生物质能研究篇1

（常州工学院，江苏常州213000）

摘要：本文采用2000-2011年的时间序列样本数据，对江苏省农村生物质能源消费及影响因素进行了实证分析。研究发现，人均纯收入水平、农村传统资源状况等因素对农户人均沼气消费量具有显著影响；产生沼气的生物质资源量、农村商品能源价格等因素对农村人均沼气消费量影响不显著。最后文章提出了相应的促进沼气消费的政策建议。

关键词：农村生物质能源；沼气消费；影响因素

中图分类号：F062.1

文献标志码：A

文章编号：1000-8772（2014）16-0090-02

一、引言

自20世纪70年代的世界性能源危机以来，世界许多国家越来越重视生物能和生物燃料的开发利用。与其它不可再生能源相比，生物质资源具有地域性、一般不进行地区间的贸易、不易输送、能源密度低、不确定性程度大等特点。

江苏是能源消费大省，能源消费量约占全国的7%。但江苏的能源资源十分匮乏，一次能源自给率在20%～25%之间，而且呈现逐年下降的趋势。其中，原煤自给率在25%左右，原油自给率仅为10%左右。因此开发利用好生物质资源是江苏社会经济和能源环境可持续发展的战略选择。沼气作为一种重要的生物质能源，目前已经成为农村生活能源消费的一个重要组成部分。很多学者的研究都证实了这一观点，如Wangetal（2006）通过对江苏省射阳县农村的调查发现，沼气占当地农村生活能源消费总量的2.1%，并认为农村沼气消费的增加有助于减少农村对商品能源的需求。Wangetal.（2007）通过对江苏、安徽两省的调查指出，农户沼气主要用于炊事，在一些地区，农户炊事所用的能源约有1/3来自沼气，沼气已经成为农户生活能源消费的首要来源。Lietal.（2005）通过对云南省农村能源消费状况的研究指出，沼气将是未来农村能源发展的重点领域之一。

由于中国农村居民的生物质能源消费存在着较大差异，那么，江苏省农村生物质能源消费状况及影响因素又是怎样的？本文主要以沼气作为生物质能源的代表，立足于江苏省的实际情况，探讨江苏省农村生物质能源——沼气消费的状况并对其影响因素进行分析，以更好的为发展生物质能源提供相关政策建议。

二、模型的建立

农村生物质能源是农村居民生活能源消费的重要组成部分。而农村居民生活能源消费受到多种因素的影响。收入水平是农村居民生活能源消费的重要影响因素，其对农民生活能源消费的影响主要体现在能源消费总量和能源消费结构两个方面：关于收入水平对生活能源消费量的影响，虽然学者们做了大量的实证性研究，但目前尚未发现经济增长与生活能源消费之间普遍存在着长期或短期关系的证据（杨冠琼，2006）；而收入水平对生活能源消费结构的影响，大部分学者认为，随着收入水平的提高，优质能源在农民生活能源消费总量中的比例将会增加（Tonookaetal.，2006；陆慧等，2006）。

人口因素也是影响农村居民生活能源消费的因素之一，主要表现在两个方面：一是人口数量对生活能源消费量有正向影响，即人口的增加会导致生活能源消费的增加（王桂新等，2005）；二是居民的能源消费观念或消费习惯会影响生活能源消费的品种结构。

农村生活能源消费可能还受到农村能源资源的数量和供给的稳定性的影响。一些研究指出，尽管商品能源的消费不断增加，但大部分农村家庭在未来相当长的一段时间内，仍会将生物质能源作为生活能源消费的主要来源（Wangetal.，2006）。这表明，农村薪柴、秸秆等传统生物质资源状况和煤炭、液化气等商品能源的供给状况对农村居民的生活能源消费都有着重要的影响。

基于以上研究成果，农村生物质能源消费可能受人口规模、收入水平、当地可供利用的能源资源状况、能源消费观念或习惯、生物质资源的拥有量等因素的影响。出于便于比较和数据可获得性等方面的考虑，本文将农村生物质能源消费量（以农村沼气消费量表示）作为因变量，农民人均纯收入等可以量化的因素作为解释量，建立以下模型：

Y=C0+C1X1+C2X2+C3X3+C4X4+C5X5+u（1）

（1）式中，Y表示农村居民人均沼气消费量；X1表示农村居民人均纯收入；X2表示当地可供利用的秸秆资源；X3表示当地可供利用的薪柴资源；X4表示当地商品能源价格；X5表示人均产生沼气的生物质资源量。其中，当地可供利用的秸秆资源X2用人均农作物播种面积来表示；当地可供利用的薪柴资源X3用人均果园面积来表示。

三、数据来源

本文采用江苏省农村2000-2011年时间序列数据进行实证分析。农村居民人均沼气消费量由农村沼气生活消费量与农村居民人口数相除得到，其中，沼气生活消费量（实物消费）来源于《中国能源统计年鉴》，农村居民人口数来源于《江苏省统计年鉴》。农村居民人均纯收入、农作物播种面积和果园面积数据均来源于《江苏省统计年鉴》。

由于产生沼气的原料主要是人畜粪便等有机垃圾，因此，产生沼气的生物质资源量可以用农村人、猪和牛产生的粪便量求和计算而得。其中，人的粪便量为0.03吨干物质/年，猪的粪便量为0.22吨干物质/年，牛的粪便量为1.10吨干物质/年（袁振宏等，2005）；猪、牛数量用各地区年末存栏头数来表示，该数据来源于国家统计局统计。

出于数据可获得性的考虑，农村商品能源价格用各地区农村居民消费价格分类指数（水电、燃料）来表示，该数据来源于《江苏省统计年鉴》。

四、模型回归结果分析

本文借助EViews软件，对模型进行回归分析，并对估计的结果进行经济意义分析。具体结果如下（表1）：

从计量结果来看，模型R2值十分接近于1，拟合优度较好；除了当地商品能源价格和人均产生沼气的生物质资源量未能通过t检验，其余变量均通过t检验，其中，农村居民人均纯收入在1%的显著性水平下显著，当地可供利用的秸秆资源、当地可供利用的薪柴资源在10%的显著性水平下显著；由F检验可知回归方程在总体上显著成立。

