生物质能源分析篇1
关键词：生物质能源；林业开发；发展趋势
中图分类号：F326.2文献标识码：a
1林业生物质能源应用
所谓林业生物质能源，具体是指林业中木本、草本植物的生物质本身通过光合作用，将太阳能固定和转化而来的化学能，这些贮存在林木、林副产品及林业废弃物、木制品废弃物中的化学能通常可以运用一定的技术转换手段加以利用，实现发电、供热等用途，还可以用来制取燃料乙醇和生物柴油等。
1.1开发利用林业生物质能源的意义
我国的林业生物质能源，具有种类繁多、分布广泛、品质优良的特点，通过技术转化后可以替代目前生产生活所需的各种常规能源。
1.1.1保护环境，实现可持续发展
生物质能源是人类社会历史悠久的古老能源，从钻木取火开始人类便利用生物质能源改善着自己的生活。在技术手段不断进步的现在，人们意识到传统的直接燃烧是对生物质能源的巨大浪费，大量可利用的资源被废弃，无法真正发挥功用，全面利用林业生物质资源可以全面有效地避免浪费，既有利于环境保护，又能变废为宝，缓解资源能源危机，实现可持续发展。
1.1.2调整能源结构、保障能源安全
林业资源具有良好的开发利用价值和发展潜力，更好的发展林业生物质能源，可以减少煤炭、石油、天然气等不可再生资源的过度开采，可以弥补资源能源的短缺，改善能源危机的现状，以可循环可再生的林木资源取代原来的化石能源，能够增加可利用的能源总量，调整能源资源的供应结构，从而实现保障能源安全的目的。
1.1.3发展林业生物质能源可提高农民的生活水平
在我国国土面积近70％的山区、半山区发展林业生物质资源，将给居住在山区的农民带来真正的实惠，也是广大农村的发展契机，在“农业、农村、农民”成为当下国民经济发展的重点的现在，开发林业生物质能源能在解决资源危机，兼顾环境问题的时候，也对“三农”事业的发展做出了贡献。
1.2应用林业生物质能源的方式
通过技术转化手段实现林业生物质能源的应用有多种应用方式，油脂丰富的树木天然产生的油脂可以转化为生物柴油，木质纤维素丰富的林木能够转化为燃料能替代汽油的乙醇，林木的木质可以通过固化手段可以加工成固体燃料，通过气化手段可以加工成燃料气体，木质高效燃烧可以用来发电。在广大农村，可以通过高效燃炉利用生物质能源取暖和做饭。
2应用过程中出现的相关问题及分析
我国生物质能源的应用相比国外起步较晚，整个系统尚不完善，在发展和进步的过程中难免存在一些问题，以生物质能源全面取代化石能源的时机尚不成熟，许多问题有待于解决。
2.1全面利用树种资源的规划
林业资源调查结果显示，应用广泛的油料树的树种资源在我国十分丰富，但丰富的树种资源并没有在利用上实现丰富的产出，在利用思路上缺乏全面思路，无法充分地开发与利用。要解决这个问题需要结合我们国家的宏观政策，增加科研项目的投资力度，把重点落实在生物质能源林树种的培育体系的建立上，同时加大新品种选育，积累林木培育技术，做好长远的培育开发规划。目前在良种的培育和能源林栽培技术取得一定成果后，实际应用与广泛推广却相对于滞后，严重制约了林业生物质能源林的成熟，使能源林基地的整体产量不能得到有效保障，从而严重影响今后林业生物质能源的产业化发展，应该从整体上加以规划。
2.2现有能源林的合理管理
由于国家政策的有效指引，目前各地都在建设能源林，但产业链不够明朗，后续管理的资金短缺使这些林木的维护受到制约，短期内没有足够的经济效益，林农对林木的乱砍和弃置的情况在各地都有发生。为了保全现有的能源林，规范合理地管理林木，尽可能减少人为破坏，林业部门要加大管理力度，以及资金支持，合理有效地利用现有资源，实现真正的可持续发展。
2.3经营模式的完善
林业生物质能源的经营模式一般采用林农种树，公司收购的经营模式，在林权改革之后，能源林基地的产权归属问题存在争议，还存在林农承包和转让林地的手续，公司收购单价的制定等实际问题，极大影响了广大林农参与能源林建设的积极性。在开发林业资源的过程中，国家应该出台相关财政补贴政策，以市场的协调发展促进林业基地的建设，有效地引导和激励更多有实力有能力的实体企业参与进林业基地的建设。
3未来的发展趋势
我国幅员辽阔，但化石能源资源有限，针对目前不断增大的化石资源缺口，林业生物质能源进一步的开发利用，是我国能源战略可持续发展的必然选择。未来该领域研究与利用的发展方向应该结合林业实际，开发速产林基地的培育和建设，在实现替代化石能源的同时较大幅度地提高林农的经济效益；要结合能源林的发展，充分考虑林业剩余物资源的利用，提高附属产业的循环发展；要能源新技术在林业生物质资源领域的渗透，提高产业竞争力。
参考文献
［1］高柱，冯敬，余发新，等.林业生物质能源发展趋势及现状研究［J］.2011，39（04）.
［2］李云.我国林业生物质能源林基地建设问题的思考［J］.林业资源管理，2008（03）.
