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我校在沼液中氨氮分离及资源化利用方面取得新进展

www.ighdhair.com2020-01-12

南湖新闻网(通讯员严平河青瑶)近日,我校理工学院严平教授的团队在国际学术期刊《ACS可持续化学工程》上发表了题为《开发真空辅助快速氨渗透膜工艺》的在线出版物《沼气污泥中的回收和CO2捕集》一文,提出了沼液氨氮快速回收和资源化利用的低碳足迹新技术。该技术可以在不改变沼液酸碱度的情况下实现氨氮的快速回收和CO2分离,还可以避免传统氨氮分离中容易产生泡沫和引入氧气等问题,为沼液中氨氮的稳定去除和沼液的后续循环利用提供了可能,为资源回收和碳捕集提供了新的途径。

畜禽粪便厌氧发酵后产生的沼液含有高浓度的氨氮。其直接利用可能导致氮的大量流失,从而导致环境问题,如空气中颗粒物(如PM2.5)的增加、水体富营养化,甚至地下水污染。因此,在利用沼液之前,有必要回收大部分氨氮。此外,在沼液回流厌氧发酵过程中,氨氮浓度高容易导致发酵失败,因此沼液回用前必须去除氨氮。沼液中回收的氨氮不仅是一种重要的肥料资源,也是一种重要的化学原料。然而,现阶段对氨氮回收的研究大多集中在提高回收效率和可行性研究上,对低碳足迹氨氮回收利用的研究较少。

减压增强型透气膜工艺捕集CO2和回收氨氮的传质路径和流程图

科研团队创新性地提出采用减压辅助透气膜工艺分离和回收沼液中的氨氮,实现沼液中氨氮的快速回收和CO2的捕集。本研究采用一级反应动力学模型验证了减压辅助膜法回收氨氮的高效性。其一级反应动力学常数达到0.28 h-1,大大超过了单膜吸收除热技术。通过氨氮和水的传质特性,得到高效低能耗的操作参数,揭示了氨氮和CO2在该过程中的传质机理,验证了该过程的长期稳定性。根据生命周期评价原理,计算出该工艺的温室气体排放量为-1.6千克CO2/千克氮,表明该工艺可以实现净负CO2排放量。

具有负碳排放和盈利能力的生物能转化生产系统

本研究以厌氧发酵后从沼液中回收氨氮制备可再生CO2吸收剂(RAA)为主线,以秸秆、畜禽粪便等农业废弃物为原料,进一步筛选出用于CO2捕集的醇胺吸收剂、氨基酸盐吸收剂和无机盐吸收剂,从而为近期工业化中化学吸收法捕集CO2提供充足的绿色原料支持。同时,在沼气项目的碳减排、质量提升和效率提升方面,提出以可再生氨水为纽带,同时实现养分回收、CO2捕集和沼气升级。与传统工艺相比,新工艺系统通过资源合理配置和能源梯级利用,提高了系统的经济效益,实现了CO2的净负排放。相关研究成果也发表在美国化学学会可持续化学工程和环境科学技术等国际期刊上。

理工学院讲师何庆耀博士和农业部沼气科学研究所Xi江博士是论文的合著者,严平教授是论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金会(,)、中央大学基础研究基金会(PY046,QD028)和美国国家自然科学基金会的支持

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