农村居民人均收入的回归系数为正，说明随着收入水平的增加，农村居民追求方便、清洁能源消费的意识有所提高，于是，很多农村居民选择了沼气，不仅可以使农村居民从传统烟熏火燎的炊事中解放出来，还可以废物利用、发展循环经济。

人均粮食作物播种面积表征了农作物秸秆资源在当地的可获得性，即农村居民使用农作物秸秆作为生活能源的可能性。X2的回归系数为负数，说明指标对农村人均沼气消费量具有反向影响且较为显著，表明农作物秸秆使用增加，农村居民会减少沼气的消费。这说明，沼气与秸秆是可相互替代的生活能源。

人均果园面积指标表征了薪柴作为生活能源的可获得性。从回归结果看，该指标对农村人均沼气消费量具有正向影响且较为显著，表明即使薪柴增加，农村居民也不会减少沼气的消费。这说明，沼气是比秸秆更受农村居民欢迎的生活能源，从某种程度上说明了发展农村沼气对制止滥砍乱伐、保护生态的积极作用。

当地商品能源价格对农村人均沼气消费量具有负向影响，这与经验的观点相悖，可能是因为本文采用的价格数据是水电、燃料价格指数，不能全面地反映农村电力、煤炭和液化气等能源价格的信息，造成估计结果不理想。另外，若考虑到生产沼气使用的劳动力成本因素，则可以理解为水电、燃料等价格上涨导致沼气池建造成本、劳动力成本等上涨，农民不愿意花费更多的劳动去生产（使用）沼气，导致沼气消费下降。

人均生物质资源量对农村人均沼气消费量具有正向影响，表明农户饲养牲畜数量越多，农户消费沼气越多。该变量不显著，表明研究沼气消费量与生物质资源量之间的关系时，不能忽略一个重要环节——沼气池，若较多的生物质资源不能通过沼气池转换为沼气，较多的沼气消费则无从谈起。

五、总结与讨论

目前，生物质能源已经成为农村生活能源消费的一个重要组成部分。在已有研究文献的基础之上，本文采用江苏省农村2000-2011年时间序列数据，实证研究了江苏省农村人均沼气消费量的影响因素。研究发现，人均纯收入水平、农村薪柴资源状况、当地秸秆资源情况等因素对农户人均沼气消费量具有显著影响；产生沼气的生物质资源量、农村商品能源价格等因素对农村人均沼气消费量影响不显著。

根据以上分析，本文认为，促进农村沼气消费应从以下几个方面着手：（1）加大对农村沼气的宣传和扶持力度，让更多农户了解和使用沼气。（2）减少农民的劳动付出，探索沼气小规模集中供应模式。（3）继续加大对森林资源实行封山育林等保护性措施的力度，坚决制止滥砍乱伐。（4）促进畜牧业与农村沼气协调发展，开展农村生物质资源的综合利用。

参考文献：

[1]冯祯鈱，王效华，郝先荣，等.沼气池建设对农村家庭能源消费的影响：以江苏涟水为例[J].中国沼气，2008，26（6）：22－25.

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生物质能研究篇2

关键词：原料药杂质分类限度

在新药研究中，国内外对杂质的研究越来越被重视，ICH及国家食品药品监督管理局都相继了杂质研究的指导原则[1，2]，国外药典及中国药典[3]也对杂质进行了相应专门的规定，对于企业来讲，报批新药中杂质研究也越来越被重视，杂质研究的越透彻，被审评通过的几率就相对增加，因此杂质研究在药品药品研究中的比重也越来越大。

一、杂质概述

杂质指其化学结构与新原料药不一样的任何一种成分，也即对存在于某一新原料药中的已知或未知杂质情况的描述任何影响药品纯度的物质均称为杂质。

一般来讲普通的原料药检查项目通常应考虑安全性、有效性和纯度三个方面的内容。

药品按既定的工艺生产和正常贮藏过程中可能产生需要控制的杂质，包括工艺杂质、降解产物、异构体和残留溶剂等，因此要进行质量研究，并结合实际制订出能真实反映药品质量的杂质控制项目，以保证药品的安全有效。

二、杂质的分类

1.无机杂质[3]

无机杂质主要来源于生产过程，它们一般是已知的和确定的。包括：试剂、配位体、催化剂，重金属或其他残留金属，无机盐及其他物质（例如：过滤介质、活性炭等）。此项检查一般为重金属检查，灼烧残渣，阴离子检查。

2.有机杂质（也称有关物质）：

主要是在生产过程中带入的起始原料、中间体、聚合体、副反应产物，试剂、配位体、催化剂以及贮藏过程中的降解产物等。有关物质研究是药品质量研究中关键性的项目之一，其含量是反映药品纯度的直接指标。

对药品的纯度要求，应基于安全性和生产实际情况两方面的考虑，因此，允许含限定量无害的或低毒的共存物，但对有毒杂质则应严格控制。毒性杂质的确认主要依据安全性试验资料或文献资料，与已知毒性杂质结构相似的杂质，亦被认为是毒性杂质。

3.有机溶剂残留，干燥失重和水分

此三项为原料药常规的检查项目。由于某些有机溶剂具有致癌、致突变、有害健康、以及危害环境等特性，而且有机溶剂残留亦在一定程度上反映精制等后处理工艺的可行性，故应对生产工艺中使用的有机溶剂在药品中的残留量进行研究，进行方法学研究并控制限度。

含结晶水的药物通常测定水分，再结合其他试验研究确定所含结晶水的数目。质量研究中一般应同时进行干燥失重检查和水分测定，并将二者的测定结果进行比较。

4.晶型

许多药物具有多晶型现象。因物质的晶型不同，其物理性质会有不同，并可能对生物利用度和稳定性产生影响，故应对结晶性药物的晶型进行考察研究，确定是否存在多晶型现象；尤其对难溶性药物，其晶型如果有可能影响药品的有效性、安全性及稳定性时，则必须进行晶型的研究；对于具有多晶型现象的药物，应确定其有效晶型，并对无效晶型进行控制。