生物质能源分析篇2
关键词：物质流分析；国内；综述
中图分类号：F12文献标识码：a
原标题：物质流分析国内研究综述
收录日期：2013年4月25日
一、前言
随着科学技术不断进步，经济发展使得人类对自然资源的强取豪夺愈演愈烈，生态环境的破坏程度触目惊心，资源和能源的短缺制约了经济的发展。因此，如何有效地利用自然资源成为了全球面临的重大课题。物质流分析既能体现出经济活动创造出的价值，又能反映出经济生活生产活动对环境造成的破坏，是一种度量区域发展可持续性的实用研究方法。目前，我国对于物质流分析的研究处于摸索阶段，很难与国外一些物质流研究体系较为成熟的国家相比较。
二、国内研究进展
从国家层面上看，由于欧盟给出的物质流分析指标的指导性文件，使得国家层面上的研究框架与数据都比较容易得到。基于此，在陈效逑和乔立佳共同撰写的《中国经济——环境系统的物质流分析》一文中，陈、乔通过使用欧盟指导性手册内的研究框架，得出了我国1989～1996年社会经济与环境系统的物质流特征，通过与国外的对比，得出我国的物质需求总量和资源消耗量较其他国家过大且资源利用率很低的结论。2005年刘敬智等以我国1990～2002年间的经济系统的直接物质输入总量为研究对象，以德国wuppertal研究所提出的物质流账户系统为基础进行物质流分析，并将分析结果与发达国家的进行比较。张天柱、徐明同样根据欧盟指标体系，以中国经济系统1990～2002年的经济系统物质输入量为研究对象，进行物质流方法分析，得出结论：实现经济发展去物质化的必要途径是既要保持较低人口增长率，又要提高技术水平和资源生产率。王亚菲（2010）在《经济系统可持续总量平衡核算——基于物质流核算的视角》一文中，运用mFa的方法，以1990年至2008年中国物质流总量指标为研究对象，从物质维度研究中观察中国经济的可持续性，研究结果表明：除1998年外，我国经济系统的物质消耗量在逐年增加并且速率较快，物质效率则呈现四段式的发展趋势，通过结论反映政府在“八五”、“九五”、“十五”和“十一五”期间由于实施不同的宏观经济政策所产生的不同的作用效果。
从区域层面上看，徐一剑、张天柱等（2004）参照欧盟实用手册，根据贵阳市实际情况做些许修正，选取一些指标得出适合贵阳市的区域物质流分析框架，通过输入资源投入量和污染排放总量，得出了贵阳市2000年物质流全景分析，分析了污染排放结构及强度，计算了人均规模等变化情况。黄松林等（2010）以深圳市1992～2007年的物质输入输出的规模为研究对象，进行了动态分析，并将物质强度与物质效率与其他区域的相关研究进行了比较，得出深圳市经济系统与生态环境系统的相互作用分为两个阶段，且目前的区域生态系统正在处于由相对可持续发展向绝对可持续发展的转型期。丁平刚等（2011）运用mFa和ipat的方法，对海南省1990～2008年间物质流动进行核算，并与同期广东省的数据进行对比分析。
从企业层面上研究，陆钟武院士（2002）认为，我国以及世界其他发展中国家具有一个共同的特点，即工业化进程较慢，处于停滞积累的状态，此外，工业产品的产量随着时间的递延不断增长，基于此，陆钟武创新出一种元素流分析法，即将“时间概念”作为一种指标融合进去，并且根据这种办法对钢铁工业的废钢资源等问题进行了实证研究。刘征等（2005）以我国磷产业的整个生命周期为研究对象，运用物质流分析方法进行了定量描述，度量了我国磷资源的利用情况和对环境影响程度，剖析了问题存在的原因及问题与问题之间相互的关联，提出了解决办法。陈永梅和张天柱（2005）以北京自1990年后12年的住宅建筑群为研究对象进行物质流分析，并且根据结果对其变化趋势进行预判，进而对2010年北京的住宅建筑情况进行了预估，通过结果揭示北京住宅建筑对其周边的生态环境已经造成不小程度的破坏和影响，如不改进生产流程和提高技术手段，其后果不堪设想，基于此，文章给出政策建议，包括加强建筑垃圾的循环利用等。沈威等（2006）以公共工程项目为研究对象，追踪了其建设过程中物质流动情况，包括投入、利用和损耗，并根据结果建立了有关公共工程项目的物质流指标体系，有益于公共工程项目的可持续发展进程。丁平刚等（2011）从企业层次上针对海南省某水泥企业进行物质流分析，对该企业整个熟料和水泥生产过程中的物质输入输出进行核算，并且根据水泥工业清洁生产标准指标对物质流分析结果进行评定。周继程等（2012）从炼铁系统物质流和能量流的角度出发，分析了炼铁系统的资源和能源消耗情况，并以唐钢南区炼铁系统为例，计算了其炼铁系统由含碳能源引起的Co2排放量。
三、小结
根据国内研究情况来看，物质流分析方法已经愈发得到重视和应用。从研究对象来看，实证研究居多，理论研究成果较少。从方法尺度上来看，国家层面的物质流分析框架已基本规范统一，而区域层面的方法体系以国家尺度为参照物建立，各路学者方法不同，尚未统一。从实证研究来说，国家层面的研究比较多，其中还包括在结果上进行国家间的比较分析，但这些成果尚且不能成为全球层面上物质流分析的有利支持，而区域层面上物质流分析比较零散，方法上的差异使得在一定程度上结果难以对比，企业层面上研究较少，只在个别产业有所探究，应用范围不够广泛。
主要参考文献：
生物质能源分析篇3
关键词：颗粒物；pm2.5；源解析
中图分类号：X823文献标识码：a文章编号：1674-9944（2016）06-0050-03
1引言
随着我国经济的高速发展、工业化和城市化进程的快速推进以及汽车消费的迅猛增长，多个地区接连出现以颗粒物pm2.5为特征污染物的灰霾天气，在这样的背景下，各地相继展开颗粒物pm2.5源解析工作。
2源解析项目基本情况
宜昌市自2013年以来，多次出现长时间污染甚至重度污染的天气，市区环境空气质量形势严峻，环境空气颗粒物pm2.5已成为影响城市环境空气质量的首要污染物。
2014年，宜昌市环保局组织开展大气颗粒物pm2.5源解析工作，根据前期多次调研和反复的分析，最终确定了采用搭载在线单颗粒气溶胶质谱仪的移动监测平台进行源解析的技术路线。
2014年年底，宜昌市源解析移动监测平成设备采购招投标工作，2015年1月完成设备的安装调试，2015年2月至5月建立完善宜昌城区污染源源谱库，2015年6月该平台主要系统功能已全部实现，并投入试运行，并于2015年8月通过验收。
3源解析工作情况
3.1建立颗粒物pm2.5污染源源谱.
