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基于低温预处理的花生壳发酵产氢效率提升及应用潜力研究

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环境工程 2024年第5期42卷 83-89页

作者：齐男赵一诺赵鑫王俭杨春璐胡筱敏辽宁大学沈阳110036 东北大学沈阳110819

目前对于纤维素类废弃物发酵产氢效率提升的研究,大多集中于各种预处理方式对比及实验条件优化方向,但对低温常压预处理技术研究较少。采用正交试验设计(OED)和中心复合设计(CCD)设计了预处理条件,并通过直接测量法和响应面法对预处理... 详细信息

目前对于纤维素类废弃物发酵产氢效率提升的研究,大多集中于各种预处理方式对比及实验条件优化方向,但对低温常压预处理技术研究较少。采用正交试验设计(OED)和中心复合设计(CCD)设计了预处理条件,并通过直接测量法和响应面法对预处理温度条件和时间条件进行了优化。利用修正Gompertz模型(MGM)和Logistic函数模型(LFM)对低温预处理后的花生壳生物产氢进行了动力学模拟,并分析了其应用潜力。正交试验结果表明:花生壳在50℃下预处理12 h,最大TRS(总还原糖)为3.16%,优于中心复合设计。PSP在-80℃下处理12 h,产氢量达到最大值109.2 mL,相比对照组提高了54.46%。模型模拟表明:LFM对氢气产量的预测要比MGM更准确,预测值与实际值之间较高的相关系数和皮尔逊相关性也证明了这一点。低温预处理能有效提高花生壳的还原糖释放量,提升其产氢效率,在个别温度适宜的花生产区(如东北、河南等地),可借助自然气温实现花生壳的低能耗预处理,为经济高效、稳定地从花生壳中回收生物能源提供了一种新思路。

关键词：低温预处理生物制氢花生壳动力学分析实验设计

脉冲电场破乳-活化过硫酸盐工艺处理乳化油废水

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环境工程 2023年

作者：胡筱敏姜舒淇东北大学资源与土木工程学院

乳化油废水有机污染物质浓度高、成分复杂，处理难度大。利用脉冲电场实现油水分离，并结合脉冲电场活化过硫酸盐产生具有强氧化性的SO4-·对破乳后废水中有机物进行降解。结果表明，脉冲电场破乳试验中，当电源电压为18V，溶液pH=2，... 详细信息

乳化油废水有机污染物质浓度高、成分复杂，处理难度大。利用脉冲电场实现油水分离，并结合脉冲电场活化过硫酸盐产生具有强氧化性的SO4-·对破乳后废水中有机物进行降解。结果表明，脉冲电场破乳试验中，当电源电压为18V，溶液pH=2，电源频率为800Hz，占空比为50%，极板间距为2.5cm，反应时间为50min时破乳效果最好，对于初始COD浓度为78340mg/L的乳化油废水COD的去除率高达98.03%；脉冲电场活化PMS处理破乳后废水试验中，当ρ(PMS)：ρ(COD) =3，溶液pH=2，电源电压为15V，频率为3000 Hz，占空比(在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例)为70%，极板间距为2.5cm，反应时间为2h时，乳化油废水中有机物降解率最高达60.8%；相同条件下，脉冲电源+PMS处理体系较直流电源+PMS处理体系降解率高6.4%。

关键词：乳化油废水破乳过硫酸盐电活化 SO ·

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脉冲电场对好氧反硝化细菌生长代谢的影响

东北大学学报（自然科学版） 2022年第1期43卷 111-116,123页

作者：王凡胡筱敏李雪洁张博东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

将脉冲电场技术应用于硝酸盐废水的好氧反硝化处理.通过比较不同脉冲电场强度、脉冲频率、极板间距和接种量等因素作用下好氧反硝化细菌生长代谢的变化情况,确定了脉冲电场处理的最佳工艺参数.结果表明,在电场强度为0.8 V·cm^(-1),频率... 详细信息

将脉冲电场技术应用于硝酸盐废水的好氧反硝化处理.通过比较不同脉冲电场强度、脉冲频率、极板间距和接种量等因素作用下好氧反硝化细菌生长代谢的变化情况,确定了脉冲电场处理的最佳工艺参数.结果表明,在电场强度为0.8 V·cm^(-1),频率为1000 Hz,极板间距为5 cm,接种量为5%的最佳试验条件下,经脉冲电场处理的好氧反硝化细菌Pseudomonas putida W207-14仅24 h其在600 nm波长下的细胞光密度(OD600)、化学需氧量(COD)和硝态氮(NO_(3)^(-)-N)的去除率均达到最大值,分别为1.926±0.04,(97.67±1.12)%和(90.34±0.73)%.与未处理的好氧反硝化细菌相比,在生长时间大幅缩短的同时,其硝酸盐去除速率提高了115.76%.