5.异构体

异构体包括顺反异构体和光学异构体等。由于不同的异构体可能具有不同的药效或生物有效性，甚至产生相反的药理活性，因此，必须作不同异构体的检查。具有顺、反异构现象的原料药应检查其异构体。单一光学活性的药物应检查其光学异构体，如对映体杂质检查。

6.微生物限度

供注射用的原料药（无菌粉末直接分装），必要时检查异常毒性、细菌内毒素或热原、降压物质、无菌等。

三、杂质控制的限度

杂质控制是化学药品质量控制的一项重要内容，杂质控制是化学药品质量控制的一项重要内容，研究的总体原则是在分析杂质谱的基础上，建立有效控制方法并制定合理限度。杂质谱的分析主要是基于药物的合成工艺及可能的降解途径；分析方法的建立要重点关注方法的专属性和定量的准确性；杂质限度的确定主要是基于安全性和生产可行性。

1.杂质限度

杂质限度的确定主要是基于安全性和生产可行性来考虑，单个的或某些已明确的杂质含量在这个限度水平下是可以确保生物安全性的。

企业应对所选定的杂质限度提供包括安全性研究在内的理由，对于一个通过充分的安全性研究和临床研究的新原料药，其中任何一个杂质的水平即被认为是已经通过界定了的。对于是动物和/或人体中的重要代谢物的那些杂质，也认为已通过界定。杂质的界定限量（水平）如果高于药物实际所含的杂质量，则同样可以根据对已完成的安全性研究中使用药物中的实际杂质量来判断其合理性。

建立认可标准不能高于经安全资料界定合理的水平，并且必须与生产工艺和分析能力所能达到的水平一致。如果没有安全性方面的问题，杂质认可标准应根据拟上市生产的新原料药批次测定的数据来建立，并应为常规生产和分析上的正常变异及药物的稳定性特性留有足够的余地。

如果可获得的数据不能界定某一杂质拟定的认可标准，而且当该认可标准超过了ICH所列的界定限度时，则必须进行进一步的研究，临床研究去获得必要的数据。

2.杂质限度的说明

对于那些具有特殊功效或产生毒性或为预料到的药理作用的杂质，其分析方法的定量限或检测限度必须与该杂质应被控制的量相当，并力求鉴定他们。

对于未鉴定的杂质，所使用的检测方法和确定杂质量时所采用的假设应予明确说明。特定的未鉴定的杂质应采用适当的方法描述标记

3.分析方法

可用各种技术测定有机杂质的含量，现在一般采用HPLC法。并且该方法是经过论证并适用于杂质的检测和定量。如果只需经过验证和论证，可以使用较低精度的技术（如薄层色谱法）。

4.对于某些药物，可以根据科学原理并考虑药物的类别和临床经验，对其杂质界定限度进行适当调整。例如，某些杂质在一些药物中或治疗类别中已证明与病人的不良反应有关，则该杂质的界定是非常重要的。在这种情况下，应制订更低的界定限度；反之，对安全性的顾虑比通常情况小，那么这些药物的界定限度可以高一些；如果杂质具有特殊毒性，可以采用较低的限度，对限度的改变应具体情况具体对待。

四、小结

杂质研究是药品研究的一项重要内容，贯穿于药品研发的始终，伴随着对药品研发规律的认知、质量源于设计理念的不断拓展及新技术、新方法的不断涌现，杂质研究必将会有新的突破。在进行药物研发时，应根据实际情况采取合理的方法对杂质进行考察，在考察过程中，应考虑来源、生产工艺等因素对药物安全性、有效性的影响，并有针对的进行控制。

参考文献

[1]国家食品药品监督管理局.药物研究技术指导原则（2006年）[S].2006年版.北京：中国医药科技出版社，2006：17-28.

[2]国家药典委员会.中华人民共和国药典[S].2010年版.二部.北京：中国医药科技出版社，2010：204-206

生物质能研究篇3

1血清药物化学在中药物质基础方面的研究现状

1.1血清药物化学在单味中药物质基础方面的研究国内提出中药血清药物化学之前，就已有学者对远志、越桔、白术、东北红豆杉、地黄等单味中药展开过研究。近年来，有更多的人将血清药物化学的方法应用于阐明中药的药效物质基础。

1.1.1茵陈蒿口服给药发现6,7-二甲氧基香豆素(6,7-dimethylesculetin，DME)为茵陈蒿汤的主要血中移行成分，药效研究证明其具有利胆、抗炎、利尿、降血脂等一系列茵陈蒿生药的药效，因而认为6,7-DME为该方的主要体内直接作用物质。

1.1.2当归给药血清中，藁本内酯二聚物、藁本内酯、z-Butylidenephthalide、z-6,7Epoxyligustilide和falcarindiol等5个物质的相对含量比原药中高，分析这些成分表现出较高的生物活性，它们有可能是当归的药效活性物质。

1.1.3土茯苓唐氏等对单味中药土茯苓的血清药物化学初步研究表明，大鼠含药血清中的特征峰代表的物质很可能为原型成分，即药效成分。

1.1.4补骨脂王氏等对补骨脂的药物活性成分进行筛选和分析得出，补骨脂素和异补骨脂素吸收入血，是补骨脂的主要有效成分，其血清药物化学研究结果与药理研究结果相符。

1.1.5大黄给药后大黄药材共检出22个成分入血，其中大黄酸含量最高，其他蒽醌类成分含量较低。无论给大鼠的灌胃样品是大黄游离蒽醌提取物还是大黄结合蒽醌提取物，存在于大鼠血清中化学成分是相似的，以芦荟大黄素、大黄酸、大黄素、大黄酚为主，提示这些成分可能是大黄抗内毒素的主要药效物质，但是大黄入血成分可能并不全是其抗内毒素的有效成分。

1.1.6大青叶大青叶水煎液灌服大鼠含药血清中的特征峰代表物质主要有3个，且通过比较色谱和光谱图,在相同的保留时间下，含药血清与灌胃药液没有相同的物质，表明以上3种物质均为大青叶在体内的代谢产物，它们有可能是大青叶的药效物质。

