外源吸收劑對(duì)沼液CO2吸收及生態(tài)毒性的影響.pdf

1、生物天然氣是指將沼氣中以CO2為主的雜質(zhì)氣體脫除后，使CH4含量提升至天然氣標(biāo)準(zhǔn)的一種高品位可再生能源，其規(guī)?；每稍谝欢ǔ潭壬暇徑馕覈?guó)天然氣的供需矛盾問(wèn)題。同時(shí)，生物天然氣可在能源利用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)CO2的近零排放。沼氣提純制備生物天然氣的關(guān)鍵在于沼氣中CO2的低成本分離。在眾多沼氣CO2分離技術(shù)中，CO2化學(xué)吸收法具有高CO2分離效率、低CH4損失、高CH4純度和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，是近期可以大規(guī)模推廣應(yīng)用的技術(shù)之一。沼氣CO2化學(xué)吸收法

2、技術(shù)瓶頸在于CO2分離成本高，尤其是富CO2吸收劑溶液的熱再生能耗，其可占全部能耗的60％以上。因此，降低沼氣CO2分離技術(shù)成本的關(guān)鍵在于降低富CO2吸收劑溶液的再生能耗。
　　若能摒棄富液熱再生部分，只保留CO2吸收部分，將可能會(huì)降低化學(xué)吸收法成本，但CO2吸收非循環(huán)工藝對(duì)CO2化學(xué)吸收劑的消耗量巨大。因此，選擇合適的吸收劑成為其能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。作為沼氣工程副產(chǎn)物，沼液呈弱堿性，并富含刺激植物生長(zhǎng)的有益成分，理論上可作為一種

3、融合CO2吸收和生物儲(chǔ)存的可再生吸收劑，基本滿足CO2吸收非循環(huán)工藝要求，其首要問(wèn)題是對(duì)沼液CO2吸收性能進(jìn)行強(qiáng)化。外源CO2吸收劑的添加有助于提升沼液的CO2吸收性能，但也會(huì)影響沼液的植物生理毒性?；诖?，本文研究了6種典型外源CO2吸收劑對(duì)沼液CO2吸收性能及生態(tài)毒性的影響，探究了沼液濃縮倍數(shù)和外源吸收劑添加量對(duì)沼液CO2吸收性能的提升效果，并從植物生理毒性及總磷含量角度分析其對(duì)富CO2沼液農(nóng)業(yè)應(yīng)用的影響，最終以沼液水培生菜的方式來(lái)

4、探究在實(shí)際農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的可行性。研究結(jié)果表明:
　　(1)與原沼液相比，濃縮5倍后沼液的CO2吸收量提高了71.4％，但因沼液黏度的增加導(dǎo)致沼液CO2吸收速率的下降。濃縮過(guò)程對(duì)沼液中以氨氮為主的有害物質(zhì)脫除明顯，5倍濃縮沼液的氨氮脫除率可達(dá)87.69％。濃縮過(guò)程及引入外源吸收劑均能脫除沼液中的磷元素，可大幅降低沼液施用時(shí)對(duì)環(huán)境帶來(lái)的危害。
　　(2)與直接向原沼液中引入低濃度吸收劑相比，向濃縮沼液中添加高濃度吸收劑可大幅提高單

5、位體積沼液的CO2攜帶量。乙醇胺（Monoethanolamine，MEA）強(qiáng)化的5倍沼液，35℃吸收飽和時(shí)CO2負(fù)荷可達(dá)0.40 mol/L，是5倍濃縮沼液的14.8倍，且能在10min內(nèi)達(dá)到CO2吸收飽和。精氨酸鉀(Potassium L-Argininate，PA)強(qiáng)化的5倍沼液具有最高的CO2負(fù)荷，吸收飽和時(shí)可達(dá)0.68mol/L。
　　(3)盡管PA在高吸收負(fù)荷上具有一定優(yōu)勢(shì)，但富CO2沼液的植物生理毒性較高。浸種應(yīng)用時(shí)

6、，稀釋后的沼液中PA濃度不能超過(guò)0.035mol/L，而此時(shí)其對(duì)于沼液CO2攜帶量的提升并沒(méi)有實(shí)際優(yōu)勢(shì)。MEA強(qiáng)化沼液稀釋后浸種時(shí)，添加濃度控制在0.1 mol/L時(shí)不影響種子發(fā)芽。同時(shí)，MEA在沼液中的生物降解性較其它吸收劑也具有明顯優(yōu)勢(shì)，在原沼液中5d的生物降解率可達(dá)55％。因此，MEA在吸收負(fù)荷、吸收速率及低植物生理毒性方面具有綜合優(yōu)勢(shì)。
　　(4)沼液中氨氮含量是影響其植物生理毒性的關(guān)鍵因素，脫氨處理和5倍濃縮分別可使沼液

7、氨氮脫除率達(dá)92.2％和88％。富碳脫氨沼液只需要稀釋5倍即可實(shí)現(xiàn)生菜水培的良好長(zhǎng)勢(shì)。稀釋5-30倍的脫氨沼液水培生菜長(zhǎng)勢(shì)均優(yōu)于營(yíng)養(yǎng)液水培，其中5倍稀釋水培的生菜相對(duì)生長(zhǎng)量最高，可達(dá)到150％。富碳5倍濃縮沼液只需稀釋20倍以上即可作為生菜水培液（相當(dāng)于將原沼液稀釋4倍以上）。沼液水培改善了生菜在硝酸鹽含量方面的品質(zhì)，5倍稀釋脫氨沼液的水培生菜中NO3-N含量?jī)H為13mg/kg，僅為營(yíng)養(yǎng)液水培生菜的4.6％。
　　(5)當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液M

8、EA添加濃度低于0.001 mol/L時(shí)，生菜具有良好長(zhǎng)勢(shì)，而MEA濃度高于0.002mol/L時(shí)，生菜根系完全腐爛。MEA添加濃度在0.001mol/L內(nèi)，生菜的相對(duì)生長(zhǎng)量均高于100％，當(dāng)MEA添加濃度在0.0005mol/L時(shí)，生菜的相對(duì)生長(zhǎng)量達(dá)到峰值。
　　綜上，沼液通過(guò)“濃縮-引入吸收劑-稀釋施用”的過(guò)程，可提高外源吸收劑的添加量，同時(shí)降低沼液自身的植物生理毒性。沼液中引入合適濃度的MEA不僅可大幅提高其CO2吸收性能，