关键词：脉冲电场好氧反硝化细菌生长代谢硝酸盐去除速率强化

脉冲电场活化过硫酸盐降解废水中环丙沙星的研究

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安全与环境学报 2022年第6期22卷 3457-3463页

作者：胡筱敏戴驰马冬李响东北大学资源与土木工程学院沈阳110819

环丙沙星为氟喹诺酮类抗生素,其分子结构较稳定,生物降解性差。利用脉冲电场活化过硫酸盐产生的强氧化性的SO_(4)^(-)·对废水中的环丙沙星进行降解。考察脉冲电源的电压、频率、占空比等参数,PMS用量、pH值、极板间距等因素对环丙沙星... 详细信息

环丙沙星为氟喹诺酮类抗生素,其分子结构较稳定,生物降解性差。利用脉冲电场活化过硫酸盐产生的强氧化性的SO_(4)^(-)·对废水中的环丙沙星进行降解。考察脉冲电源的电压、频率、占空比等参数,PMS用量、pH值、极板间距等因素对环丙沙星降解率的影响,分析比较不同体系中环丙沙星的降解情况,并通过淬灭试验探究脉冲电场作用下自由基的生成情况。结果表明,在脉冲电源电压为7 V,频率为3 kHz,占空比为50%,过硫酸氢钾投加量为0.5 g/L,溶液初始pH值为3,极板间距为3.5 cm的条件下,反应2 h后,环丙沙星最高降解率达73%。相较于单独PMS氧化体系和直流稳压+PMS体系,降解率分别提高了45%和18%。通过自由基淬灭试验,分析溶液中存在SO_(4)^(-)·和·OH,且·OH对SO_(4)^(-)·的产生具有一定影响。

关键词：环境工程学电活化过硫酸盐环丙沙星硫酸根自由基

室温条件下电场缓解高氮负荷抑制厌氧氨氧化性能的研究

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环境污染与防治 2023年第9期45卷 1202-1207页

作者：张驰王超沙宏举胡筱敏沈阳建筑大学市政与环境工程学院辽宁沈阳110168 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

以全混合厌氧反应器(CSTR)构建厌氧氨氧化(Anammox)系统,利用脉冲电源提供电场,考察室温条件下高氮负荷对Anammox脱氮效果的长期影响;通过酶标仪分析Anammox细菌中关键酶活性,阐释电场对Anammox细菌活性的影响。结果表明,电场能够强化An... 详细信息

以全混合厌氧反应器(CSTR)构建厌氧氨氧化(Anammox)系统,利用脉冲电源提供电场,考察室温条件下高氮负荷对Anammox脱氮效果的长期影响;通过酶标仪分析Anammox细菌中关键酶活性,阐释电场对Anammox细菌活性的影响。结果表明,电场能够强化Anammox细菌关键酶活性和脱氮效果,在11.38 kg/(d·m^(3))的进水氮负荷下仍能及时转化氮元素,增强脱氮效果,总氮去除率可以维持在85%以上。电场能够提升Anammox细菌活性,提高新陈代谢速率,降低高氮负荷对微生物细胞的毒性抑制作用,但过高氮负荷(15.93 kg/(d·m^(3)))的抑制作用将超过电场的促进作用,使亚硝酸盐等毒性物质累积,破坏细胞活性,导致Anammox脱氮效果降低甚至崩溃。

关键词：室温高氮负荷厌氧氨氧化电场微生物活性

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加力燃烧室NO_x排放生成规律试验分析

北京航空航天大学学报 2012年第8期38卷 1005-1009页

作者：王琦胡筱敏东北大学资源与土木学院沈阳110819

实现航空发动机大推力通常采用加力燃烧室设计,燃烧室进气温度升高会同步导致排放尾气中NOx浓度提高.采用典型加力燃烧室主稳定器的V型结构试验件,测试加力燃烧前后(进口600℃,出口600～1200℃)燃烧室排放断面的NOx浓度分布,通过相同流... 详细信息

实现航空发动机大推力通常采用加力燃烧室设计,燃烧室进气温度升高会同步导致排放尾气中NOx浓度提高.采用典型加力燃烧室主稳定器的V型结构试验件,测试加力燃烧前后(进口600℃,出口600～1200℃)燃烧室排放断面的NOx浓度分布,通过相同流场4种试验工况的NOx生成浓度组分和氧含量变化分析,验证了加力燃烧室NOx生成以热力型NO为主的"高温、富氧、贫油"燃烧特性.结果表明加力燃烧室燃烧过程中消耗的氧含量大多贡献于CO2增量,在800～1000℃燃气排放温度范围内,不完全燃烧产物CO对NO的热力生成有明显抑制作用.