1.2血清药物化学在中药复方物质基础方面的研究

1.2.1复方安替威胶囊研究表明，给药血清中产生19个药源性成分，通过体外抗SARS病毒实验证实，以这19个血中移行成分为主的有效部位群是复方安替威胶囊抗SARS病毒的药效物质基础；并发现绿原酸、黄芩苷既是入血的主要成分，也是众多代谢产物的前体化合物，因而推测它们最有可能成为药效物质。

1.2.2六味地黄丸研究表明给药后从血中发现了11个入血成分，对这11个血中移行成分进行分离和结构鉴定，共分离得到了8个化合物，成功地分离鉴定了六味地黄丸的体内直接作用物质。

1.2.3复方五仁醇胶囊给药后血清中产生药源性成分13个,全部来自君药五味子,其中8个为制剂原型成分，包括五味子醇甲、五味子甲素、五味子乙素，其余5个为代谢产物，这13个药源性成分很可能是复方五仁醇胶囊的体内直接作用物质。

1.2.4黄连解毒汤经黄连解毒汤样品及其含药血清对比，初步确定了10个来源于复方的原型成分，尚有几个代谢产物，但一些原方剂中的主要成分并未在血清中检测到。说明中药复方在体内的物质基础，并不只是原方剂的主要成分，可能是代谢产物或者其他成分才是体内的药效物质基础。

1.2.5醒脑滴丸给药后，血清指纹图谱中栀子苷、京尼平龙胆双糖苷、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1及人参皂苷Rd含量较高，同时在血中也分析出醒脑滴丸天然冰片中的右旋龙脑，与文献报道的药效作用相关，说明上述成分应为醒脑滴丸入血的主要有效成分。

1.2.6双参宁心方给药后,在血药指纹图谱检测到的15个血中成分中，确定了人参皂苷Rg1、丹酚酸B、延胡索乙素、脱氢紫堇碱4个成分，通过心肌细胞抗缺氧/复氧损伤实验发现这些成分能降低LDH漏出率，对心肌细胞具有保护作用，提示它们可能是血清中主要药效物质。

1.2.7归苓片给药后出现了12个入血成分。当归中的内酯化合物LevistolidA，白术中的白术内酯Ⅲ、白术内酯Ⅱ、白术内酯Ⅰ，茯苓中的茯苓酸，都被检测为主要活性成分，这些成分可能为归苓片体内直接作用的药效成分。

1.2.8枳术丸口服给药后，大鼠血清中检测到13个化合物，其中，柚皮苷、橙皮苷和新橙皮苷为主要入血成分，相关研究表明枳术丸中橙皮苷、柚皮苷为枳术丸治疗腹胀、心下痞、胃脘痛等的药效物质基础。

1.2.9复方茵陈蒿汤应用血清药物化学，对茵陈蒿汤进行了系统的血清药物化学研究，结果找到并鉴定了21个血中移行成分。其中，苦藏花苷酸、京尼平龙胆二糖苷和色原酮类2,5-Dimethyl-7-hydroxychromon均为栀子中固有的成分；绿原酸类物质和色原酮类6-Dementhoxycapillarisin是茵陈蒿中固有的成分；化合物CapillaridinA有烯炔结构，由茵陈和大黄共同产生。

此外，还分别有学者对克感利咽口服液、甘草附子汤、降脂宁、银翘散、生化汤、生姜泻心汤、冠心II号煎剂等复方中药展开血清药物化学研究，为进一步阐明中药复方的药效活性物质奠定了基础。

2血清药物化学研究方法的优点和不足

血清药物化学的优点：①能防止中药粗制剂本身理化性质(各种电解质、鞣质、不同的pH值、渗透压等)对实验干扰，能模拟药物体内过程，实现体外实验的有效性。②可避免直接体外实验可能得出的错误结论。有些直接体外药理实验有效的成分，存在不能被吸收或代谢后失活的可能；而有些成分在体外试验中无效，而经吸收代谢后可转化为活性成分，或通过神经体液系统而发挥药效，因而体外研究并不能完全反映药物的药效物质基础。

但是，血清药物化学研究方法还是有其不足之处：①从胃肠吸收的中药有效成分在体内是进入血浆，而非血清；②凝血过程有一系列酶生成，同时刺激白细胞释放溶酶，这些酶可能降解某些中药成分；③制备与灭活血清过程会导致中药成分与中药介导体内释放物质损失,因此,血清药物化学在血栓与止血领域研究中受到限制［21］。④血清药物化学主要适用于研究通过血液而起治疗作用的中药，而对于一些有效成分不通过血液起作用的药物，如一些外用药、靶向制剂和直接刺激胃肠道药物则不太适合用此方法。

3展望

生物质能研究篇4

关键词：生物质能源；快速热解；研究趋势

1引言

生物质能源是未来可持续发展能源系统的重要组成部分，是未来化石燃料的替代品之一，其高效转换和洁净利用日益受到全世界的关注。

目前，国外已经研究开发了快速热解技术，即生物质瞬间热解制取液体燃料油，是一种很有开发前景的生物质应用技术。作为一项资源高效利用的新技术，生物质快速热解技术逐渐受到重视，已成为国内外众多学者研究的热点课题。

2国外发展现状

国外对于生物质的快速热解做了大量工作，特别是欧、美等发达国家，从20世纪70年代首次进行生物质快速热解实验以来，已经形成较完备的技术设备和工业化系统。

为了方便热解液化方面的学术交流和技术合作，欧洲在1995年和2001年分别成立了PyNE组织（PyrolysisNetworkforEurope）和GasNet（EuropeanBiomassGasificationNetwork）组织，前者拥有18个成员国，后者现拥有20个成员国以及8家工业单位成员。这两大组织在快速热解技术的开发以及生物油的利用方面做了大量富有成效的工作。

国际能源署（IEA）组织了加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国及美国的10余个研究小组进行了10余年的研究工作，重点对这一过程发展的潜力、技术、经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了协调，并在所发表的报告中得出了十分乐观的结论[1]。

荷兰Twente于1989年由VanSwaaij和WPrins等人提出并开始研制旋转锥式反应工艺（Twenterotatingconeprocess），到1995年取得初步成功[2，3]。