通过对宜昌市本地典型污染源进行采样分析，并结合在线单颗粒气溶胶质谱仪原有的污染源谱库，建立了宜昌市典型污染源谱库。分别对扬尘、生物质燃烧、燃煤、工业、机动车及船舶尾气、餐饮油烟等污染源进行了56家次监测，最后源谱库中收集应用的为：马路扬尘2个、建筑扬尘5个，生物质燃烧源2个，燃煤源9个、工业工艺源21个，机动车及船舶尾气源5个，餐饮油烟源1个，共45个污染源。
3.2开展颗粒物pm2.5源解析工作
2015年2月开始，在线单颗粒气溶胶质谱仪移动监测平台先后对高新区、伍家岗区、西陵区、V亭区、点军区、夷陵区、葛洲坝二号船闸上游、枝江市、宜都市等区域的环境空气进行了分析，并分别得到了污染源贡献率饼图，高新区、伍家岗区、西陵区等长期监测的区域还得到了污染源贡献率随时间变化趋势图。
截止2015年11月，宜昌市颗粒物pm2.5源解析工作小组共出具31份数据分析报告。其中，重.污染天气快报1份，非重污染天气快报17份，月报8份，季报2份，验收报告1份，其它报告2份。
3.3技术成果及应用
参考《大气颗粒物来源解析技术指南（试行）》与《环境空气颗粒物来源解析监测方法指南（试行）》对污染源类别进行分类，宜昌市源解析工作中分成扬尘源、移动源（机动车与船舶尾气）、生物质燃烧源、固定燃烧源（燃煤源）以及工业工艺源等，并对应各个源类别建立污染源谱厍。
结合谱库对宜昌市的典型污染源进行采样分析，分析得出了宜昌市颗粒物pm2.5污染的各类污染源，并给出了各类污染源贡献大小。监测期间宜昌市主要污染来源为机动车与船舶尾气源、扬尘源、工业工艺源、燃煤源、生物质燃烧源、二次无机源等。
得出了宜昌市城区颗粒物pm2.5污染规律，并提出了以下优化合理的具有针对性的污染防治对策。
（1）机动车与船舶尾气是宜昌市颗粒物pm2.5的主要污染来源之一，因此控制颗粒物pm2.5污染必须治理机动车污染，加快油品升级，加强油品质量督查，提倡使用清洁能源；落实车辆环保标志管理，加速淘汰黄标车；提高交通规划水平，减少过境车辆影响并加强城市轨道交通建设。
（2）扬尘在宜昌市颗粒物pm2.5的污染来源中占比较大，从颗粒物pm2.5和pm10的相互关系来看，扬尘对颗粒物pm10污染影响会超过颗粒物pm2.5，因此改善宜昌市环境空气质量，完成颗粒物pm10达标规划，必须全面整治扬尘污染。
（3）随着近几年经济迅猛发展，工业工艺污染对宜昌市空气质量的影响日渐突出。治理工业企业污染，必须对全市重点排污企业实行严格的在线监控，确保各类污染源全面稳定达标排放。
（4）燃煤污染排放也是颗粒物pm2.5的重要来源。对燃煤源的防控，就要全力落实燃煤锅炉除尘、脱硫、脱硝等环保设备及工艺的投入使用，强力推进燃煤源污染的减排，采用多种燃煤源替代手段，进一步压缩全市煤炭消耗量。
（5）结合在线单颗粒气溶胶质谱仪的分析结果，针对颗粒物pm2.5的控制，建议市区点位（高新区、伍家岗区、西陵区、点军区、夷陵区）治理措施以控制机动车与船舶尾气以及扬尘为主，而V亭区则以企业限排与控煤作为主要治理手段。
4工作中遇到的问题
4.1科研人员配备相对不足
源解析工作完全由监测站自行承担，人员不足、技术能力不够等问题凸现。据调查，武汉、太原、天津等地均认为源解析一件相当有技术难度的工作，工作量大，持续时间长，工作人员既要精通环境自动监测、数据分析，也要熟悉手工采样分析、质量控制等，所以对工作人员的要求较高。现阶段源解析工作责任单位为监测站自动监测室，主要参与该工作的人员2名，专业分别为环境科学、数学，人员缺口分别为气象专业1名，计算机专业1名。随着项目的不断推进，下一步将采用离线源解析、固定源解析等方式，人员需求会更大，增加的工作有手工采样，实验室分析，模型运算，数据分析及质量控制，大气复合实验室管理等。
4.2质量控制缺乏相应规范
目前国内颗粒物源解析指导性文件有《大气颗粒物来源解析技术指南（试行）》与《环境空气颗粒物来源解析监测方法指南（试行）》等，均未涉及移动在线源解析的内容。移动在线源解析采用的在线单颗粒气溶胶质谱仪，其“飞行质谱”核心技术属于源解析相应领域的高端技术，该仪器相对其它自动监测仪器而言，目前在全国范围内使用范围有限，使用的时间相对较短，属于新领域的新技术，质量控制方面没有相关规范。广州、宜昌等地专家论证会给出的建议均为加强测试工作中的质量保证/质量控制，而目前这方面为空白。
4.3难以准确区分本地污染及外来输入污染
在线单颗粒气溶胶质谱仪能迅速判断特定时间内指定地点的颗粒物pm2.5污染来源分布比例，但难以精准了某个或某类污染源，难以及时精准管控污染源。例如，某日主城区出现重污染天气，在线单颗粒气溶胶质谱仪迅速得出源解析结果为：燃煤、工业工艺、扬尘、机动车与船舶尾气四类污染源贡献最大，但这些污染源具体所在的位置无法判断，甚至不能确定这些污染源是在主城区，还是在其它区域，或者周边县市远程输入。至于本地污染和外来输入污染各自所占的具体比例，更加无法确定。
4.4各类污染空间上的迁移转化过程无法同时监测
污染物进入环境后，会发生迁移和转化，并通过这种迁移和转化与其他环境要素和物质发生化学的和物理的相互作用，形成二次污染。二次污染形成机理复杂，影响范围较广，比较有代表性的例子，就是广为人知的冬季持续重污染天气下的灰霾污染现象。宜昌市灰霾污染严重，要想减缓甚至根治灰霾，需要针对各类污染物在空间上的迁移转化过程进行监测和分析，这是一种“面”式立体监测，目前宜昌市仅有的一台在线单颗粒气溶胶质谱仪只具有“点”式局部监测的功能，远不能满足要求。
5对策与建议
5.1加强人员力量
建议加大技术力量的投入，引进有源解析工作经验的技术人员或者与其他科研单位、院校合作。
5.2积极探索质控工作
建议与先期开展移动源解析的兄弟单位开展学习交流活动，并与总站加强关于移动源解析质量保证工作方面的沟通，积极探索相关质控措施和质控手段。
5.3多种途径协同监测
加大资金投入，在长期对宜昌市有污染输入的方向建立边界站，增加移动监测平台，建立大气复合污染物自动监测站（超级站），多种途径开展源解析监测。
5.4深入开展源解析
向已开展固定源解析的单位和院校调研学习，选择适合宜昌市实际情况的方法，确定科学的实施方案，深入开展固定源解析工作。
5.5建立多部门联动机制
与开展源解析区域的监察执法人员建立紧密联系，将远程监测的源解析分析结论与现场监察的实地调查情况相结合，部门间开展会商，对源解析结果进行修正完善，共同形成指导意见。源解析结果通过官方渠道及时上报给环境管理和相关部门，及时采取有效措施应对日常工作、突发事件、重污染天气、重大活动和赛事保障等，为环境治理发挥更大作用。