关键词： NOx排放加力燃烧室断面浓度分布生成抑制

铁/铝/钛电极脉冲电场强化厌氧氨氧化工艺处理效果的研究

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安全与环境学报 2022年第5期22卷 2799-2807页

作者：胡筱敏牛玛窦向希一东北大学资源与土木工程学院沈阳110189

脉冲电场在一定程度上可以强化厌氧氨氧化工艺,通过对持续运行的厌氧氨氧化反应器R1、R2、R3施加铁电极、铝电极、钛电极脉冲电场,探究电极材质对厌氧氨氧化工艺脱氮效果及菌群结构的影响。结果表明,R1的脱氮效果要优于R2、R3,经过76 d... 详细信息

脉冲电场在一定程度上可以强化厌氧氨氧化工艺,通过对持续运行的厌氧氨氧化反应器R1、R2、R3施加铁电极、铝电极、钛电极脉冲电场,探究电极材质对厌氧氨氧化工艺脱氮效果及菌群结构的影响。结果表明,R1的脱氮效果要优于R2、R3,经过76 d的连续培养,R1的总氮去除率为85.23%,而R2、R3的总氮去除率分别为68.65%、73.47%。同时长期培养导致3组反应器中的菌群结构较接种污泥发生了变化,根据Shannon和Simpson指数,反应器中微生物的群落多样性逐渐降低,R1中厌氧氨氧化菌属的相对丰度逐渐提升,至64 d,R1、R2、R3污泥中Candidatus Kuenenia的相对丰度分别为54.05%、42.06%、43.96%(接种污泥为44.69%)。铁电极脉冲电场强化更有利于厌氧氨氧化菌的富集及工艺脱氮性能的提升。

关键词：环境工程学厌氧氨氧化极板材质脱氮菌群结构

基于低温预处理的花生壳发酵产氢效率提升及应用潜力研究

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环境工程 2023年

作者：齐男赵一诺赵鑫王俭杨春璐胡筱敏辽宁大学东北大学

目前对于纤维素类废弃物发酵产氢效率提升的研究大多集中于各种预处理方式对比分析及实验条件优化方向，对低温预处理技术的实验设计的对比分析和应用分析研究较少。采用正交试验设计（OED）和中心复合设计（CCD）设计了预处理条件，并... 详细信息

目前对于纤维素类废弃物发酵产氢效率提升的研究大多集中于各种预处理方式对比分析及实验条件优化方向，对低温预处理技术的实验设计的对比分析和应用分析研究较少。采用正交试验设计（OED）和中心复合设计（CCD）设计了预处理条件，并通过直接测量法和响应面法对预处理温度条件和时间条件进行了优化。利用修正Gompertz模型(MGM)和Logistic函数模型（LFM）对低温预处理后的花生壳生物产氢进行了动力学模拟，并分析了其应用潜力。正交试验结果表明，花生壳在50℃下预处理12 h，最大TRS（总还原糖）为3.16%，优于中心复合设计。PSP在-80℃下处理12 h，产氢量达到最大值109.2 mL，相比于对照组提高了54.46%。模型模拟表明，LFM对氢气产量的预测要比MGM更准确，预测值与实际值之间的较高的相关系数和皮尔逊相关性也证明了这一点。低温预处理法能有效提高花生壳的还原糖释放量，提升其产氢效率，在个别温度适宜的花生产区（如东北、河南等地）可借助自然气温实现花生壳的低能耗预处理，为经济高效、稳定地从花生壳中回收生物能源提供了一种新思路。

关键词：低温预处理生物制氢花生壳动力学分析实验设计

室温和高氮素负荷条件下电场强化微生物群落结构

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环境工程 2023年第5期41卷 39-44页

作者：张驰沙宏举王超律泽胡筱敏沈阳建筑大学市政与环境工程学院沈阳110168 东北大学资源与土木工程学院沈阳110819

为探究室温和高氮素负荷条件下电场对厌氧氨氧化微生物群落结构和细胞结构的影响。采用连续搅拌式反应器(CSTR),控制进水ρ(NH^(+)_(4)-N)/ρ(NO^(-)_(2)-N)为1.2,考察了电场对厌氧氨氧化系统的影响。试验结果显示:室温条件下电场能够... 详细信息

为探究室温和高氮素负荷条件下电场对厌氧氨氧化微生物群落结构和细胞结构的影响。采用连续搅拌式反应器(CSTR),控制进水ρ(NH^(+)_(4)-N)/ρ(NO^(-)_(2)-N)为1.2,考察了电场对厌氧氨氧化系统的影响。试验结果显示:室温条件下电场能够影响微生物群落结构和相对丰度。在电场作用下,微生物细胞结构存在凹陷和褶皱,有效增加了细胞表面积,提高传质效率,降低了高氮素负荷的抑制作用。厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌等功能细菌通过协同作用强化脱氮效率,并维持系统稳定性,抵抗进水高氮素负荷的冲击作用。但进水TN容积负荷过高时易滋生其他杂菌,破坏微生物细胞结构。滋生的丝状菌与厌氧氨氧化等功能细菌竞争并成为优势菌种,降低功能菌群相对丰度,从而抑制功能微生物群落发展。

关键词：电场厌氧氨氧化反硝化微生物群落细胞结构