加拿大Ensyn工程师协会研制的循环流化床工艺在芬兰安装了20kg/h的小规模装置，在意大利的Bastardo建成了650kg/h规模的示范装置[4，5]。

加拿大Waterloo（滑铁卢）大学在20世纪80年代开始开发流化床热解技术，目前加拿大达茂公司的设备日处理能力达200t[3，5]。

ChristianRoy博士和他的研究小组1981年起在Laval大学进行真空移动床的工艺研究，2000年被Pyrovac国际公司在加拿大的Jonquiere建立规模为3.5t/h的示范工厂[6，7]。

美国Georgia（佐治亚）工学院1980年开发了引流床反应器，但直到1989年左右才成功运行，可得到58%的液体产物。

3国内发展现状

国内在生物质快速热解技术方面的研究工作起步较晚，并不成熟。但相关研究机构正在从事方面研究工作，也开发了多种反应器。

浙江大学于20世纪90年代中期，在国内率先开展了相关的原理性试验研究，使用GC-MS联用技术定量分析了生物油的主要组分。山东工程学院开发了等离子体快速加热生物质液化技术，1999年6月首次在国内制出了生物油并进行了成分分析。中国科学院广州能源研究所（GIEC）也自主研制了生物质循环流化床液化小型装置，可取得63%的液体产率。

表2列举了近年来我国国内研究的几种主要反应器。

可见，流化床反应器运行简单、结构紧凑、容易放大，已经得到越来越多的重视。

4发展趋势

目前尚待解决的问题有以下几点：

机理研究需要进一步深入。目前被用于快速热解的生物质原料已有几十种，寻求合适的原料对于提高产物的品质至关重要。

液体的收集和工业放大方面仍需改进工艺。

降低成本，增加生物质能的竞争力。我国劳动力和原料的价格低廉、产业化生产基建投资是最大的费用，要在系统设计和设备的制造上有所创新以降低整个生产的投资。

在快速热解产物的分析和精制方面，仍需大量的探索，重点研发生物油的精制工艺，提高生物油的品位，使其能够真正成为石油的替代品。

可见，开发和改进快速热解技术的主要方向应该是提高生物质的转化率，提升生物油品质，优化反应系统的整体效率及开发适于其特殊性质的新的应用领域。

5结束语

生物质能源是备受世界关注的可再生能源，已成为21世纪研究的重要课题，其高效转换和洁净利用越来越受到世界各国关注。通过生物质快速热解技术制取生物油，是一种很有开发前景的生物质应用技术，已日益成为国内外众多学者研究的热点课题。该工艺虽然目前还未实现大规模工业化应用，但研究证明切实可行，具有广阔的市场前景。

参考文献

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生物质能研究篇5

关键词：内循环三相生物流化床氧传递效率气含率

StudyonthePhaseHoldupandGas-LiquidMassTransferEfficiencyinBiologicalFluidisedBed

生物流化床技术是70年代以来兴起的新型高效污水处理技术。其中的内循环三相生物流化床反应器是比较广泛研究和使用的一种。

气相含率和液体循环速度是流化床反应器流体力学性能的两个重要参数，而传质特性主要通过体积氧传质系数来反映。反应器内混合强度及传质过程与液体循环速度及气相合率有很大关系，反应器结构参数对液体循环速度与气相含率及其分布有显著的影响。如何提高流化床内的混合强度和氧传递能力，使之适合于强需氧过程中、高浓度有机废水的处理是值得深入研究的课题。本文主要从气相含率、液体循环速度及体系氧传质系数来研究内循环三相生物流化床流体力学与传质特性，为放大设计与工程应用提供依据。

1实验装置及方法

实验所用的内循环生物流化床反应器高1.1m，有效容积36L，由升流区、降流区和三相分离区组成，高径比（H／D）为6.0，内外径比（D1／D2）为0.65，由有机玻璃制成。

在流化床中加入粒径为0.3～2mm、比表面积约900m2/g的颗粒活性炭作为载体。活性炭的有效体积与流化床有效体积之比分别为3％、6％。

为增加流化床内部的紊动和传质效果，在内筒的中部开有孔，一部分上升的流体可以从此与降流区的流体混合，进一步增强了流化床内部的传质效率，使反应器更接近于全混型流态，有利于保持流化床各处溶解氧的均匀性。因为进液流量较小，循环推动力主要来自压缩空气。

采用膜电极测定溶解氧的变化来测定不同固含率下氧传递效率，方法如下：在进水中加入适量的亚硫酸钠和催化剂氯化钴，使流化床中水的溶解氧降为0。鼓入空气，同时将溶解氧仪放入流化床内，每隔10S测定溶解氧的变化。测定出溶解氧随时间的变化后，根据时间t对ln（CS－C）作图可得一条直线，其方程是：ln（Cs－C）＝－KLa.t十常数。根据此直线的斜率可得到氧的总传递系数，其中Cs是实验温度下水的饱和溶解氧，C是实验测得的溶解氧浓度。

tc表示的是液体在反应器内完成一个循环的流动所需要的时间，主要由液体循环速度确定；tM为混合时间，指某一物质加入反应器内达到完全混合所需的时间。采用脉冲法在不同水力停留时间和气体流量下，利用电导率仪测定混合时间tM、循环时间tc的变化。

采用排出体积法测定气含率的变化情况。在不通入液体的情况下，向装满水的流化床内鼓入空气，根据溢出的水量与流化床有效体积之比，测定不同气体流量下的气含率εg。

2结果与讨论

载体的加入会改变气液流相的性质，也就会改变流化床内的流动状态。而载体又是微生物生长附着的场所，其性质及加入量决定了流化床内的生物膜的量，因此，研究包含有载体的三相流化床的气液传质性能，探讨载体加入量对传质性能的影响，对后续微生物挂膜及废水处理的工艺参数选择具有重要的意义。

