焦炉气甲烷化及沼气原位提纯耦合新工艺与原理

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51378373
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The upgraded biogas with methane content higher than 90% can be used as natural gas or vehicle fuels, which will increase its utilization efficiency. However, the biogas upgrading is generally performed outside the anaerobic reactor and the cost is relatively high. Coke oven gas contains mainly H2 and CH4, and small amount of CO and CO2. Based on the research result that H2, CO2 and CO could be converted to methane in anaerobic reactor, the present project proposes an innovative process for simultaneous coke oven gas biomethanation and in-situ biogas upgrading in anaerobic reactor. In the project, the mass transfer characters and conversion efficiency of hydrogen provided by hollow fiber membrane will be studied, including the role of active components in mass transfer. Moreover, the biofilm attached on the hollow fiber membrane and membrane fouling will be analyzed, and the methods to increase the methane content will be investigated. The project will also study the effects of coke oven gas addition on the organics degradation, changes of buffer system and microbial activity in the anaerobic reactor, and the qualitative and quantitative changes of methanogens will be characterized. The biochemical reactions and dynamics will be explored, and the mathematic model for mass transfer and biochemical reactions will be established. The study will provide theoretical and technical solutions for the application of the proposed process.
厌氧消化产生的沼气提纯后甲烷含量达到90%以上,可以替代天然气从而提高利用效率,然而目前沼气提纯均在厌氧反应器外进行的,成本较高。焦炉气主要成分为H2和CH4,和少量CO、CO2等气体,研究发现某些厌氧微生物可以实现H2,CO2和CO向甲烷的转化。本申请在前期可行性研究的基础上,提出一种利用厌氧微生物实现焦炉气甲烷化和沼气提纯的耦合工艺,以传质理论和生化反应动力学为基础,探索采用中空纤维膜实现焦炉气向厌氧反应器的高效扩散,研究各反应组分在各相中的传质-反应规律和过程参数对气体传质效果的作用,分析中空纤维膜表面生物膜特性和膜污染成分,探讨提高甲烷浓度的工艺策略;深入研究焦炉气加入后对厌氧过程有机物降解、缓冲体系和微生物活性的影响,从分子水平上研究系统内不同产甲烷菌群定性和定量的变化,探究反应系统的微观生化机制和动力学,构建耦合工艺的传质-生化动力学模型,为该工艺的应用提供理论基础和技术支撑。

结项摘要

本课题提出将焦炉气作为廉价的外加氢源,通入正在运行的处理有机废弃物的厌氧反应器中,焦炉气中的CO和CO2可在厌氧微生物作用下与H2结合转化为CH4,剩余的H2和厌氧反应器产生的沼气中的CO2结合生成CH4,该工艺不仅实现焦炉气的甲烷化,同时也能够实现沼气原位提纯。课题研究发现非限制性气液传质条件下,氢气分压增加或混合不会有利于较高的氢气消耗速率,由于限制因素是微生物的活动,而不是氢的传输速率。增加微生物浓度可能导致更高的氢气消耗速率。利用中空纤维膜向厌氧反应器中通入模拟焦炉气,通入一定量的模拟焦炉气后,甲烷浓度从65%提高到90%左右,然而进一步增大模拟焦炉气进气量(2900 mL/L·d)后,pH突增至9.0,随即反应器崩溃。进一步在维持进气量为2900 mL/L.d条件下将pH控制在8.0,此时甲烷浓度可高达98-99%。从现有的研究结果来看,控制pH值条件下通入模拟焦炉气可以获得纯度很高的甲烷,且CO的存在对产甲烷过程没有明显毒害作用。高温和超高温条件下,测试范围CO的加入对体系的耗氢产甲烷性能均无抑制,并且能够转化利用。经过CO长期驯化的混合菌群体系,延迟期大大缩短,古菌群落的多样性随着温度的升高而降低,在超高温条件下,Methanothermobacter占古菌群落的97%以上,均具有将CO甲烷化的潜力。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(4)
专利数量(1)
Thermophilic hydrogen production from starch wastewater using two-phase sequencing batch fermentation coupled with UASB methanogenic effluent recycling
利用两相序批发酵结合 UASB 产甲烷废水回收从淀粉废水中生产高温氢气
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2014.10.049
  • 发表时间:
    2014-12
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Xie Li;Dong Nanshi;Wang Lei;Zhou Qi
  • 通讯作者:
    Zhou Qi
纳米磁粉复配混凝剂深度处理木薯酒精废水研究
  • DOI:
    10.13205/j.hjgc.201705003
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    环境工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈宇;张明;王周;谢丽;周琪
  • 通讯作者:
    周琪
一段式厌氧氨氧化工艺亚硝酸盐氧化菌抑制方法研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢丽;殷紫;尹志轩;王悦超;周琪
  • 通讯作者:
    周琪
Phosphorus removal and recovery from wastewater by highly efficient struvite crystallization in an improved fluidized bed reactor
在改进的流化床反应器中通过高效鸟粪石结晶去除和回收废水中的磷
  • DOI:
    10.1007/s11814-017-0203-1
  • 发表时间:
    2017-09
  • 期刊:
    Korean Journal of Chemical Engineering
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Lu Bin;Zhang Min;Xie Li
  • 通讯作者:
    Xie Li
Effective carbon and nitrogen removal with reduced sulfur oxidation in an anaerobic baffled reactor for fresh leachate treatment
在新鲜渗滤液处理的厌氧挡板反应器中有效去除碳和氮并减少硫氧化
  • DOI:
    10.1016/j.jbiosc.2016.07.004
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Yin Zhixuan;Xie Li;Cui Xinwei;Zhou Qi
  • 通讯作者:
    Zhou Qi

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其他文献

生物强化技术对厌氧消化特性影响研究进展
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    王芳
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    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    谢丽;陆斌;曹榕;周琪
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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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AI项目解读示例

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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