生物质能源分析篇4
关键词：饮用水水源地；预警系统；框架建立
中图分类号：X832文献标识码：a
为了保证社会的稳定和谐发展，限制工业排污对环境的巨大破坏，应对饮用水水源地的安全风险进行深入地分析，保证水源地有足够的水量和安全的水质。这就需要采用可持续饮用水水源地预警的应急体系，维持饮用水水源的可持续利用，满足经济社会和工业、民用用水安全。
一、水源地安全预警系统构架
浙江省饮用水源地水质自动监测系统采用了固定站、集装箱站、浮标站3种形式。系统基本监测项目为水质常规五参数（pH、水温、溶解氧、电导率、浊度）、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮，同时根据各监测点位的实际水质情况加增急性毒性、藻类分类、总有机碳、重金属、叶绿素a、挥发性有机物（可监测有18种以上参数）、氟化物、氰化物等特征污染物，实现监测数据、视频图像的采集、分析、传输功能，具备、远程控制、自动留样等管理功能，具备水源地水质安全预警能力。
1.预警指标体系构建
预警指标体系的构建描述水源地的安全现状和变化趋势等方面，评价和监测一定时期的水源地的水质状况，分析影响水源地安全因素等。第二，对安全状况、自然状况等进行分析，预测未来的发展状况，确定水质变化趋势、速度，对不正常状况的范围和危害程度进行预报。第三能够对各种变化和恶化的情况提出综合性对策，对未出现的问题给予防范措施，设定有级别的警示信息。第四是正确判断水污染带来的经济后果和环境后果，按照警情来寻找警源，以便采取有效的防控措施加以化解。
2.生物毒性监测技术
toxicity（毒性）：化合物或混合物对生物的有害效应特性。
在水源地水质预警能力上，化学监测具有一定的局限性，指标有限、各污染物综合效应难以监测，而生物毒性监测技术能反映水质的综合污染，揭示潜在的生物和生态效应。生物毒性自动监测系统一般基于活体生物毒性检测技术，大致分为微生物急性毒性测试、浮游动物急/慢性毒性测和鱼类不同生命周期急/慢性毒性测试。相对而言，发光细菌法监测的水质适应面广，敏感性强，监测的污染物复杂程度高，事故出现后连续监测能力强。其检测原理：通过测定发光菌与水样接触反应前后发光强度的变化来判断水中综合毒性的大小。浓缩/稀释倍数法：由于环境水样的毒性大小差异很大，有些水样毒性太强或太弱，无法直接检测LC50或eC50，需进行一定倍数的稀释或浓缩处理以实现准确检测。因此，为了便于比较水体毒性，通常采用达到半数致死效应所对应的稀释或浓缩倍数表征水样毒性大小，稀释倍数越大、浓缩倍数越小表明原始水样的生物毒性越强。当量浓度法：为了比较不同水样的毒性效应，近年逐渐有研究者选用致毒机制明确的物质作为毒性测试的阳性参照物，将待测水样的毒性测试结果转换为产生与之相当效应的阳性参照物的当量浓度。
3.藻类分类监测技术
藻类荧光反应有两种特性：一是同一种藻受到不同波长单位强度激励光激励时，发出的荧光强度不同；二是不同的藻在受到相同波长单位强度激励光激励时，发出的荧光强度也不同。利用藻类的荧光特性进行分类定量分析。
4.安全预警系统
安全预警系统包含了对警义等进行明确、寻找、分析和预报以及报警等内容。对于水源地的预警系统，具有多目标的功能。在预警系统的逻辑框架中，水源地的风险被划分为多个指标体系，通过自动监测仪器可以实现各种预警阚值的测算和预警。并根据不同的时间和污染物发出预警信号，采取预防、预控的措施的综合系统，对饮用水水源地的安全进行监控。
体系的构建包括信息重叠、定性分析、分层设计等手法。安全预警模型的建立使用人工神经网络框架。模拟社会经济环境，通过神经元网络分析的功能，对数据的模型采用安全预警的方式，通过多个载水源地构件的预警模型，对警兆指标等加以精确计算，得到关于输入层、输出层以及隐藏层的节点数值。节点对应警情指标。
通过安全预警模型，将节点指标加以输入，获得具有隐含层节点数的神经网络工具，然后采用水源地安全预警模型的学习和训练模式进行网络模型对水源地安全的预警分析。
二、饮用水源地预警系统应用重点
1.对水源水中异味的监测和预警
近十啄昴冢水体异味问题发生较多，引起社会广泛关注。如霉腐味、鱼腥味等，针对异味的分析包括了很多方法，而且获得成分也相对复杂，如带有土腥味的Geosmin（二甲萘烷醇）、2-甲基异茨醇等。饮用水源水体中产生异味的因素除了直接来自于化工业污水排放以外，更常见的为水体富营养化产生异味的藻类，现在已知大约50余种。
第一，根据历史数据进行分析，不同于平常的某一时段存在异常高的污染物系统可自动报警。
第二，从异味藻的数量上进行预警。比对发现水体中各月都可以嗅到土腥味和霉腐味，异味藻的细胞密度往往达到每升2万个。当为预警值来说，可以初步定在1×1o4/L细胞。
第三，对于水中产生异味的数量和变化规律等，采用分季节、分时段的方法进行监测，主要把监测的时间和重点予以记录。
第四，水中异味物质多为挥发性和半挥发性有机物，嗅阈值非常低，其浓度为痕量甚至超痕量，往往人工嗅辨水质有异味，而仪器检测不出，可引入Spme、SBSe等痕量物质前处理方法，并加强对重点异味因子（苯酚类）的分析。
2.应急预警监测和数据分析
在通过自动预警监测的同时，通过卫星遥感、气象观测等可以将监测范围扩大到饮用水水源地取水口、水源地i到ii级保护区、取水口5km以外。随着现代科技手段的不断创新，水源地建立了基于宽带ip网的数字网络视频监控系统，对饮用水进行24h监控，并实时进行监测数据的分析，为采取应急措施提供科学依据。
结语
浙江省饮用水源地水质自动监测系统项目建设前，饮用水源地水质监测主要依靠月度水质人工监测工作，每次监测间隔时间过长，同保障饮用水源地水质安全，连续报告水质变化，及时发现和排查安全隐患等工作需要比，存在较大的不足与盲点，影响到了公众健康和社会经济持续发展。
本项目成功建成后，基本实现主要饮用水源地水质监测和预警的自动化，实时快速反映饮用水水环境质量和变化状况。有效提升了饮用水源地水质监测、预警、处理和能力，满足地方政府环境管理与决策的实时需要，为环境决策、管理和科研部门提供更为科学、详实、有效的科学基础数据，为保障人民群众的饮用水安全，加强饮用水源地水质保护工作发挥更高、更深层次的作用。
参考文献
[1]张奇磊，高琦，沈琰，等.饮用水源地水质预警系统的建立和应用研究[J].环境科学与管理，2014，39（2）：123-125.