2.1氧传递效率KLa

2.1.1液体流量对氧传递效率的影响

固定气体流量Ug＝0.5m3／h，在固合率为0％时，改变液体流量。实验得到如下结果：

Ul＝8L／h时，得：In（Cs－C）＝－0.0398t＋2.2336，KLa＝14.33h-1；

Ul＝4L／h时，得：In（CS－C）＝－0.0382t＋2.0545，KLa＝13.75h-1；

由上可见，由于主要传质推动力来自气体，因此在较小的范围内改变液体流量，对氧传递效率KLa略有影响，但影响不大。

2.1.2气体流量对氧传递效率的影响

为简化研究，通过改变气体流量来改变流化床内的氧传质状况，液体流量固定为8L／h。

在固含率0％的条件下测得不同气体流量下的氧传递系数见表1：

表一不同气流量下的氧传递系数KLa（εs=0％）气体流量(m3/h)得到的切线方程KLa/h-10.25ln（Cs－C）＝－0.0103t＋2.13943.710.375ln（Cs－C）＝－0.0337t＋2.230212.130.5ln（Cs－C）＝－0.041t＋2.037714.760.625ln（Cs－C）＝－0.0458t＋2.201616.4880.75ln（Cs－C）＝－0.0492t＋2.115417.7120.875ln（Cs－C）＝－0.0526t＋2.154218.9361.0ln（Cs－C）＝－0.0559t＋2.185820.124

从表1可见，在气体流量从0.375m3/h升高到0.5m3/h，氧传递效率有较显著的增高，之后再继续增加气体流量，氧传递效率增长比较缓慢且均匀。这是因为，当初期空气流量增加时，由于进入反应器的氧气量增加，可供溶解的氧量增加，使传质平衡由气体向液体的方向进行。同时由于气液接触表面积增大，再加上液膜由于剧烈紊动而变薄，这些都会减小氧传递的阻力，使氧传递效率提高。当氧气量达到一定水平以后，液膜内气体浓度梯度趋于稳定，形成平衡，氧传递系数的增加相应也减小了。值得注意的是，气体流速不能过大，否则易导致气泡聚并、增大，气体迅速从流化床内逃逸，反而不利于氧传递的进行，还会带来载体流失、生物挂膜困难等问题，因此应根据实验来确定适合的气体流量。

由于氧传递效率与气液界面的面积及液膜厚度有关，增大气液接触面积及减小液膜厚度可以提高氧传递效率。在同样气体流量下减小床体内的气泡直径可大大增加气液界面接触面积，同时由于气泡减小，造成气泡间液相紊流状态加剧，可使液膜变薄，因此，减小气泡直径对氧传递效率有利。气泡的大小主要由气体分布器的状况及气速决定，因此气体分布器在流化床的设计中具有重要的作用。本研究采用喷射气液混合流体，经文丘里管扩散后再经微孔分布器进入床体，最后产生的气泡很小且均匀，取得了良好的传质效果。

2.1.3载体加入量对氧传递效率的影响

分别在流化床中加入有效体积含量3％和6％的载体，根据前面同样所述的方法进行氧传递效率的实验，发现由于载体量增加，初始流化所要求的气体流量也相应增加，否则载体很难流化，只有少量载体在上部活动，大部分沉积在流化床底部。当加大气体流量至1.5－2.0m3/h以上，经过一段时间缓慢的流态化后，载体才能全部流化起来，此时若降低气体流量至0.5m3/h左右，仍能保持全流化床的流化状态，但若再低的话，则载体会很快沉降，不能再流化。如果在往流化床中添加载体前先开机，使流化床内的流体预先处于流化状态，再逐量加入载体，可在较低气体流量下完成载体的添加过程，并且不易导致堵塞。

对添加不同因含率的载体后，流化床的氧传递性能进行比较，结果见图1：

由图1，加入了载体以后，随着气体流量增加，流化床内的氧传递效率也是增加的，但在同样的气体流量下，载体加入越多，氧传递效率越低，这可用欧阳平凯等入的关联式来解释「1，见下式：

KLa＝(1.808－7.377εs)(l+Ad/Ar)-2.12×UGr0.904

颜涌捷等入的研究结果也得到了类似的结论「2，见下式：

KLa＝0.049(Re‘)0.2(1+Ulp/Ugi)(Ug2/Dig0.72)(1-εs)10

本实验中，氧传递效率KLa与气体流量Ug的关系经回归后可得如下方程：

εs=0％时，KLa＝9.9649lnUg＋20.097

εs＝3％时，KLa=2.6743Ug2＋11.55Ug＋3.7073

εs=6％时，KLa＝1.5543Ug2＋15.205Ug＋0.0683

本实验中，在不同的气体流量下，经过数分钟的曝气，流化床内的溶解氧均能很快地从0mg／L升高到8mg／L左右，接近实验温度下饱和溶解氧的浓度，该浓度的溶解氧量已基本能满足生物处理过程的氧需要。因此，从溶氧需要方面来考虑，也不需要通过大量增加气体流量来提高溶解氧量，在保证可以流态化的前提下可以尽量降低气体流量，以减少能耗。

2.2混合时间tM和循环时间tc

根据前述的方法进行实验，得到的tM与tc与气体流量的关系见图2、图3。由图可以看到，随着进入流化床的气体流量增加，流化床内流体循环的表观流速也增加，混合时间和循环时间迅速减小。可见，较高的进气流速加快了流体在流化床内的循环速度，有利于氧传递等传质过程的进行，缩短溶解氧的分布时间，保证流化床各处溶解氧的均匀，从而有利于有关化学和生物过程的进行。

实验结果显示，加入载体后，同样的气体流量下混合时间比没有加入载体时要短。这可能是因为加入载体后，增大了流体流动的复杂性，由于载体小颗粒在运动过程中发生翻转、碰撞等运动并带来尾涡等，使得流体的紊动大大加强，更接近于全混型流态。但从实验结果来看，当固含率从3％变化到6％时混合时间的变化并不大，这可能是因为加入一定量的载体以后，其对流态的影响趋于一致，再加入更多的载体对流态的影响已经不显著。

加入载体后循环时间也呈降低的趋势，原因一方面可能是载体的加入使得流化床内液体量减少，液相传递用时减小，另一方面可能是由于载体的加入增加了流体的表现密度，上升流体的抽吸力增加，使得降流区流体下降的流速升高，于是缩短了循环所需要的时间。不过由于实验手段有限，上述结论尚需进行进一步的实验及理论验证。

