15~0.21g/cm3)相比竹材(0.61~0.66g/cm3)小,導熱系數〔0.055~0.06w/(m•k)〕小。因此,若使棉稈料坯中心達到成型工藝所需的溫度,則所需的傳熱時間相對竹材而言更長。但成型時間過長或加熱溫度超過190℃,會使原料顆粒過于干燥,難以壓縮;且棉稈和竹材在高溫下發生熱分解而使揮發分增多,部分原料顆粒表面發生炭化,對致密成型不利。成型溫度的升高無形中也增加了制造成本,對制粒機中環磨裝置也提出了更高的要求。
2.3成型燃料燃燒性能的測定與分析為了使得成型工藝更加經濟、合理,在上述正交試驗基礎上,對時間進行進一步優化,選用成型溫度190℃,熱壓壓力32MPa,成型時間分別設定為30s,90s和150s進行顆粒燃料的制備見圖2。對燃燒特性進行分析測定(表7),以便確定最佳的成型工藝。對比棉稈和竹材顆粒燃料的密度不難發現,當成型時間大于90s后,在上述成型工藝下所制備的顆粒燃料的密度均可達到國際標準規定的參考值,而且棉稈顆粒燃料的密度均大于竹材顆粒燃料。棉稈木質部是棉稈的主體部分,由木纖維細胞導管木射線和軸向薄壁組織組成,占棉稈總重量的70%左右,其中導管細胞的細胞腔大,細胞之間的紋孔數量多,棉稈木質部就其植物形態和結構而言接近于闊葉木。而竹材顆粒原料的密度較大,相比棉稈較難壓縮。在相同的成型壓力下,棉稈顆粒更易于破裂,變成更加細小的粒子,使得粒子變形或塑性流動增大,粒子之間的空隙減少,粒子間更加緊密接觸而互相嚙合。竹材和棉稈顆粒燃料的灰分、揮發分、固定碳含量、熱值隨其密度增加變化不大,竹材顆粒燃料的灰分較棉稈低,揮發分含量較棉稈高,而且竹材顆粒燃料的熱值遠高于棉稈顆粒燃料。羅娟等[15]對北京地區8種典型的生物質顆粒燃料進行燃燒性能測試,得出揮發分含量越高含水率越低,生物質顆粒燃料所需的點火時間越短。揮發分的含量將影響熱分解和燃燒特性,在燃燒過程中揮發分將有利于生物質燃料主要部分的蒸發,因此燃燒過程中易點火,且竹材顆粒燃料的灰分含量較棉稈低,故其熱值較高。綜合棉稈和竹材的熱壓致密成型工藝和生產設備的實際情況,結合棉稈和竹材顆粒燃料的燃燒性能分析,優選成型工藝參數為成型溫度190℃,熱壓壓力32MPa,成型時間90s。
3結論
可以通過預見,未來生物質能源行業的發展將會越來越受到關注,競爭也勢必日趨激烈。而在上市公司的綜合競爭能力中,盈利能力是企業發展和承受風險的基礎。所以本文運用科學的方法,對生物質能源上市公司的盈利能力建立綜合評價體系,指出發展現狀中存在的問題,對于我國生物質新能源行業的發展有一定的參考意義。
文獻綜述
研究內容方面,關于生物質能源企業的現有研究,特別是國內研究,更多的是以定性分析為主,定量分析較少。Kumar(2007)認為加拿大生物能源發電行業的原料成本占到了發電成本的43%~49%,該行業使用資金效率低下。日本小宮山宏等(2005)指出”和現有的能源資源相比,集中投入生物質能源的行業,存在運輸和使用效率過低,經濟效益不高的問題。Lin(2013)認為我們生物質能源效率低下,還未建立起比較完備的行業體系以促進健康有序發展。王久臣(2007)認為中國中國具有豐富的生物質資源,生物質能企業初步具有規模,未來具有強大的發展潛力。管天球認為制約中國當前生物質能源行業發展的根本問題是成本過高,大部分生物燃料乙醇企業都處于虧損狀態。杜茜認為我國清潔能源上市公司目前發展現狀特點是成長迅速但競爭日趨激烈。
研究方法方面,關于上市公司盈利能力的分析已有了豐富的成果。莫生紅(2007)認為主成分分析法中上市公司盈利能力可以分為基于權責發生制的獲利能力資產凈利率、基于收付實現的獲利能力盈利現金比率以及盈利的持續穩定性營業利潤比率增長率。任曉麗(2009)選取2007年在滬深交易所上市的包括生物質能源在內的新能源上市公司截面數據,運用多元回歸分析,得出新能源公司盈利能力與公司資產規模、成長性有著很顯著的正相關關系,與公司財務風險水平有顯著負相關關系。王春娜對2011年新能源行業公司面板數據運用描述性統計分析方法得出權益乘數和利息負擔率能夠很好得反應新能源行業公司權益凈利率的變化情況。唐菲通過對40家新能源行業聚類和主成分分析,認為新能源行業整體前景光明,但盈利能力上不同公司差距很大。張慶昌、傅再育(2006)將現金流量指標加入到財務評價指標,在因子分析中建立比較全面的盈利能力評價體系。
綜上分析,盡管國內外關于上市公司盈利能力的研究已經成熟,也形成了許多豐富的成果,但現有文獻還缺乏專門針對生物質能源板塊上市公司的研究成果。因此本文在借鑒國內外學者的研究成果上,結合生物質能源上市公司行業特征,選取7個反映上市公司盈利能力的核心指標,運用因子分析法,對生物質能源上市公司的經營績效進行了實證分析。
實證分析過程
(一)生物質能源上市公司盈利指標體系構建
由于上市公司是隸屬于企業的一種特殊形式,很難憑借單一指標判斷整個公司整體盈利能力。我們依據科學性、系統性、明確導向性構建原則,經過對證券信息的篩選研究,最終確定以下七個指標:加權凈資產收益率(X1 )、每股經營現金流(X2 )、現金流量比率(X3 )、資產的經營現金流量回報率(X4 )、凈資產增長率(X5 )、總資產增長率(X6 )、每股未分配利潤(X7 )。
(二)因子分析過程
(1)樣本選取:生物質能源企業所從事的主營業務可以以農林產品及其副產品、工業廢棄物、生活垃圾等生物有機體及其新陳代謝為原料制取生物燃料、進行生物質能發電、和生物化工產品的加工生產。本文依據張琴(2012)對節能環保型上市公司以及賈全星對新能源上市公司的取樣原則,主營業務收入占公司收入比重為分類標準,選出生物質能源相關業務收入占公司收入10%以上的企業22家,其中占總收入50%以上的達到15家。所選公司數據均來源新浪股票網上所披露的公司年報。所選公司及其代碼見后文。
(2)數據預處理:以各公司2010-2012年度財務報告相關數據為基礎,計算上述7個反映盈利能力的指標的3年簡單算術平均數,得到所需數據。由于上述指標量綱是不一樣的,相互之間不具有可比性。因此在進行實證研究之前,采取對所有指標進行正態化。即令
表示樣本平均數、 表示指標 的樣本標準差)