生物质能源分析篇5
关键词：农业生产经济系统；物质流分析方法；物质减量分解模型；可持续发展
中图分类号：F250文献标识码：a
文章编号：1000176X（2015）12012507
一、引言
人类社会的发展离不开对自然资源的需求，进入工业时代以来，人口和经济的快速增长更是需要动用越来越大的物质量，而人类造成的环境问题在很大程度上是由物质消费引起的，对自然资源的采掘、加工、使用和废弃导致环境污染和生态退化。物质流分析通过研究自然环境系统与人类社会经济系统之间的物质流动，为解决生态环境保护和经济增长之间的两难，衡量社会可持续发展和生态效率提供了一种有效的定量分析工具。
经济系统的物质流分析肇始于1969年，20世纪90年代之后得到广泛关注并应用于实践，奥地利、日本、美国和德国等发达国家相继建立了国家物质流账户。从研究的经济系统范围大小划分，物质流分析的研究通常可分为宏观、中观和微观三个层次，分别代表部级、区域级和企业级的物质流核算；从研究对象和领域划分，物质流分析的应用层次可分为经济系统物质流分析、产业部门物质流分析和特定元素物质流分析[4]-[6]。目前国内外的产业部门物质流分析呈现出侧重于钢铁等工业部门的特点，例如Dahlstrm和ekins结合物质流和价值链分析对英国钢铁产业和铝产业的物质流动、生态效率等进行了研究，michaelis和Jackson[8-9]对英国钢铁部门的物质流和能量流进行了核算，park等运用动态物质流方法对韩国钢铁资源流进行了估算，Hashimoto等对日本林木资源的六个物质流指标进行了精确估算，考察了林木资源的物质循环状况，Hong等对韩国纸和纸浆的生产和使用过程进行了物质流分析，woodward和Duffy[13]计算了爱尔兰混凝土生产、使用和废弃过程中的物质流动。我国对产业部门的物质流分析尚处于起步阶段，如徐明和张天柱[14]对我国化石燃料的输入输出量进行计算，温宗国等[15]对我国2001―2005年公路交通系统的物质输入和输出进行了估算。这些研究多数没有将某个行业作为整体进行物质流分析，而是对钢、铁、铝、木材纸等某种或某类物质在经济系统中的流动过程进行分析。
对于作为国民经济基础的农业部门，Risku-norja和menp[16]对芬兰的各种食物生产和消费状况进行了物质流分析，Kytzia等[17]结合投入产出分析方法对瑞士的食物物质流进行估计，但是Risku-norja和menp以及Kytzia等的研究将农业作为食物生产的部门考虑，没有将农业本身作为一个产业部门进行物质流的全景分析。国内关于农业物质流的研究如朱瑶[18]通过建立我国30个省的农业物质流账户指标，运用空间计量模型对各指标进行分析，李刚[19]应用物质流分析方法研究了1991―2010年我国农业部门的物质消耗总量和物质消耗效率。但是李刚的研究只考虑农业生产的输入端，没有考虑农业内部物质循环和物质输出，朱瑶的研究选择1990年、2000年和2008年各省的截面数据进行空间相关性分析，没有从整体考察我国农业生产的物质输入输出，同样没有估算内部物质循环量。本文将农业生产看做一个整体，建立科学合理的物质流分析框架，对我国农业生产经济系统的物质输入量、输出量和内部循环量进行初步核算，选取和估算切合实际的生态包袱系数，对农业生产中的隐藏流进行估计，得到我国农业生产的物质消耗强度、生态效率等相关的物质流分析指标，同时进行物质减量化分析，为农业可持续发展的评估和政策制定提供科学依据。
二、农业生产经济系统物质流分析方法
1物质流核算框架
本文的农业指的是国民经济行业分类标准中的农林牧渔业，在农业生产经济环境系统中，输入端包括系统外物质输入及其隐藏流、系统内直接物质输入及其隐藏流。系统外物质输入包括能源（电力和各种化石能源）、农用生产资料（化肥、农药和农用塑料薄膜）、农业机械（拖拉机、渔用机动船等）和农业工程设施设备（温室大棚、水利灌溉设施及其所需的设备等）。系统外物质输入的隐藏流指这些物质在产品生产过程所有的物质移动，这里主要指产品生产的生态包袱[20]。农业生产系统内的直接物质输入主要包括种子、饲料和有机肥，这些物质同时参与农业生产的物质循环利用。输入的水和空气是指农业用水、燃烧与呼吸所需的气体。由于水流通常被排除在物质代谢系统之外，而且农业生产用水直接进入土壤和水体，参与水的自然循环，因此，在物质流分析中通常不考虑输入和输出的水[21]，本文将其单列一项。农业生产经济环境系统的输出端主要包括两个方面：输出到系统外的物质和系统内物质输出，前者主要指输出到行业之外的农林畜牧产品和水产品，后者分为输出到农业生产中的物质和排放到自然环境中的废弃物两部分。本文建立的农业生产经济系统物质流分析框架如图1所示。
2数据来源及处理方法
行业外物质输入包括化肥、农药、农用塑料薄膜和化石能源。农业机械输入量由于各种机械重量差异较大，这里不进行估算，而是将其生产需要的物质投入按照隐藏流处理，根据数据可得性，新进入系统的农渔业机械主要考虑大中型拖拉机、小型拖拉机和渔用机动船，总的农用机械隐藏流按照拖拉机动力占农用机械总动力的比重近似推算。农业工程建设所需的物质类别比较庞杂，难以得到合理的质量估计数据和隐流系数，本文不予考虑。相关数据来源于《中国能源统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》。
煤炭、焦炭等的生态包袱系数参见吴开亚和毕军等[20]，磷矿的生态包袱系数参见沈晓莹[22]，水泥的生态包袱系数参见陈效逑和乔立佳[23]，钢制品和铁制品的生态包袱系数按照铁精矿的生态包袱系数计算。氮肥、磷肥、钾肥、农药、塑料薄膜、大中型拖拉机、小型拖拉机和渔用机动船的生态包袱系数按照实物型物质投入产出表，根据生态包袱系数=∑i（对第i种投入物质的直接消耗系数×第i种投入物质的生态包袱系数）得到。
农业生产经济环境系统内
直接物质输入包括种子、饲料（饲草、部分作物秸秆和精饲料）和有机肥（部分作物秸秆和动物粪便）。输入的气体主要包括o2和Co2。前者主要消耗于化石
燃料燃烧和动物呼吸方面，后者主要消耗于植物的光合作用。
输出分为两部分：可用于农业生产的物质输出（循环物质）和废弃物输出。前者主要包括种子、饲料（不包括精饲料）和有机肥，后者主要包括废弃的农用塑料薄膜、废弃焚烧的秸秆、废弃的粪便以及排放到大气中的温室气体。输出到农业生产系统外的物质主要包括农林牧渔业产品、用作工业原料的秸秆以及输出到生活消费领域用作燃料的秸秆和粪便，将秸秆分类到农产品，粪便归属于畜牧产品。
3物质减量分解模型