2.3不同气体流量下的气含率

根据前面所述的方法得结果见图4，由图4可见，随着气体流量Ug的增加，气含率εg也不断升高，当Ug增加到0.9m3/h左右以后，εg的变化比较平缓，甚至开始有所下降。这从另一方面说明氧传递效率并不会随气体流量增加而无限增加，当气含率比较稳定以后，氧传递趋向平衡，传递效率也趋于稳定，因此，过高的气体流量是不必要的。

另外，从图4中也可以看到，固含率增加，其相同Ug下的εg略有下降，这可能是与载体占据了部分空间，气体能排开的液体体积减少有关。也可以认为是载体浓度大，则气体受到的浮力也大，运动速度加快，从而较容易逸出反应器，使得下降。通过回归可得到不同因含率下εg与Ug的关联式：

εg=0％时，εg=-3.7505Ug2＋8.6198Ug-1.4856

εg=3％时，εg=一3.2319Ug2＋7.8348Ug－1.4076

εg=6％时，εg=－3.1537Ug2＋7.7426Ug-1.5676

3结论

①提高气体流量有利于缩短循环时间和停留时间，在一定范围内还会提高氧传递效率，增加气含率。但过高的气体流速会因为内部质点运动剧烈而导致微生物挂膜困难，并使生成的生物膜容易脱落，另外还会带来载体流失的问题。

②本实验中，固含率≤6％，当气体流量Ug≥0.75m3/h，经过数分钟的鼓气以后，流化床内的溶解氧都能达到80％－90％的饱和程度，即8mg/L左右，基本上可以满足生物处理的需要，而又能维持正常的流化状态。

③内循环三相流化床中的载体加入量增加时，同样气体流量下氧传递效率下降；循环时间与混合时间均缩短，气含率下降。载体加入量的多少需根据实际处理需要及流化床本身的允许量来确定。

参考文献

[1]欧阳平凯.气升式反应器中三相体系进行半连续操作的气含率和传质特性研究.化学反应工程与工艺，1991，7（l）：5－67.

生物质能研究篇6

【关键词】污染生态学研究内容

【中图分类号】X171.5【文献标识码】A【文章编号】1006－9682（2011）10－0081－02

【Abstract】Thecontentsofthesubject,theecologyinpollutedenvironment,arediscussedinthispaper.Thesecontentsincludingin①thecauseoffateoflivingbeingsinenvironment;②thebehaviorsandimpactsofpollutantsinorganismandecosystems,e.g.theprincipleofadsorption,transformation,enrichment,anddegradation;③theroadsandmechanismsofcleaningandtreatmentofpollutionbymeansofbiologicalmethods;④thecapacityofthepollutantsundertakenbyecosystem,andforecastforthetrendofthequalityofenvironment.

【Keywords】EcologyofPollutedEnvironmentDiscussContent

一、引言

人类社会进入20世纪之后，随着全球工业化的兴起，生产和生活的性质与规模较之以前发生了巨大的变化，而且这种变化以一种不可逆转的趋势正不断地向纵深发展。今天，人类强大的技术力量严重地影响和干扰着自然界的许多自然过程，如气候、植被、水分乃至与之有关或包含于其中的物质化学组分的交换、循环等。特别是目前这种影响常常直接或间接地导致影响或破坏人类生活的正常性与社会发展的持续性的可怕后果，这即是当今环境问题成为倍受全世界关注的热点的原因所在。

与其他学科的兴起和发展一样，为了研究和解决在生产、生活和社会发展过程中存在或出现的问题、探索人与环境关系方面的奥秘以及如何协调或控制这种关系，大约在20世纪中叶以来，一系列有关人类环境的新学科如雨后春笋般地出现和发展起来。而从自然循环、物质变化角度研究环境问题的学科目前发展起来的最主要的有以下几门：环境地球化学、污染生态学、环境化学和环境生物无机化学。这些学科都尚在形成发展中，其最主要特点是不同学科交叉，即用已有学科的理论、方法去解决已存在的或新出现的环境问题。

也是在20世纪下半叶，生态学有了重大发展和认识上的飞跃。［1～2］新的生态学建立在生命科学和地球科学的基础之上，成为介于社会科学和自然科学之间的一门特殊的学科，研究人口、资源、环境的关系。我国已故著名生态学家马世骏曾指出：“协调人类与自然的关系，改善人类的生态环境，应是现代生态学研究的主要方向。”人类与自然环境的最主要界面――地球表面存在和发生的一切现象及与生物的关系，［3］尤其是与人类的关系成了生态学研究的重点内容。［4］

“污染生态学”是环境科学的主要组成部分之一，并已成为生态学的一个重要分支。我国在20世纪90年代初，前国家教委就规定其为与环境化学、环境地球化学平行的本科环境科学专业必修专业课程，当时也曾提出了相应的研究任务和方向。然而，和其他任何新生事物一样，“污染生态学”本身在许多方面尚处于发展、充实、完善阶段，目前对之尚存在不同一的定义或认识，人们还尚未对它的对象、任务、研究范围等作出确切的规定。其实，晚一点作出这样的规定是好事，因为广义的环境科学也包括生态学，其涉及内容较广，学科交叉性很强，人们对它的理解不能不受到原先的专业知识范围、研究经验、兴趣及对环境生态问题的不同认识等因素的影响。也正是这种不同的理解和认识，会促使不同学者从不同角度各有侧重地去研究问题，由此可能会大大地丰富和充实这门新兴学科的内容，同时也促使人们以极大的热情和兴趣去研究和探索，以使其不断成熟、完善和更有效地为保护人类、保护环境、促进社会可持续发展服务。