標準化后的數據以Z開頭命名。
(3) KMO測度和Bartlett檢驗,從SPSS20.0輸出的結果我們可知,KMO統計量大于0.6。而Bartlett檢驗顯著性SIG
(4)確定因子個數和特征值與累計貢獻率,根據SPSS輸出結果可知,前三個成分的特征值大于1,且方差累計貢獻率達到了85.00%以上,因此我們選擇前3個成分作為抽取的公因子。
(5)計算因子載荷矩陣,由因子分析模型我們可知:第一個公共因子主要由每股經營現金流(X2 )、現金流量比率(X3 )、資產的經營現金流量回報率(X4 )這三個指標決定,公因子F1的累計貢獻率達到43.777,這也說明了生物質能源公司資產的盈利能力關鍵是其資金流流轉情況以及利用現金流償債能力的大小。第二個公共因子主要是由凈資產增長率(X5 )、總資產增長率(X6 )這兩個指標決定,它們在F2上的載荷都超過了0.89,它們反映公司利用資產保值增值的能力。第三個公因子主要由加權凈資產收益率((X1 ))和每股未分配利潤((X7 ) )構成。它們主要反映公司的資產盈利能力和市場價值盈利情況。尤其是每股未分配利潤載荷達到0.96.每股未分配利潤越多,不僅現在公司盈利能力越強,也代表公司未來分紅、送股能力強。它們在公司盈利能力指標體系中也達到了16.981%的貢獻率。
(6)因子得分和綜合評價值,由SPSS輸出的成分得分系數矩陣,我們可以最終求出各公共因子的表達式為:其中三個因子分別從不同方面反映了生物質能源上市公司的盈利能力,以公因子F1、F2、F3的方差貢獻率占總方差貢獻率比重為權重建立了盈利能力的綜合評價模型:
F=0.5121F1+0.2892F2+0.1987F3
接著應用因子分析和綜合計量指標對22家我國滬深上市的生物質能源上市公司進行分析,結果如下
(三)結果分析
依據對在2010年之前在滬深上市的22支生物質能源股票在2010年至2012年報表型進行分析構造綜合盈利能力體系評級,由表1可以看出綜合評價得分大于行業平均水平的有10家,小于行業平均水平的有12家,但也可以注意到只有排名的第1的上市公司的綜合評價得分大于1,所有公司綜合得分差距不大,各公司綜合得分偏離0的距離也不很大。由此可見,生物質能源上市公司普遍盈利能力還有待提高。
綜合盈利排名前五的公司分別是龍力生物、迪森股份、長源電力、韶能股份、威遠生化。這些公司中有三家的主營業務為利用生物質能源進行發電和供熱服務,綜合盈利排名后五的公司分別是海南椰島、泰達股份、北海國發、廣東甘化、華資實業,這些公司的主營業務主要是利用生物質能源制作燃料糖料和生物化工產品的生產,這些公司在盈利方面處于生物質能源產業的中下層。
另外可以注意到一些排名靠前的公司在因子3的得分卻靠后,也就是說采用應計制和現金制兩種不同會計基礎所運用的企業盈利能力的指標反應情況存在較大的差距。現金流轉、創造變現盈利的能力在生物質能源上市公司盈利綜合績效方面發揮著更大的作用。
【關鍵詞】木材變色;常見;防治方法
1.光變色的防治
若木材的材面已經產生了光變色,可采用砂光或刨切的方法除去變色層。如果變色層很淺,可采用漂白的方法除去材面的廣色化合物,如使用過氧化氫、亞氯酸鈉等。對未產生光變色的木材可采用如下方法處理。
1.1物理方法。在物理方法中用得最多的是采用色漆或清漆覆蓋木材表面。由于紫外光與可見光引起的木材組分降解只發生在木材表面,厚度為0.075-0.25mm,所以采用涂漆的方法,形成一個薄膜層,可有效防止日光照射,避免自由基降解反應發生。同時,無空隙的薄膜層能阻止外界水分的滲入,也可提高木材的尺寸穩定性,且減少木材提取物外移引起的變色。由于油漆可選擇的顏色范圍廣泛,涂刷方便,效果良好,所以長期以來人們廣泛使用這一方法,用于家具和裝飾等。但是漆料透明性差,不能展現完美的木材天然紋理與顏色。清漆對水敏慣性強,漆膜脆易脫落,使用壽命短。無論色漆或清漆均不具防腐效能。
1.2化學方法
(1)紫外線吸收劑。用含有紫外線的涂料處理木材表面,可以有效地防止光變色如水楊酸衍生物、2,4-二羥二苯甲酮和2-羥基苯甲酰等,本身不帶顏色,可以吸收波長在400mm以下的紫外光。
(2)改變木材中羰基的吸光性,破壞參與變色的物質結構,使之不能吸收光能。由于木質素中的a-羰基在木質素光降解中具有光敏劑的作用,是主要的發色結構,所以改變這一結構是防止光變色的有效方法。
(3)預先涂布逐漸分解褐變的先導物質藥劑,如涂乙二醇,這種藥劑也有分解有色物質的作用,可有效地抑制白色材、漂白材的褐變,但不適于黃檀等材色較深的樹種;用聚乙二醇涂覆木材,PEG對材色較淺的木材具有較好的抑制光色作用,PEG的分子量以1000-4000為宜。
(4)常用防止木材變色的化學試劑與防腐劑、防水劑、染色劑配合使用,使其非染色、防腐、防水處理過程中,提高對紫外線吸收的阻止能力。一些具有氧化與絡合作用的試劑和具有穩定作用的金屬鹽,均可用來涂刷木材表面,防止木材的初期變色。這些化學試劑可通過與木材化學組分發生絡合或氧化作用阻止降解反應發生,亦改變涂料和著色劑的耐久性,同時有些試劑還具有抗菌能力。
(5)木材的染色。木材在未使用前需進行燃料著色或顏色著色。燃料可以分為酸性燃料、堿性燃料、直接燃料和油溶燃料。應用較多的是酸性燃料。酸性燃料僅對木質素染色,而不對纖維素和半纖維素染色。
2.熱變色
為了防止干燥引起的木材變色,可在干燥前涂覆亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、抗壞血酸、氨基脲、尿素、半卡巴和氧化鋅等化學試劑,這些均可有效防止熱變色。另外,變色前采用有機溶劑或熱水處理木材,也會減少木材的熱變色。對于已產生熱變色的木材,可采用刨切的方法去除變色層,因為熱變色機會只限于表面。也可采用漂白劑氧化分解的方法去除,如用堿性過氧化氫或亞氯酸鈉容易反復涂刷材面。
3.鐵變色的防治
鐵污染多產生于刨切或旋切單板的表面及其余熱壓機接觸的部位。對于較小的變色面積,可用刨切或砂磨的方法去除;對于大面積變色部位,需用化學試劑去除。常用的處理方法有如下幾種:
3.1先涂刷一遍4%的草酸水溶液,木材黑色可立即消失,但時間長了又會變黑,為防止二次變黑,可將木材用草酸水溶液處理除色后,馬上再涂上濃度5%的磷酸二氫鈉溶液,涂覆量約為10g/m2。
3.2用50%的次磷酸20g、50%的次磷酸鈉2g50%的亞硫酸氫鈉0.1g,共溶于90ml的水中,涂刷于木材表面。
3.3用2%-5%的草酸水溶液,涂于木材表面,干后用水沖洗。
3.4用2.5%的次磷酸水溶液,涂于木材表面,干后用水沖洗。
4.酸變色防治
對于用酸處理去除鐵污染的木材,應需要充分水洗或添加磷酸氫二鈉,防治酸變色。對于表層變色可用刨切或砂磨的方法去除。預防和化學消除的方法如下:
4.1如果是因涂布酸性物質引起的污染就應盡可能控制酸性物質的使用量,減少酸性固化劑的用量。
4.2引起變色的物質為水溶性時,可用大量的水使這種物質溶出,如把鋸材長時間放在室外雨淋,使變色的物質被水溶出,也可以采取促進溶解的方法。
4.3用氨基酸涂料涂飾木材時,酸性物質易與酚類成分發生化學反應而紅變,將其用堿中和可減輕紅變的程度,但不能完全消除。
4.4在2%-10%的過氧化氫溶液中加入氨水,調PH為7.0-8.0,涂于污染表面。
5.堿變色
堿變色常出現在酚醛樹脂膠合板的表面,經常與水泥接觸的木材表面,以及強堿性漂白劑處理后的木材表面等。初期的堿污染可用草酸水溶液去除,濃度應視污染的程度而定。如果污染事件較長,則改用濃度為2%-10%的過氧化氫處理。
6.酶變色
酶是在弱酸或中性條件下具有活動能力的蛋白質物質。預防方法如下:
6.1對木材表面進行酸性或弱堿性處理,用烯酸、亞硫酸鹽等化學試劑涂覆木材,加入抗氧化劑,如2,4,6-三甲基苯甲酸等抗氧化劑溶于有機溶劑中,涂刷木材表面,也可抑制酶變色。
6.2煮沸、高頻加熱改變蛋白質性質。將木材用沸水或微波輻射處理,這些都能破壞酶的生存條件,防止木材酶變色。
6.3預防菌的繁殖。因為菌是在伐后入侵的,所以采伐下的原木應盡快鋸解和干燥。在原木長途運輸中,應盡量保持低溫狀態下的運輸和保管,否則就難以預防菌的入侵。
7.藍變色的防治
性能優良的抗藍變化合物應具有廣譜活性、低毒性、易于制備和使用、成本低的特性。影響抗藍變化合物特性的因素很多,包括廣譜活性、各種殺菌劑的組合、殺菌劑與木材組分之間的相互作用、樹種、處理后的貯存情況、處理木材使用的環境條件等。長期以來木材抗藍變藥劑主要為五氯酚鈉和四氯酚鈉,這類藥劑對于防止微生物的危害是很有效的,并且屬于廣譜抗菌劑。但是這些毒性較強的藥劑對人類和環境產生很多不利影響。隨著人類的進步和研究的滲入,一些毒性大、易流失的防腐劑必將停止使用,急需新的、五毒的高效防腐劑以及新的防腐途徑。
8.變色材的利用及應注意的問題
變色材經脫色處理,其價值不及正常木材,且脫色也需要投入經費。在此情況下,變色木材利用的可取之徑不是對其進行脫色處理,而是按材色進行著色處理,使其材色一致而得以利用。可以采取比變色材色更深的暗色系進行著色,如將鐵污染木材涂布氯化亞鐵水溶液,可使木材統一成黑色。這種方法還適合于有節材,這種木材雖無特別的特色,但調色處理可使整體木材的色調趨于統一。
參考文獻
關鍵詞:分析檢測;有色金屬;精密儀器;標準化
隨著中國有色金屬行業的蓬勃發展,分析檢測技術也越來越受到人們的關注,技術和水平也越來越標準化。我們要做好有色金屬生產過程的化學分析和檢測工作,以基本原理和方法為基礎,對金屬材料、冶金產品、礦產品、化工產品、再生資源等無機材料成分監測檢測,并及時防止遭遇到各種經濟、人員和社會損失。
1分析檢測的組成
通過化學分析和儀器分析,主要研究分析檢測組成的兩個重要部分。儀器分析,使用特殊的工具,測試設備中的部件和測試樣品相對含量。化學分析,能夠促進生產過程的科學管理,能夠及時監測和及時有效的反饋有色金屬工業生產過程中出現的各種問題。分析檢測目的是采用有效,簡單的方法和高靈敏度的設備,用于有效成分的樣品和有毒有害成分快速測定,并能準確定量分析或定性分析,提供可靠的試驗數據[1]。它對有色金屬行業生產質量和生產效率有顯著影響。
2在有色金屬行業中的重要作用
2.1降低耗能,規避材料風險
在有色金屬產業生產經營的實際過程中,為了降低成本,增加生產和設備保護,這就需要使用化學檢測儀器對能源燃料、化工原料、金屬材料等進行分析,以合理比例,降低金屬材料和電力不合理損失,提高經濟效益。在全球倡導節能減排的背景下,有效的分析檢測可以反饋到生產過程和程序中,以減少廢品生產,提高產品質量。金屬元素分析在國內有色金屬領域非常常見。實驗室配備一般有原子吸收光譜儀、電位滴定儀、分光光度計、氮氧儀、碳硫儀等各類高精度化學檢測儀器。金屬材料檢測分析范圍涉及對黑色金屬、有色金屬、機械設備及零部件等的機械性能測試、化學分析、物理分析等[2]。
2.2質量控制,提高金屬含量運用
完善的質量管理體系對有色金屬及稀散元素的原料、礦石、冶金物料的成分分析,以及物理性能檢測和產品性能評價。質量控制貫穿到有色金屬行業化學分析的各個方面,從樣品收集到反應操作,質量測量到成分、品位等,嚴格按照國家標準、行業標準,對檢測儀器進行精密操作。只有化學儀器和化學試劑做到精確分析,生產的產品的質量才會更好,確保產品在使用過程中質量安全。通過分析檢測項目,如礦物及再生資源(金屬廢料)中貴金屬的檢測、礦石成分分析等適應市場需求的檢測技術,來進行礦石元素化驗、金屬成分分析、礦石品位鑒定等,最終實現有色金屬行業產業穩增長、促轉型、降本增效[3]。
2.3減少污染,倡導綠色健康
我國有色金屬行業所帶來的資源和能源的使用數量逐步減少。精礦中的氟和氯不僅會在冶煉過程中腐蝕管道,并且高溫煅燒后在大氣中會造成污染。大量的污染物,廢水、廢氣、重金屬污染等近年來呈現超過環境承載能力的跡象。選礦廠通常使用回流法檢測廢水中有機物的含量,用藥劑分離處理廢水分析方法有很多,包括紫外一可見分光光度法、原子吸收光譜法、氣相色譜法等,有效利用化學和儀器分析檢測技術,將在一定程度上減輕有色金屬行業污染。在臭氧氧化等化學分析技術上,最大限度地吸收水中的污染物,實現廢水的集中處理。近年來,在有色金屬領域治理技術引入土壤治理過程中,為土壤污染治理研究開辟了新途徑,如磁分離技術、陰陽離子膜代換法、生物反應器等。減少環境污染倡導綠色化學是共同的呼吁。
