微生物燃料电池处理剩余污泥与同步产电性能

针对全球能源短缺和污泥处理过程中能耗较高等问题,采用微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)技术处理剩余污泥并将污泥中的化学能直接转化成电能,从而实现污泥的稳定化与资源化利用.构建以铁氰化钾为阴极电子受体的双室型微生物燃料电池,分别考察了微生物燃料电池以城市污水处理厂剩余污泥为底物时的产电性能和对污泥的降解效果,并从缓冲溶液、阳极底物浓度和阳极区搅拌3个方面分析其对电池产电性能和污泥降解效果影响.电池输出电压可达到0.66 V,MFC运行一个周期,对污泥总化学需氧量TCOD(total chemical oxygen demand)的去除率为36.4%,阳极区缓冲溶液的投加和搅拌均可提高电能的输出及对污泥TCOD的去除能力.     

室内空气甲醛污染控制研究

针对甲醛是我国室内空气主要污染物之一的实际,对其现有防治方法进行介绍,总结各方法利弊。并对居民应用较多的药剂法、臭氧氧化及光催化氧化法进行实验研究比较,结果表明,光催化氧化法对气态污染物处理效果最好。联合技术则可综合提高室内空气质量。     

持续载荷下氯离子对海洋基础设施用混凝土性能及结构的影响

海洋工程构筑物中的混凝土受海水侵蚀与潮汐作用,在频繁干湿交变环境导致的潮差区、浪溅区腐蚀最为严重。采用对干湿循环实验试样施加持续应力的方法,探究海水中Cl^-侵入与持续载荷对混凝土力学性能的影响。基于微米CT技术,从微观孔隙层面,持续载荷条件下Cl^-侵入对混凝土结构及单轴抗压强度的影响。力学性能测试表明：持续载荷条件对维持混凝土力学强度具有积极作用,而随着干湿循环周次的增加,混凝土单轴抗压强度缓慢衰退;结合孔隙分析可知,Cl^-不断侵入混凝土孔隙并沉积,但对混凝土力学性能劣化影响较小。     

细粒度分层时空特征描述符的微表情识别方法

由于微表情持续时间小于0.5?s、非自愿性和低强度等特点,微表情识别仍然是具有挑战性的任务。对分层时空特征描述符进行改进,提出一种新的细粒度分层时空特征的微表情识别方法。提取微表情视频片段中的各层次时空特征,利用投影矩阵建立时空特征和微表情之间的联系,进而选择对识别任务有贡献的区域。然后统计具有整体最大贡献度的层次,将该层次下选中的区域块和前一层选中的区域块进行交集操作,达到去除分层时空特征的空间冗余性和提升微表情特征区分度的目的。在CASME[Ⅱ]上的实验表明,提出的方法能够细粒度化微表情发生区域,获得了更好的识别结果。     

二氧化碳捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术

为应对全球温室气体的大量排放以及目前可再生能源发电面临的有利发电条件下发电量过剩、不利发电条件下发电量不足的难题,本文将CO2捕集利用与可再生能源发电技术结合,提出了CO2捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术的概念。该技术将燃煤电厂捕集的CO2提供给可再生能源发电厂,通过CO2压缩储能、CO2转化为甲酸等高能量化合物等手段,完成风能、太阳能等可再生能源发电厂在有利发电条件下过剩发电量的有效利用,实现过剩电力资源调配利用和CO2减排的双重效益。此外,燃煤电厂捕集的CO2还可作为地热能发电厂的携热介质,实现地热能资源的高效开发。CO2捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术可灵活调节可再生能源发电系统的运行状态,使得机组的净发电量和发电成本在一定范围内得到调控,实现经济效益。CO2捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术可有效解决可再生能源发电厂在有利发电条件下发电量过剩,不利条件下发电量不足的矛盾,在实现可再生能源发电厂发电调峰的同时实现燃煤电厂CO2的减排,可提高发电效率并缓解温室效应,在我国具有广阔的应用前景。     