目前，在国外能与“污染生态学”完全对应的词条尚很少见，最为接近的可能是“PollutionScience”或“TheScienceofthePollution”，但是，就针对自然界生态环境污染问题的研究却突飞猛进、日新月异。这一点在科技杂志刊载内容方面体现的非常明显，尤其是一些重要刊物更是如此。如“Ecology”、“EnvironmentalScienceandTechnology”、“EnvironmentalPollution”、“EnvironmentalResearch”、“AppliedGeochemistry”、“theScienceoftheTotalEnvironment”、“AquaticEcosystemHealth&Management”、“BulletinofEnvironmentalContaminationandToxicology”、“EnvironmentalGeochemistryandHealth”、“JournalofHazardousMaterials”以及“Nature”、“Science”、“AMBIO”等刊物经常刊登大量的污染生态学研究成果。除此之外，有些污染生态学的研究成果也常常分散刊载于其它有关环境科学或生态学领域的期刊中。这些研究内容实际上已基本勾勒出了污染生态学研究内容的框架。笔者结合近年在上海交通大学讲授研究生“污染生态学”课程及科研实践中的学习心得和体会，就“污染生态学”研究内容做些浅显的讨论，与同行交流，希望大家指正。

二、污染生态学研究内容讨论

近年来不断进展的污染生态学研究和大量的研究工作其研究内容基本体现出了以下四个方面的特点：①研究在污染环境中生物受害原因以及与污染物的关系；②研究污染物在环境以及在生态系统、生物体内的化学行为、变化规律，即吸收、转化、富集、降解规律及生态效应；③研究生物净化机制和生物防治污染的措施；④研究生态系统承受污染物的负荷能力，确定生态系统的环境容量，预测环境质量的变化趋势。

1．污染环境中生物受害原因以及与污染物的关系研究

污染物质之所以会对生物产生毒害是由于生物对这些有害物质的摄取与利用而引起的。环境一旦被污染，生存于其中的生物即会自觉不自觉地摄取和吸收污染物质，当这些物质的量在生物体内超过生物机体本身的承受或转化（无害化转化）极限时，污染物质在生物体内的毒害作用即发生了。不同的污染物质其体现出的效果往往区别很大，而自然环境中常常是多种生物并存和多种污染物质同时存在的。查明生物受害原因和明确厘定具体致害物质及致害物质间的相互作用是污染研究的关键所在，这些问题在实际情况中常常非常复杂。环境中生物受害原因以及与污染物的关系研究是污染生态学研究的最重要内容之一，是污染生态学研究的起点和基础，同时也是目前的一个热门研究领域。

2．污染物在环境以及在生态系统、生物体内的化学行为、变化规律，即吸收、转化、富集、降解规律及生态效应研究。

污染物一旦进入环境或生态系统、生物体内，在新的物理化学条件下便会发生一系列作用和产生相应后果。在此过程中，污染物的化学习性、系统的物理化学条件是制约因素。因此，生物对污染物从摄取到进入体内的一系列生化作用及过程的每一个环节都对最终的毒害效果产生重要影响。如摄取、输送、吸收、浓缩、转化、富集、降解和排泄等各种作用和过程。它们是研究生物在污染环境中受害机理的最基本内容。这些作用和过程对不同生物不尽一致，因而相同的污染物质对不同的生物群体常常体现出不同的生态效果。因此，这项内容是认识元素在生物体内的化学行为和运动规律，即元素在生物体内的分布、功能、运动循环机理和生物对元素的需求与中毒等基本原理的关键，对阐明污染生态环境的生态效果起着不可取代的作用。不同的生态系统常常有不同的污染特点，如大气环境、水环境、土壤环境和生物系统间同一污染物质各自分别有不同的生态环境效果。自然界大气、水、土壤、生物体系又都不停地与生物进行着物质交换循环。在各种方式的交换循环中污染物质会体现出各自的毒害效果。生态环境污染生态效应研究是污染生态学的主体内容，是一个广阔的研究领域。［5］

3．生物净化机制和生物防治污染的措施研究

生物对污染物的抵御能力体现在生态效应上即为净化功能，这项功能因生物种类不同而差别很大。生物净化机制研究一方面是制定环境容量的重要依据，另一方面可用于污染防治。这是目前污染治理研究领域的一个重要方向。许多生物特别是微生物具有独特的环境净化功能，常常会起到其它人工措施难以起到的作用。因此，生物净化机制和生物防治污染的措施研究是污染生态学环境对策的重要内容，对确定环境容量和治理、预防污染具有重要意义，是一个崭新的、前景无限光明的领域。［6］

4．生态系统承受污染物的负荷能力研究

生态系统对污染物的自然净化能力是污染研究的重要内容，也是治理预防污染的主要参考条件。对生态系统的污染负荷能力或环境容量进行研究，以及对为促使人为污染物不超过其负荷能力或容量的相应政策措施进行研究是污染生态学的基本内容之一。生物机体本身及人的主观能动作用对环境中有毒物质或污染的抵御能力和对策研究是目前一个充满兴趣而又具重要现实意义的课题。［7～8］

三、结语

从学科史角度看，污染生态学尚处于初期发展阶段。据目前本领域研究状况，本文将其研究内容归纳如下：①研究在污染环境中生物受害原因以及与污染物的关系；②研究污染物在环境以及在生态系统、生物体内的化学行为、变化规律，即吸收、转化、富集、降解规律和生态效应；③研究生物净化机制和生物防治污染的措施；④研究生态系统承受污染物的负荷能力，以确定生态系统的环境容量，预测环境质量的变化趋势。

上述污染生态学的研究内容是作者学习污染生态学的体会，同任何一门新学科一样，需要在实践中不断地得到补充和修正。

参考文献

1RonaldS.Oremland1,JohnF.Stolz.TheEcologyofArsenic［J］.Science,2003,300（5621）:939～944

2BegonM.,harperJ.L.,TownsendC.R.Ecology-individualspopulationsandcommunities［M］.3rdEdn.Oxford:BlackwellScience,1996

3LindstromE.R.,andrenH.,AngelstamP.,CederlundG.Diseaserevealsthepredator［J］.Ecology,1994（75）:1042～1049

4孙铁珩、周启星、李培军.污染生态学［M］.北京：科学出版社，2001

5NebelB.J.,WrightR.T.,EnvironmentalScience.5thEdn.NewJersey:Simon&Schuster,1996

6SuhonenJ.Predationriskinfluencestheuseofforagingsitesbytits［J］.Ecology,1993（74）:1174～1203