3是化學分析與測試的發展現狀和趨勢
中國有色金屬產業的經濟水平和科技手段的提升和完善,對于中國目前的發展建設階段具有重要意義。現階段化工分析和化學檢測作為有色金屬行業的重要組成部分,現有問題將直接影響有色金屬產業的可持續發展。因此對化學檢測技術進行研究和分析,以確定問題,及時響應相應措施,使這些問題在短時間內有效解決。化學分析檢測技術具有良好的發展前景,并且逐步與國際接軌。由武昌理工學院崔海容教授負責,組織中國、澳大利亞、美國、日本、巴西、芬蘭、智利等國的專家和20多個實驗室聯合攻關,研制的《銅、鉛、鋅精礦中氟和氯的測定-離子色譜法》,將是有色金屬離子色譜分析領域第一項ISO國際標準。是我國在有色金屬礦產領域分析檢測國際標準新的突破。與此同時,環境問題也越來越受到社會各界更多的關注,分析檢測技術自然成為解決問題的根本手段和迫切需求。更重要的是,它已經成為一個“我最環保”的有色金屬行業理性的分析與應用,以促進我國國民經濟遵循“綠色”的方向的可持續發展[4]。作為分析檢驗人員,不僅要熟練地掌握化學工藝操作流程和相關技術指標,擴大知識的廣度和深度,還要努力提高自身的專業素養,強化于心外化于行,以科學、求真、嚴謹的工作態度和飽滿的工作激情,把各項工作作為實現自我價值的平臺。以忠誠、干凈、擔當為標準導向,努力提高與時俱進的學習意識,學習新形勢、新任務、新要求、新技術。只有通過不斷的學習,才能建立開闊的人生格局,才能在遇到瓶頸時知難而上,每一次的精益求精換取的將是無限的財富[5]。
4結語
有色金屬與國民經濟的發展、人民生活水平的提高息息相關。分析檢測技術在有色金屬行業中占據著舉足輕重的地位。加強化學分析人才隊伍的構建,培養高質量、高水平、高標準的分析檢驗人員,是我們不可推卸的責任。將先進的、世界的有色金屬分析檢測技術運用到有色金屬行業在當前和未來的發展中去,為企業走“創新、協調、綠色、開放、共享”綠色發展保駕護航。
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關鍵詞:山桐子;生物學特性;利用價值;培育管理
中圖分類號:Q949.759.3;S759.3+3;S723文獻標識碼:A文章編號:0439-8114(2011)08-1615-04
Idesia polycarpa’s Characteristic,Value in Use and Cultivation Techniques
DAI Guo-fu1a,XIE Shi-you1ab,WANG Teng2,AN Xiao-feng2
(1.Southwest University, a. School of Geographic Sciences; b. Key Laboratory of the Three-Gorge Reservoir Region’s Eco-Environment of the Ministry of Education, Chongqing 400715, China; 2. Chongqing Shanlinyuan Comprehensive Forestry Denelopment Limited Company, Chongqing 400715, China)
Abstract: Idesia polycarpa Maxim. was the only one type in the world, originated in China. The pulp and seeds could be crushing, and they contained 32.8% to 43.6%, and 22.4% to 31.6% oil respectively. The oil could be used as edible oil after refining. The main fatty acid was linoleic acid of 52.5%~81.4%, then oleic acid, palmitic acid, and stearic acid followed. It could be used as lubricating oil, emulsifier, dryer etc. in industry; it could treat and prevent high blood lipids and atherosclerosis in medicine and was used as the materials of biodiesel. It was known as“the tree oil depot”. It was one of the good green and water-soil conservation trees with fast growth, wide adaptability and strong resistance. The botanical and biological characteristics, the suitable conditions and ecological utilization status, the breeding and cultivation techniques of I. polycarpa were discussed.
Key words: Idesia polycarpa Maxim.; biology characteristic; using value; cultivation techniques