物质减量指的是经济系统物质投入量的绝对或相对减少。绝对物质减量指物质投入总量绝对值的下降，是实现经济发展可持续性的基本条件之一。相对物质减量指创造单位产出所需的物质投入量减少，即物质消耗强度的下降。绝对物质减量在经济增长的前提下意味着物质消耗强度的下降，但是物质消耗强度的下降并不一定导致物质绝对减量。以mCi表示物质消耗强度，物质输入量Dmi可以表示为Dmi=mCi×GDp，则物质输入增量ΔDmi=GDpt×ΔmCi+mCit+1×ΔGDp。等式左侧是物质投入的增长效应，等式右侧第一项表示降低物质消耗强度带来的物质减量效应，这是由于技术进步形成的直接物质输入绝对量减少，右侧第二项表示经济增长带来的反弹效应，这是GDp总量增长驱使物质投入总量增加。当反弹效应小于减量效应时，增长效应为负值，此时经济增长实现了物质投入的绝对减量。
三、农业生产经济系统物质流核算结果
1物质流趋势分析
本文中物质需求总量=直接物质输入+系统外物质隐藏流，直接物质输入=系统外物质输入+系统内直接物质输入。物质输出总量=系统内直接物质输出+输出到系统外的物质。我国农业生产经济系统1990―2012年物质流总量如表1所示。
根据表1期内物质流的变化趋势，可分为三个阶段：（1）稳步上升阶段，1990―1995年。物质输入和输出总量均稳步上升，直接物质输入年均增长469%；物质需求总量年均增长499%；物质输出总量年均增长425%。这一阶段农业增加值以年均469%的速度增长，伴随着农业物质代谢的稳步增加。（2）波动阶段，1996―2007年。直接物质输入基本没有变化，年均小幅增长045%，呈现“升―降―升―降”的波动趋势；物质需求总量年均增长129%，除2000年和2005年之外均呈现增长趋势；物质输出总量年均增长088%，呈现与直接物质输入相同的波动态势。这一阶段由于退耕还林、建设占地和抛荒等原因，在2000―2003年我国耕地面积和农作物种植面积持续降低，同时，1997年以及2000年左右的严重干旱也对农业生产产生直接影响，减缓了需要的物质投入，降低了农产品的产出。这一阶段农业增加值年均增长370%，占GDp的比重迅速下降，由于强调结构调整，农作物种植面积压缩，种植业在农业总产值中的比例下降，林牧渔业产值比例上升，因此，造成农业增加值的增长在这种结构发生重大调整或技术较大进步的情况下与农业生产的物质输入、输出变化情况并不同步。（3）缓慢上升阶段，2008―2012年。直接物质输入年均增长188%；物质需求总量年均增长233%；物质输出总量年均增长200%，这一阶段农业增加值年均增长430%，占GDp的比重降到1000%以下。由于我国农业物质投入成本较高，化肥农药等农用物资的使用产生生态污染，依靠高投入促进增长是不可持续的发展方式。农业生产的物质输出增加缓慢与物质投入的报酬递减，与资源约束与环境压力增大，技术进步缺乏新突破，小规模经营的比较效益差等因素息息有关。
2物质流结构分析
农业生产经济系统外的四类输入物质中，化肥和能源占总输入量的9600%以上，二者比重在5000%左右波动，农药和农用塑料薄膜的输入量只占总输入量的200%―400%。整体来看，化肥输入所占比重逐渐上升，能源输入所占比重缓慢降低，农药输入比重基本没有变化，农膜输入比重上升约一个百分点。这说明农业生产中化肥和能源的使用占据最重要的位置，提高物质利用效率主要从这两方面入手，用有机肥料替代工业化肥的使用，不但能够减少人工合成化肥的用量，而且对改良土壤性质、提高作物品质有积极作用。农业生产中的能源消耗主要用于农业机械和农业工程运行，随着农业机械化水平的提高，能源消耗量将缓步上升，提高能源利用效率成为农业可持续发展的必然选择。
农业生产系统外物质输入隐藏流中，能源隐藏流占总隐藏流的比重最高，在5300%―6400%之间波动，化肥隐藏流平均占比2756%，农机隐藏流平均占比1215%，农药隐藏流平均占比095%，农膜隐藏流占比最低，平均044%。对比直接物质输入结构可以看出，能源生产的隐藏流远高于其他物质，能源隐藏流是能源直接输入量的163500倍，而化肥隐藏流与直接输入量的比平均为63200，农药的这一比值为72100，农膜只有31300。因此，节约能源消耗量，提高能源利用效率能够有效地减少农业生产的生态包袱。从1990―2012年，农机中渔用机动船的隐藏流从04145亿吨增加到07549亿吨，大中型拖拉机隐藏流从00276亿吨增加到03248亿吨，小型拖拉机的隐藏流从00345亿吨增加到01101亿吨，农用机械的隐藏流从01986亿吨增加到13979亿吨。机动船虽然隐藏流系数较高，但是由于数量增加很少，因此，隐藏流增加并不多。虽然大中型拖拉机的生态包袱系数远高于小型拖拉机，但是后者的数量增长速度远低于前者。，大中型拖拉机1990年有813521万台，2012年有8452400万台，增长了103900倍，小型拖拉机1990年有6981000万台，2012年增加到17972300万台，只增长了25700倍，小型拖拉机隐藏流的增量低于大中型拖拉机隐藏流的增量。由于近十几年来农用收割机和其他耕作、排灌、加工机械迅速增加，农用机械隐藏流的增长幅度远高于渔用机动船隐藏流的增长幅度。
农业生产经济系统内的直接物质输入以有机肥和饲料为主，其中有机肥所占的比重最高，平均为7106%，其次是饲料，平均占比2796%，种子和菌类基料只占098%。氧气输入以畜禽呼吸需氧为主，平均占总输入的8956%，这一比重有逐年下降的趋势，从1990年的9115%下降到2012年的8798%，这主要是由于大牲畜存栏量经历1990―1999年的缓慢上升后逐年下降，导致需氧量所占比例减少，但是由于家禽等小型畜禽的饲养量不断攀升，因此，畜禽呼吸需氧量的绝对值以平均147%的增长率缓慢上升。化石燃料燃烧需氧量虽然所占比重小，但是这一比重呈现逐渐增加的趋势，燃烧需氧量的绝对值也以平均340%的增长率不断增加。这说明随着农业总产值的增加，化石燃烧和畜禽呼吸需氧量都在不断增加，但是化石燃料增长速度高于畜禽饲养规模扩大速度，因此，燃烧需氧量占总量比重增加的同时畜禽呼吸所占的比重减小。
农业生产经济系统内物质输出量中循环利用量占总输出量的比重平均为7439%，波动幅度很小，不超过05000个百分点，这说明在农业生产中，系统内部的循环占很大比重并且变化很小，种子、饲料和部分肥料、燃料都是由农业生产的产出作为投入循环使用的，实现秸秆还田，施加有机肥料，提高循环利用率是建设生态农业的必然选择。农业生产系统内部物质输出的另一部分是废弃物，废弃物输出以牲畜排放的温室气体为主，平均占废弃物总输出的6401%，固体废弃物占2605%，化石燃料燃烧排放的温室气体只占994%，因此，降低温室气体排放的关键在于畜牧业、牲畜规模化养殖、调整畜牧业养殖结构、改进饲养技术。
3物质流效率及其与经济发展的协同效应分析