基于数值模拟的CO2地质封存项目井筒泄漏风险定量化评价方法

为评估CO₂地质封存场地的CO₂沿井筒泄漏风险，介绍了自主研发的可对CO₂井筒泄漏风险进行定量化评价的数值模拟WellRisk软件，将软件应用于实际CO₂地质封存场地--神华鄂尔多斯CO₂咸水层封存示范工程，定量评估该场地CO₂沿注入井和监测井的泄漏量，并将软件模拟结果与美国能源部开发的NRAP–IAM–CS（The national risk assessment partnership–integrated assessment model–carbon storage）软件模拟结果进行对比，实现了CO₂沿井筒泄漏风险的定量化评价。定义了井筒泄漏系数，即井筒发生泄漏的有效截面积和井筒总截面积的比值，并将井筒泄漏系数作为量化表征井筒固井质量的重要参数。当泄漏系数取值为10^–6时，神华CO₂地质封存场地在1 000 a内的总泄漏量为720 tCO₂，占总注入量的0.24%，小于IPCC的风险阈值1%。因此，泄漏系数为10^–6或更低的井筒是低风险泄漏井，具有良好的固井质量，对应于NRAP–IAM–CS软件中井筒渗透率低于10^–12 m²的情况。泄漏系数为10^–5或更高的井筒是高风险泄漏井，具有较差的固井质量。WellRisk和NRAP–IAM–CS的计算结果均表明，当注入井和监测井的固井质量良好时，神华CO₂地质封存场地基本不存在CO₂泄漏风险。     

提高CO2封存强度的多层协同抽注技术

中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO2捕集、地质利用与封存(CCUS)技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在."十四五"规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存(CCUS)重大项目示范.然而,由于中国大多数CO2储层的低渗透、非均质等特征,导致单一储层的CO2封存能力有限,无法满足CCUS重大项目示范所需的CO2地质封存量.本文提出将CO2封存强度(单位土地面积的CO2封存量)作为评价CCUS项目储层封存能力的关键指标,并计算了中国主要CO2咸水层封存和CO2强化驱油场地的CO2封存强度,结果表明,现有CO2咸水层封存和CO2强化驱油项目的封存强度大多在105 t/km2以下,无法满足中国双碳目标的需要.为显著提高CO2封存强度,提出CO2多层协同抽注技术的概念,通过注入井在多个储层射孔注入CO2,并利用采水井从多个储层中采出咸水,实现储层可用孔隙和储层压力的最优化调控,最终实现CO2封存强度的大幅度提高.为验证CO2多层协同抽注技术的效果,利用T2Well模拟软件,构建3种CO2多层统注及协同抽注的数值模型,模拟了CO2定压注入过程,分析了注入60 d后的储层压力分布、储层内CO2饱和度分布及CO2累计注入量.结果表明:在多层协同抽注条件下,储层压力聚集现象有明显缓解,从而降低了封存区域因压力聚集导致的力学不稳定性.通过分析CO2饱和度可知,注入CO2后,在抽注井间压力差的驱使下,羽流将向采出井偏移;此外,受岩石性质的影响,羽流形状和范围略有差异.根据3种条件下的模拟结果计算CO2封存强度可知,各向异性砂岩条件下多层协同抽注的封存强度最高达到1.115×106 t/km2,远大于现在已实施项目的封存强度.因此,多层协同抽注技术将较大地提高CO2封存强度,有利于节约中国国土资源,促进CO2封存技术的推广.     

地质封存环境CO2压力影响水泥碳化程度的试验研究

为研究封存在地下储层中的CO₂与井筒水泥和地下混凝土构筑物接触后引发碳化反应的剧烈程度,将普通硅酸盐水泥和G级油井水泥样品与不同浓度的CO₂进行反应,利用微米CT、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)等分析手段,研究水泥与CO₂反应后微观结构、矿物组分及含量的变化。试验结果表明,水泥的碳化速率先增大后减小;CO₂浓度越高,反应生成的方解石越多;方解石沉淀后形成致密壳状结构。通过Elovich方程拟合试验数据,预测得到100天后3组水泥样品的碳化深度分别为0.51 mm、2.06 mm和0.81 mm。综上所述,水泥的碳化反应主要是钙基水泥水化物转化为方解石,G级油井水泥抗CO₂腐蚀性优于普通硅酸盐水泥。研究成果增进了人们对水泥与高浓度CO₂反应机理的认识,可为相关工程的水泥服役性能评价提供参考依据。