山桐子(Idesia polycarpa Maxim.)又稱山梧桐、半霜紅、油葡萄、椅桐(湖南)、水冬瓜(陜西、四川、浙江)、水冬桐(湖南)等,屬大風子科(Flacourtiaceae)山桐子屬(Idesia Maxim.)落葉喬木,該屬在全球僅有1種,原產于中國,主要分布在華北、華中、西南、西北的北亞熱帶落葉、常綠闊葉混交林區和亞熱帶常綠、落葉闊葉林區,日本、朝鮮、俄羅斯遠東地區亦有分布[1]。迄今為止,學者們對山桐子的生物學特性、生態學特性、種子和果實化學成分分析以及栽培、繁殖等方面進行了一些研究[2-5],山桐子開發應用項目也已經在2004年被國家科技部列為國家星火計劃項目,實踐證明,山桐子的開發對生態建設、植被恢復、解決”三農”問題、促進農業和林業的可持續發展都有著十分重要的意義。
1生物學特性
1.1植物學特性
山桐子是高大落葉喬木,樹干高8~15 m,干較直,枝平展,樹冠層次分明。主根不發達,側根密集分布在20~60 cm的土層間,生長在肥沃土壤上的植株根系密呈網狀,三年生至五年生的幼樹,根幅小于冠幅。樹皮灰白色,平滑,幼枝紅褐色,有皮孔和葉痕,枝條呈輪生狀,樹冠圓錐狀塔形。葉大,卵形或卵狀心形,長8~16 cm,寬7~14 cm,葉厚紙質或革質,先端短漸尖,基部心形或近心形,邊緣有疏鋸齒,葉面深綠色,無毛。花期5~6月,花單性,雌雄異株,偶有同株,花黃綠色,芳香,圓錐花序下垂;雄花無花瓣,萼片3~5枚,雄蕊多數,花絲絲狀,雌蕊退化,雄花開花比雌花早,但花期長,謝花期相對一致;雌花序較雄花序為長,雌花子房上位,雄蕊退化,為不完全花,僅在基部有退化雄蕊痕跡,子房球形。漿果圓球形、扁圓形,形似葡萄,紅色,果肉黃色,果熟期9~10月。種子多數,卵圓形,先端尖,黑色或黃褐色,每果內含種子30~40粒,最多達57粒,種皮上被一層白色蠟質,種子千粒重為2.75~3.75 g,果實成熟后宿存枝上。山桐子生長快,結果多,產量高。栽后4~6年開花結果,12~15年進入產果期,一般單株產量可達15~50 kg;20~40年為盛果期,一般單株產量可達150~200 kg,最高達250 kg以上,可謂“一代種植,澤及子孫”。山桐子果實熟后,留存枝上不易脫落,于“霜降”果熟透后,可利用農閑,隨時采收。
1.2生態適生條件
1.2.1光照山桐子為陽性速生樹種,喜陽光充足、溫暖濕潤氣候,多生于疏林地或林緣地帶,年日照1 300 h以上或陽坡上生長的植株開花結實早,林下陰蔽環境的幼樹生長細弱、節間長、下部葉片少、開花結實遲,表現出明顯的向光性。
1.2.2溫度山桐子對溫度要求不嚴,能耐低溫高熱(-14~40℃),在年平均氣溫14~20℃、極端低溫
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-14℃、極端高溫40℃、≥10℃的積溫4 240~5 579℃的環境都能正常生長。溫室增溫試驗表明,山桐子的變種毛葉山桐子(Idesia polycarpa Maxim. var. vestita Diels)在室溫48℃時幼苗未出現干枯現象,當溫度升到51℃時,幼苗上部少數葉片的葉尖開始干卷,這表明毛葉山桐子可忍耐比自然分布區更高的溫度。并且抗病、抗寒、抗旱,在韓國及日本的種源可在-20℃低溫地區生長。
1.2.3水分山桐子要求充沛的雨量和較高的相對濕度,但積水淹沒則不利幼樹生長,如果雨量過少或干旱均會影響生長。適生地年降水量為800~
1 400 mm,一般多在1 000 mm以上,年平均相對濕度為70%~80%。引種到年降雨量大于1 200 mm的地方,生長表現良好。據觀測,山桐子在生長旺盛期對水分和濕度條件的需求較高。
1.2.4土壤山桐子適宜的土壤范圍廣,在肥沃疏松、富含腐殖質且排水良好的土壤條件下生長迅速。據測定,在土壤容重為115 g/cm3、土質疏松肥沃的地方山桐子生長良好,開花結實早,土壤pH值在6.5~7.5間生長正常,pH值5以下生長較差;在pH值7.8~8.6、鹽分含量0.2%~0.3%、土壤質地為黏性、土壤結構為粉狀的濱海地區亦能正常繁殖、生長、開花、結果。
1.2.5地形山桐子多生長在海拔500~3 000 m的雜木林中,在向陽的立地條件下生長良好;也散生于平原或溪谷間及林緣坡地。
1.2.6物候特性山桐子年生長周期中,萌芽期一般在2月底至3月初;開花期4月下旬至5月初,雄花先開放,花期較長,持續時間20~30 d,雌花在雄花的盛花期開放,花期較短,一般4~6 d;果實9月底至10月初開始成熟;11月下旬至12月初開始落葉。
2山桐子利用價值
2.1高產優質的木本油料樹種
山桐子是優質高產的木本油料樹種,被譽為“樹上的油庫”。其果肉含油率43%左右,種子含油率29%左右,干果出油率30%左右。山桐子油經過精練之后可以食用,脂肪酸組成以亞油酸為主,占52.5%~81.4%,油酸、棕櫚酸、硬脂酸次之。在工業上可用于制肥皂及做油、乳化劑、催干劑等化工產品;在醫學上可治療血脂過高和動脈硬化等病癥;在燃油方面是酯交換法制取生物柴油的良好原料。
2.1.1油料成分根據中國科學院植物研究所、華南植物所對山桐子油料成分進行的分析研究,山桐子油的理化常數和主要成分見表1。
2.1.2不飽和脂肪酸含量高山桐子油富含油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸,其含量高達70%~90%,與其他油料作物比較(表2)后可以看出,3種不飽和脂肪酸含量以橄欖油最高,為82.33%;其次是山桐子油,為80.51%;花生油為79.11%;菜子油為58.85%;這在所有生物油料植物中是少見的,也是山桐子的最大優勢所在。
2.1.3可做食用油經研究,山桐子油的理化性質與其他食用油基本一致(表3)。山桐子果實和種子中含有山桐子苦味素、游離脂肪酸,該油經精煉處理后可做食用油,且具有食用油較好的脂、酸配比,是一種較理想的食用木本油料樹種。
2.2良好的綠化造林樹種
山桐子葉片肥大具光澤,花芳香,果序肥碩,球果鮮黃、桔紅至純紅;樹干通直,一級分枝近輪生,呈層狀分布;是難得的集觀果、觀葉、聞香、觀樹于一體的綜合性觀賞型喬木樹種。適宜做觀賞型行道樹,還可做庭院樹、公園樹。是城鄉綠化和水土保持的優良樹種之一[6]。山桐子生長快,適應性廣,抗性強,適宜在華北以南地區推廣。
2.3醫療保健價值
山桐子果實可直接入藥,能調節人體機能,并對心血管疾病和高血壓有治療作用;食用含山桐子花蜜的蜜糖,具有降血壓和利濕的效果;其種子油對心血管有明顯的保健作用,對高血壓、冠心病等療效較好,是“益壽寧”、“脈通”等藥物的主要原料[7]。