将物质流指标与经济指标相结合，以单位物质需求总量产生的第一产业实际GDp代表总的物质资源投入的生产力，即总物质效率=农业实际GDp/物质需求总量，是生态效率的一种表现形式。但是物质需求总量包含了巨大的隐藏流，掩盖了直接物质输入的真实性，因此，以单位直接物质输入所产生的农业实际GDp代表直接物质资源投入的生产力，即直接物质效率=农业实际GDp/直接物质投入量，是生态效率的另一种表现形式。计算得到的1990―2012年我国农业生产系统直接物质效率和总物质效率的变化趋势基本相同，呈现平稳上升的趋势，在1995年之后二者之间的距离逐年扩大，说明直接物质生产力的增长速度高于总物质生产力的增长速度，投入农业生产的物质蕴含的生态包袱远高于直接物质投入，减少物质消耗的隐藏流是提高物质生产力的关键。
为衡量农业经济发展与资源利用的协同效应，本文利用分离指数测度经济增长与资源消耗之间的分异程度。分离指数=经济增长速度-环境压力增长速度，分离指数越大，经济增长相对于资源消费的效率越高，实现了经济发展与资源消耗的脱钩。在大多数年份里，农业经济增长与资源消耗和污染排放的分离指数都大于零，并且波动幅度越来越小，而且这些分离指数逐渐靠拢并接近于零，这意味着经济增长与环境压力的增长速度越来越同步，逐渐趋于稳定的脱钩状态，并且脱钩程度逐渐趋同。
当GDp增速、物质投入增速和物质消耗强度增速大于零时，经济发展与资源消耗处于扩张性复钩状态；当GDp增速和物质投入增速大于零，物质消耗强度增速小于零时，经济发展与资源消耗处于相对脱钩状态；当GDp增速大于零，物质投入增速和物质消耗强度增速小于零时，经济发展与资源消耗处于绝对脱钩状态。样本期内，1996年、2000年、2001年、2006年和2007年农业经济增长和直接物质投入处于绝对脱钩状态，这种状态占统计年限总数的2273%，1991―1993年、1997年、1999年、2002―2005年、2008―2012年二者处于相对脱钩状态，这种状态占统计年限总数的6364%，只有1994年、1995年、1998年二者处于扩张性复钩状态。暂时忽略特殊的年份，经济增长与物质消耗的关系从相对脱钩，到扩张性复钩，绝对脱钩，最后又恢复到相对脱钩。这说明高速的物质消耗增长带来更高速的农业经济增长，但是资源效率提高并不理想，因此，停留在相对脱钩状态。
4物质投入减量分析
根据物质减量分解模型，得到1991―2012年我国农业生产直接物质投入的增长效应、反弹效应和减量效应如图2所示。1996年、2000―2001年、2006年和2007年物质投入出现绝对减量，呈现一种“强可持续性状态”。其他年份增长效应呈现正值，说明农业经济增长对应的直接物质投入的反弹效应超过了由于技术进步带来的减量效应，但是减量效应基本在零线以下，说明农业生产实现了物质投入的相对减量化，经济系统处于“弱可持续”状态。1994年、1995年和1998年减量效应高于零线，这是由于物质消耗强度突然上升所致。1991―2012年间，经济发展引起的反弹效应使得直接物质投入量平均每年增加03925亿吨，总计反弹效应为236103亿吨，而同期由物质消耗强度下降引起的减量效应年均为06807亿吨，总计149752亿吨，减量效应未能完全抵消反弹效应，导致直接物质投入实际增加86351亿吨。整体上看，2000年以后农业经济增长带来的直接物质投入的反弹效应变化趋势与降低资源消耗强度的减量效应变化趋势基本吻合，呈现平缓波动。
1991―2012年我国农业生产经济系统并未达到资源消耗的绝对减量化。尽管通过提高物质利用效率实现了物质投入的相对减量化，但是GDp增长带来的物质投入增加对资源消耗的冲击远大于资源利用效率提高带来的物质利用量的降低，经济发展最终对资源的压力仍不断增大。基于这种弱可持续的状况，在假定一个变量保持实际变化的情况下，可以分析达到强可持续的临界点，即物质投入零增长的另一变量变化趋势。
图2农业生产物质投入的增长效应、减量效应和反弹效应
为实现物质投入零增长而降低农业经济发展速度，显然不符合我国实际，实现可持续发展目标，需要在经济发展的同时实现物质投入零增长。假定农业GDp增长按照实际增长速度发展，同时物质投入零增长，这样的可持续发展路径需要物质利用效率从1990年的2288076元/吨提高到2012年的5476434元/吨，即在22年间实现物质利用效率的倍数革命，年均需要提高405%；而实际物质投入效率只提高到3938991元/吨，年均提高25400%。要达到强可持续发展的目标，物质投入效率还处于较低水平，提高农业生产物质投入效率是今后经济发展的重要任务。
四、结论
本文计算了1990―2012年我国农业生产经济系统的物质投入和输出量，并根据物质投入效率，检验了物质减量化的效果，主要结论如下：
首先，农业生产经济系统物质流总体呈现增长的态势，但是由于农业增加值占GDp比重逐年下降，从2008年开始物质投入和输出量均处于缓慢上升时期，之前由于种植面积的下降、自然灾害和农业结构调整等主客观原因，农业发展和物质流的变化趋势并不同步。物质直接输入中化肥和能源所占比例最高，而且这两类物质的隐藏流占比最大，因此，提高化肥和能源利用效率是降低物质消耗，实现农业可持续发展的关键。废弃物输出中温室气体排放以牲畜排放为主，但是与此同时畜牧业在农林牧渔中单位物质重量产值最高，在调整农业产业结构，增加农业增加值的同时减少温室气体排放是农业减排的关键，根据本文的计算结果，牲畜排放的增长速度低于能源排放温室气体的增长速度，在这二者同时增加的现状下，我国农业温室气体减排任重道远。
其次，物质投入效率缓慢增长。整体上看，我国经济增长与环境压力的关系经历了扩张性复钩阶段之后，出现了相对脱钩―绝对脱钩―相对脱钩的反复过程，最后处于相对脱钩状态。绝对脱钩的出现说明经济增长和物质消耗减少的理想状态是能够出现的，但是如果仅仅依靠经济增长自动调控物质代谢水平，需要消耗更多的资源，对生态环境产生不利影响，延缓绝对脱钩的进程，并在这一进程中出现反复，落入相对脱钩状态。高速的物质消耗增长带来更高速的农业经济增长，但是资源效率提高的速度过低，最终经济增长和物质消耗的关系停留在相对脱钩状态，依然存在不利于可持续发展的因素。因此，要实现农业生产的可持续发展，要在消耗更少资源的前提下尽早实现农业发展与环境压力的绝对脱钩。
最后，物质减量分解结果表明多数年份农业生产实现了物质投入的相对减量化，农业经济系统处于“弱可持续”状态。由于物质投入的减量效应未能完全抵消反弹效应，导致我国农业生产经济系统未达到资源消耗的绝对减量化。实现物质投入的零增长需要在过去的22年间实现物质利用效率的倍数革命，要达到这一强可持续发展的目标，现今的物质投入效率需要快速提高。