2.4生物能源
山桐子油在燃油方面是酯交換法制取生物柴油的良好原料。油酸甲酯近幾年來作為生物燃料日益受到重視,生物柴油是高級脂肪酸甲酯的混合物,具有可再生、來源廣以及不受自然因素影響、易儲備、易生物降解、無毒、含硫量低和廢氣中有害物排放量小等優點,是環境友好型燃料,與太陽能、風能、潮汐能一起被稱為21世紀最有發展潛力的可再生能源;同時生物柴油與石化柴油從冷濾點、閃點、燃燒功效、含硫量、含氧量、芳烴含量、燃燒耗氧量、對水源的危害以及生物可降解性方面比較起來,更能凸顯出生物柴油的綠色和環保特性[8]。
2.5優質速生用材樹
山桐子速生性好,樹干通直,木材黃褐色或黃白色,紋理直、美觀,結構細,質輕軟,不易變形,抗腐蝕,是良好的家具和建筑用材。也可做箱板、火柴梗、牙簽,還可供造紙之用。
2.6其他用途
山桐子花芳香,有蜜腺,為養蜂業的蜜源資源植物;莖皮纖維可做繩索或編織麻袋;山桐子榨油后的剩余物還可做肥料和飼料;其油為半干性,可替代桐油使用,亦可用做制肥皂或做油;油餅可用來殺滅地下害蟲和做燃料使用。
3山桐子苗木培育管理
3.1種子采集與貯藏
山桐子果實在9~10月成熟,果紅后掉落較快,宜選擇生長于陽坡的、15~30年生的雌株健康母樹為采種母樹,在國慶節前后各1周,當有80%的果實由青轉紅時,整穗采集。將摘下的果子用濕稻草堆漚3~5 d軟化,然后置入5%小蘇打水溶液中搓洗去雜質、去蠟,清水凈種后,采用與種粒大小相當的濕砂混藏(袋裝干藏會大大降低種子的發芽率)。
3.2圃地選擇與處理
山桐子幼苗期怕日灼,宜選擇夏季日照時數7 h左右的半陰半陽田地育苗。圃地經細致翻耙,做高25 cm、寬100 cm的苗床,苗床土要施入硫酸亞鐵15 g/m2,或敵磺鈉95%可濕性粉劑5 g/m2、辛硫磷50%乳劑10 g/m2進行消毒。
3.3播種育苗與管理
山桐子種子細小,千粒重3 g左右。砂藏種子于春分至清明之間撒播入土,用種量為每公頃22.5 kg,覆蓋細土以基本不露種子為宜,然后蓋稻草并噴水,保持土壤濕潤。
3.4苗期管理
在溫度、濕度適宜條件下,山桐子播后20 d開始出苗,30 d齊苗,苗出85%左右時選擇陰天或傍晚揭草。揭草后即噴灑半量式波爾多液1次。2周后長齊真葉噴多菌靈50%WP800倍液1次。長出3~5片真葉后再噴灑具有內吸功能的甲基硫菌靈70%WP1 000倍液1次,可防治苗木立枯病和油桐角斑病[9]。加強水肥管理,及時除草松土,促進幼苗生長。施肥以氮、磷肥為主,少量多次。6月下旬選擇陰雨天氣間苗補苗,每公頃定苗22.5萬株。7月中、下旬至10月是苗木速生期,宜及時追肥,7月下旬后每公頃用尿素300 kg,分2次施入,8月下旬后用鈣鎂磷復合肥每公頃975 kg,分2~3次施入。在精細管理條件下,幾乎沒有病蟲害,當年苗高可達65~90 cm、地徑0.6~1.2 cm,每公頃可產壯苗20萬株左右。
3.5病蟲害的防治
播種后至出苗階段,根系和幼葉生長易受到蠐螬、螻蛄等地下害蟲的危害,可用30 kg/hm2的好年冬均勻撒施于土壤中防治;云斑天牛幼蟲蛀食幼樹主干韌皮部,并鉆入木質部,可以用40%氧化樂果乳油原液于主干下部打孔注藥防治。銹病在9~11月造成部分葉片產生黃色銹斑,影響生長,可用粉銹寧稀釋成0.2%的溶液噴霧防治2~3次。葉斑病在8~10月易使幼苗葉片發生褐色斑塊,應及時剪除病葉,以70%甲基托布津1 000倍液或0.2%多菌靈連續噴霧2~3次;為了防止山桐子葉片銹病的發生,必須注意避免與海棠、柏木等易感銹病的植物栽培在一起。
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(1.湖北理工學院,湖北 黃石,435003; 2.華中科技大學,武漢 430074)
摘要:以模擬的中國南北方生活垃圾為對象,分析了生物預處理的效果。試驗結果表明, 短期的生物預處理可以有效地減少我國南北方生活垃圾的水分、質量、有機物及總氮。在生物預處理過程中,南方生活垃圾的水分、質量、有機物及總氮減少量大于北方生活垃圾。南北方垃圾在模擬的雨季環境下,有機物降解較快。生物預處理技術適用于我國南北方生活垃圾的處理,有助于后續處理焚燒、填埋的操作及減少二次污染。
關鍵詞 :生活垃圾;生物預處理;南北方;效果
中圖分類號:X705 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2015)07-1693-03
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.07.041
生活垃圾中可生物降解有機物含量較高,可生物降解有機物是垃圾處理中惡臭散發、填埋氣排放、滲濾液負荷高等問題的主要原因,減少生活垃圾中可生物降解有機物含量得到了發達國家的高度關注[1,2]。近年來,生物預處理技術在歐洲國家的城市生活垃圾處理中得到廣泛應用[1-3],生物預處理是對城市生活垃圾進行好氧或厭氧生物降解[1],目的是使垃圾中的可生物降解有機物穩定化,以減少填埋氣的排放,降低滲濾液負荷,減少垃圾處理量。亞洲許多發展中國家如泰國、印度、越南、斯里蘭卡等國的城市生活垃圾與中國有類似的特點[4-6],也在開展生物預處理技術的應用研究。近年來,中國研究人員也開展了生活垃圾生物預處理的應用研究,楊列等[7,8]研究了時間、通風和水分對生物預處理的影響,優化生物預處理的實際應用工藝;鞠茂偉[9]研究了機械生物預處理對混合垃圾的燃燒特性和填埋特性的影響;宋彩紅等[10]研究了生物預處理工藝對生活垃圾As、Pb、Cr總量和生物有效性的影響。
中國地域遼闊,南北溫差大,東西經濟發展不平衡, 燃料結構差別大, 生活習慣也有很大不同。杜吳鵬等[11]對我國73座城市生活垃圾成分分析表明,我國南北方城市生活垃圾的組分構成有較大差別,其中南方城市生活垃圾中的有機物和可回收物所占比例高于北方城市,而灰土等無機物的含量則低于北方。由于我國南北方生活垃圾的差異性,十分有必要研究生物預處理技術對南北方生活垃圾的處理效果,為生物預處理技術在我國南北方城市推廣應用提供技術支撐。
1 材料與方法
根據南北方生活垃圾組成情況,配制南北方混合生活垃圾[11]。另外生物預處理過程如果在露天進行,還會受到天氣的影響,又增加了雨季和非雨季的模擬生活垃圾樣品。模擬混合生活垃圾的主要成分為紙類、塑料、織物、樹葉、廚余垃圾、灰土和煤渣。各組分比例見表1。
本次試驗分4組,分別模擬南方雨季、南方非雨季、北方雨季、北方非雨季的生活垃圾, 每組2個平行樣。各組分破碎后按配比充分混合得到模擬垃圾,然后將垃圾堆置于圓柱形塑料框中,每框垃圾重量2 500 g左右。在生物預處理過程中,監測垃圾的溫度、質量、含水率、pH、可揮發性有機物含量、總氮等指標,測定方法參考CJ/T313—2009《生活垃圾采樣和分析方法》。
2 結果及討論
經過近20 d的生物預處理,有機物被微生物降解,南北方模擬生活垃圾的理化參數有不同的變化。
2.1 溫度的變化
各組堆體溫度隨時間的變化見圖1。
微生物利用有機物和氧氣形成自身細胞的過程中會放出熱量,從圖1中可以看出,在生物預處理前2周4組堆體中的溫度總體均呈上升趨勢,第15天堆體溫度有所下降,隨后堆體溫度又開始上升。由于模擬垃圾的用量不大,堆體的保溫效果不太好,但堆體溫度均高于室溫。4組堆體中,南方非雨季的生活垃圾在前15 d溫度最高,這由于垃圾中有機物含量高,微生物分解過程中產生熱量多的緣故。
2.2 質量的變化
各組堆體質量隨時間的變化見圖2。經過生物降解,4組垃圾堆體的質量均有降低,其中南方雨季、南方非雨季、北方雨季、北方非雨季質量的減少量分別為1 149、669.5、890、509.5 g,質量的減少率分別為40.2%、33.5%、33.4%、25.5%。南方生活垃圾的減少量高于北方生活垃圾。主要原因是南方雨季(非雨季)的生活垃圾的含水率、有機物含量均高于北方雨季(非雨季),在堆體溫度升高時,有利于微生物生長繁殖,加快了垃圾中有機物的分解及水分的利用,故南方生活垃圾質量減少得較快。
2.3 含水率的變化
各組堆體含水率隨時間的變化見圖3。在生物預處理過程中,4組堆體的含水率逐漸降低,這是由于堆體溫度的升高造成水分的散發,有一部分水分損失了。其中南方雨季、南方非雨季、北方雨季、北方非雨季含水率的減少量分別為14.0個百分點、10.4個百分點、13.8個百分點、7.9個百分點,水分的減少率分別為21.5%、20.8%、25.2%、19.6%,南方雨季、非雨季,北方雨季的含水率減少都在20%以上,水分減少較快。
2.4 堆體pH的變化
各組堆體pH隨時間的變化見圖4,生物預處理過程中4組堆體pH均呈上升趨勢。預處理初期,pH為弱酸性到中性,一般為6.5~6.8。隨著預處理的進行,pH升高較快,預處理2周后4組堆體的pH達到了7.5~7.8。這是由于生活垃圾含有有機物,生物降解過程中含氮有機物質的分解產生大量氨氮,同時一部分有機酸氧化分解和揮發也會使得pH升高較快。
2.5 可揮發性有機物含量的變化
可揮發性有機物通常用來表示垃圾中有機物的含量,各組堆體的可揮發性有機物隨時間變化見圖5,4組垃圾堆體的可揮發性有機物均呈下降趨勢。在預處理的前1周內,可揮發性有機物下降較快,其中南方雨季、南方非雨季、北方雨季、北方非雨季的可揮發性有機物減少量分別為15.4個百分點、15.0個百分點、11.5個百分點、9.9個百分點,可揮發性有機物的減少率分別為24.4%、22.3%、18.7%、15.5%。生物預處理過程中,微生物的生長、繁殖需要一定的水分,適宜的含水率有利于微生物對有機物的分解,進而實現生活垃圾的減量化。南方生活垃圾的含水率為50%~65%,較有利于微生物分解有機物,因此南方生活垃圾的有機物減少量高于北方。
2.6 總氮的變化
各組堆體總氮隨時間的變化見圖6。生物預處理過程中,4組堆體的總氮含量均呈下降趨勢,其中南方雨季、南方非雨季、北方雨季、北方非雨季總氮的減少率分別為20.0%、14.4%、14.3%、12.1%。南方生活垃圾的總氮的減少率高于北方。在預處理的前2周內,南方雨季堆體中總氮含量下降較快,這可能是由于此堆體中廚余垃圾的含量最大,同時溫度較高,有機態氮通過微生物分解轉化為銨態氮并進一步揮發所致。
3 結論
本研究用模擬的南北方生活垃圾進行了短期生物預處理試驗,得到如下結論。
1)短期的生物預處理可以有效地減少我國南北方生活垃圾的水分、質量、有機物及總氮。
2)在生物預處理過程中,南方生活垃圾的水分、質量、有機物及總氮減少量大于北方生活垃圾。
3)在生物預處理過程中,南北方垃圾在雨季的模擬環境下,有機物降解較快。
生物預處理技術適用于我國南北方生活垃圾的處理,可以有效地減少垃圾的水分、質量、有機物及總氮,有助于后續處理焚燒、填埋的操作及減少二次污染。
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關鍵詞:甲醛 甲醛污染 危害 控制措施
Harm and control measures of indoor formaldehyde pollution
Zhao Xingling
(Department of Life Science and Chemistry, Tianshui Normal University, Tianshui Gansu 741000)
Abstract:With the improvement of people's living standard and decoration became increasingly popular and heavier on formaldehyde pollution in indoor air. This article focuses on the sources of indoor formaldehyde pollution and harm to human health; put forward some effective measures to control indoor formaldehyde pollution.
Keywords:formaldehyde; formaldehyde pollution ; harm ; control measure
1.甲醛的特性、來源
1.1 甲醛的特性
在常溫下,甲醛是呈無色的帶有刺激性嗅味的氣體,其40 %的水溶液俗稱為福爾馬林,溶液的沸點為19℃,在室溫下極易揮發。甲醛污染的來源很多,污染濃度較高,是室內空氣污染的代表性污染物之一,也是我國公共場所衛生標準中必測指標之一。室內甲醛濃度>0.12㎎/m3時,對人體健康有影響,濃度為0.06㎎/m3時對人體沒影響。我國公共場所衛生標準等效采用該標準值,規定其濃度≤0.12㎎/m3。
1.2 室內甲醛污染的來源
近年來,隨著國民經濟的發展,裝飾裝修越來越受歡迎,室內空氣中甲醛污染也越來越嚴重。室內甲醛污染的主要來源于室內裝修用膠合板,細木工板,中密度纖維板和刨花板等人造板材中殘留的和未參與反應的甲醛會逐漸向周圍環境釋放[2-3]。含有甲醛含量的裝飾材料,其他類型并有可能向外界散發的,如人造板制造的家具的使用,與木材膠裝修,油漆和其他裝飾材料如地毯,窗簾以及墻紙[4-5]等,以及廚房燃料燃燒[6],燃著的香煙[7],化妝品,洗滌劑,農藥,防腐劑的使用[8]和戶外汽車尾氣的排放。
2.甲醛對人體不同系統的主要危害
甲醛經呼吸系統被人體所吸收,引起鼻腔、口腔、咽喉的異常,嚴重的將引起肺功能、神經系統、肝功能和免疫功能的異常。甲醛還被世界衛生組織確定為三大致癌物之一,會對人體產生致癌、致變作用。
3. 甲醛的防治
室內空氣中甲醛濃度主要受建筑材料、裝修后時間、濕度、通風等多種因素的影響。日本橫濱的研究人員發現,室內甲醛的釋放期一般為3~15年,在這個漫長的時間里,為了把甲醛的危害減少到最小,也逐漸提出了一些預防室內甲醛的降解防治措施,應該對室內甲醛污染進行全過程控制,減少室內甲醛污染對人體健康造成的危害。
隨著人們生活水平的不斷提高,裝飾裝修也越來越普及,由于對低劣裝飾裝修材料的使用或沒有對整個房屋的承載度做出合理的評估和設計,使得室內空氣中的甲醛污染越來越重,所以人們必須非常重視住房室內甲醛的危害和防止。實際上,室內甲醛對人體的健康有很大的危害,而且具有相當長的潛伏期。因此,人們有必要對室內甲醛要有足夠的認識并采取積極的措施來控制室內甲醛的濃度。控制室內甲醛的措施很多,同時采用多種措施可以達到更好的防甲醛效果。
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【關鍵詞】黑碳;表層沉積物;主要成分分析
1 實驗內容與研究意義
1.1 黑碳簡介
黑碳(Black carbon, 簡稱黑碳)是生物質或化石燃料(煤、石油等)不完全燃燒所形成的一類含碳混合物殘體,普遍存在于環境中,其來源可分為自然源和人為源兩種。
由于黑碳的惰性和多空隙性,它能夠在環境中沉積,并最終通過傳輸、沉降作用進入土壤、水體,繼而進入水體表層沉積物中。因此對水體表層沉積物中黑碳的研究,能夠更準確的反映出環境中黑碳的含量。
黑碳是疏水性有機污染物(HOCs)一個重要的攜帶者。多環芳烴(PAHs)是HOCs的一種,我們可以由沉積物中PAHs的來源分析,得以推測黑碳的來源以及黑碳對沉積物中PAHs的吸附所造成的影響。
1.2 黑碳的研究進展
黑碳作為一種污染物被人們作為環境問題進行研究是在倫敦煙霧事件之后,我國直到二十世紀九十年代才逐步開展黑碳的各種實驗研究,起初研究主要集中在大城市大氣中黑碳的研究,對沉積物中黑碳的研究尚處起步階段。
1.3 本實驗的研究內容及意義
我國由于經濟水平相對落后,煤和生物質燃料大量使用,黑碳的排放量占到了全球排放量的1/4。對河南水體表層沉積物中黑碳的研究,有助于對河南黑碳排放來源做出初步的判斷,評價人類活動對環境的影響,對促進河南省經濟和環境的可持續發展,具有非常重要和長遠的意義。
2 實驗內容和研究方法
2.1 研究區域概況
淮河流域地處中國東部,本文研究區域主要位于河南境內的淮河上游河段,省界以上河長417 km,流域面積37752 km2。從淮源到洪河口為上游,集水面積3.06萬km2,河長364 km,落差178 m,占淮河總落差的89%。
2.2 樣品的采集、保存和前處理
2.1.1 樣品的采集和保存。淮河河南段樣品:選擇比較平直、流速相對緩慢、處于集中污染源的下游附近河道,在水位線以內2m左右處采集淮河上游的河床底部0~20cm表層沉積物樣品,采集后即在零下20 ℃冷凍保存。
2.1.2 樣品的前處理。將樣品溫度升至室溫后取出,風干均勻后篩除去殘余性顆粒,選取少許樣品做粒徑分析,其余部分進行冷凍干燥后備用。
2.2 實驗材料和儀器
2.2.1 實驗材料。鹽酸(HCL)、硫酸(H2SO4)、氫氟酸(HF)、重鉻酸鉀(K2CrO7)、實驗用水。
玻璃器皿、瓷坩堝、分樣篩。
2.2.2 實驗儀器設備。元素分析儀、電子天平、自動雙重純水蒸餾器、粒度測定儀、超聲振蕩儀、馬弗爐、心機、電熱恒溫鼓風干燥箱。
2.3 分析方法
2.3.1 表層沉積物粒度分析原樣經過充分混合后烘干,處理后上機測試。每個樣品平行測試三次取平均值,結果補充于粒徑分級分析。
2.3.2表層沉積物TOC分析。總有機碳的測定用元素分析儀測定的方法。
2.3.3 表層沉積物黑碳分析。本實驗設計具體步驟如下:①樣品制備;②酸處理過程;③氧化處理過程;④分析黑碳含量;⑤樣品平行測定兩次,最后取平均值。
2.4 數據的質量保證和質量控制(QA/QC檢驗)
①每次實驗均選取兩個平行樣品進行,取平均值;②進行回收率測定實驗,分析損失;③選取粒徑差別較小的同一樣品進行分析;④對儀器進行校正,并加空白樣進行分析。
3 淮河河南段水體表層沉積物中黑碳的研究
3.1 水體表層沉積物中黑碳的含量和分布
由對16個采樣點水體表層沉積物樣品中的黑碳進行分析可知,淮河河南段水體表層沉積物各個采樣點黑碳的總含量范圍為0.049~1.281 %,平均值為0.284 %。
支流沉積物中黑碳含量明顯高于干流中的含量,這和黃河河南段水體表層沉積物中黑碳含量相類似。干流自上而下表層沉積物中黑碳含量有逐漸增大的趨勢,可能是由于干流沉積物中黑碳含量自上而下逐漸積累,且水庫容納了周圍大量的污染物有關,同時受到其它因素的影響。
3.2 黑碳含量和TOC以及PAHs之間的相關性
3.2.1 黑碳與TOC之間的相關性分析。采用極差誤差法分析出兩個離群點,除去這兩個點,采用SPSS分析,表明淮河河南段水體表層沉積物中黑碳含量和TOC含量之間存在著顯著的相關性,Pearsin相關系數為r=0.882(α
3.2.2 黑碳與PAHs之間的相關性分析。淮河河南段水體表層沉積物中16種PAHs的總含量范圍為95.2(T—6) ~935.2(T—7) ng/g,平均濃度為400.5 ng/g。淮河河南段水體表層沉積物中PAHs的含量整體高于黃河河南段,淮河河南段受到PAHs的污染相對較高。
根據PAHs不同組分形成條件和來源的不同,將在中高溫度條件下燃燒形成的PAHs稱為燃燒性PAHs,其它種類的在中低溫度條件下的PAHs稱之為“非燃燒性”PAHs。
利用數理統計法分析淮河河南段水體表層沉積物中黑碳和PAHs含量之間的相關性,黑碳和PAHs總含量以及PAHs的各種組分含量之間的相關性總體可得結果如下:①黑碳和PAHs的總含量之間表現出顯著相關;② 與黑碳表現出明顯相關的各種PAHs主要屬于4~6環的高環化合物,屬于燃燒性PAHs;③ 體表層沉積物中黑碳和這些燃燒性PAHs之間的相關性初步表明,該區域水體沉積物中黑碳主要伴隨于PAHs在中高溫度條件下形成。