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生物质能源分析篇6
【关键词】生物质发电技术；直燃发电；经济效益
随着我国经济的不断发展，对于能源的需要更为强烈，然而，中国这种粗放型经济增长方式，能源制约着经济的发展。可再生资源的不断开发和发展是发展的趋势，也是我国亟待需要发展的项目。生物质发电技术是其中较为突出的可再生资源的技术方式，被认为是21世纪最具有价值的绿色可再生能源之一。根据我国《可再生能源中长期发展规划纲要》（2006～2020），到2020年我国生物质发电机组装机容量达到30000mw，生物质成型燃料5000万吨，将生物质秸秆发电和秸秆成型燃料确定为秸秆能源利用重点技术[1]。
在现在生物质发电技术主要有直燃发电，气化发电，沼气发电和混合燃烧发电四中类型，其中直燃发电的运用最为普遍，也最符合我国的实际情况。利用生物质直接燃烧发电技术建设大型直燃并网发电厂，单机容量达10～25mw，可以将热效益提高到90%以上，可以通过有效措施提高其利用率[2]。然而，现阶段生物质发电中的直燃发电技术发展还不完善，对于其的设计还存在很多的不完善的地方，从而影响其效益的发挥。另外，用于生物质燃烧的锅炉以及燃料输送系统的技术和设备都产自外国，这严重制约了我国生物质技术的发展。所以，对于直燃发电技术的发电工程进行分析和合理的设计对于提高其利用率具有非常重要的意义。
1生物质直燃发电过程及设备
生物质发电技术在中国的发展才刚刚起步，其发展也在一定程度上受制于外国，要在现有的基础上提高生物质发电的能力，就要从生物质直燃发电的过程和相应设备的选择上进行分析，从而优化设计，提高直燃发电的效率[3]。
1.1生物质直燃发电过程
生物质直燃发电技术是直接将秸秆等生物质原料以一定的形式放入锅炉中，在锅炉中进行燃烧，将其燃烧所产生的高温，高压蒸汽推动蒸汽轮机做功，最后带动发电机的运转，实现生物能到电能的转化[4]。
1.2直燃发电技术设备
生物质直燃发电设备的合理选择对于利用率的提高也是具有非常重要意义，还具有一定的经济效益。为了充分利用国家鼓励生物质发电的政策，充分利用资源，提高能源综合利用率，因此，提高生物质发电项目的主蒸汽参数，从而提高发电量和发电效益，就成为了生物质发电项目的必然选择。
目前，国内已经有与130t/h和75t/h高温高压秸秆锅炉配套的汽轮发电机产品，汽轮机进汽量最大限度地与锅炉蒸发量匹配，满足生物质发电项目多发电的要求，并且汽轮机制造技术十分成熟[5]，汽轮机单机容量的选择不是影响装机方案选择的主要因素，影响装机方案选择的主要因素是锅炉容量的选择。在选择设备时要根据当地的热负荷计算来具体的选择，要满足一定的热平衡。
2直燃发电系统的优化
生物质直燃发电技术系统主要是由燃烧系统，热力系统构成。其中燃烧系统包含给料系统，烟风系统，点火油及助燃油系统，空压机系统；热力系统主要是包含主蒸汽系统，除氧给水系统，生水系统，工业水系统，凝结水系统，压缩空气系统，供热系统。要提高生物质直燃发电的效益，增加利用率就要从各个部分进行分析控制，根据能量守恒的原理，严格控制各部分能量的损失，就可以提高相应的利用率，将直燃发电技术发挥到极致。
2.1燃烧系统优化
在燃烧过程中通过改变燃烧接触面积和燃烧的条件可以优化燃烧的程度，提高燃烧效率，从而优化设计。
2.1.1给料系统优化
由于生物质原料各有不同，不同的原料燃烧的条件也不一样，所以之前一定要将原料进行分类。再由打包机打成1.5×1.3×1.2原料包由汽车运到电厂，存放于位于炉前的秸秆存储库中。原料包从原料存储库通过链式输送带传递到立式螺杆机上（标高约11.80米），通过螺杆的旋转给料机将扯碎后的秸秆送入炉膛燃烧。扯碎燃烧增加了与氧气的接触面积，从而增加了燃烧的效率。
2.1.2烟风系统优化
良好的通风系统可以增加氧气的浓度，从而提高燃烧率，优化采用平衡通风系统。由一台100%容量的送风机和空预器组成。为防止烟气腐蚀性，烟气将不通过空预器。空气的预热由给水加热实现预热后的空气通过炉膛下部（炉排上部）进入炉膛。锅炉燃烧需要空气量的另一部分通过振动炉排进入锅炉。经炉膛燃烧后产生的高温烟气和飞灰，流过过热器和省煤器，由引风机将烟气吸入布袋除尘器净化，最后经烟囱排向大气。
2.2热力系统优化
在热力系统中主要是做到降低能耗就能有效的提高利用效率，其主要体现在主蒸汽系统。主蒸汽管道将采用切换母管制，设一条单母管，锅炉蒸汽至汽机或母管可切换运行，并为预留锅炉预留接口条件。根据具体的情况开切换切口，提高效益。
3结语
生物质发电技术中，直燃发电技术较为成熟，并且有规模大，效益高的特点，但是小型直燃发电效率就相对比较低，前期的投资也相对较大，为了提高经济效益和研究发展中国的生物质能源的开发，研究分析生物质发电原理和过程是非常必要的，然而，对于直燃发电的分析研究是最为直观有效的。通过对直燃发电过程的分析和对设备原理分析，对其进行合理的设计和相应的技术改造，从而优化直燃发电技术，提高直燃发电的利用效率，这对绿色能源的运用和发展有着重要的作用。
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生物质能源分析篇7
关键词：常压电离源；纸喷雾电离；质谱；评述
1引言
随着现代科技的高速发展，当前分析技术已取得了长足进步，各种分析仪器和分析方法在目标样品分析的适用性和灵敏度方面都得到了全面提升，并已在生命科学、环境科学、药物科学、食品科学等领域发挥着巨大作用。尽管如此，各种学科的发展给分析化学提出了更高要求，特别是复杂样品的分析。现今已发展起来多种分析技术用于复杂样品的分析，如气相色谱质谱法[1]、液相色谱质谱法[2]、液相色谱紫外检测法[3]、毛细管电泳法[4]等，这些技术的建立极大地促进了分析化学的发展。在这些分析方法中，色谱质谱技术是当前分析复杂样品最权威和可靠的方法，但是采用这种技术对复杂样品进行分析时，需采用繁琐的步骤对样品进行前处理，不能在较短的时间内对复杂样品中目标分析物进行快速分析。为此，发展简便、高效、无需样品预处理的技术用于复杂基体中目标化合物的分析检测显得尤为重要。
常压电离源（ambientionizationsource，aiS）是一类有别于真空电离源（如电子轰击电离源）、在常温常压下可对复杂样品直接进行电离分析的技术[5]。该技术具有在样品分析前无需预处理、分析速度快、成本低、操作简单等特点，分析的对象包括固体、液体和气体样品等。1989年美国耶鲁大学Fenn教授提出了常压电离源电喷雾电离技术（electrosprayionization，eSi）[6]，该技术的提出对于解决液相色谱质谱接口问题起到了关键作用，同时也为生物大分子样品的质谱分析开辟了新的途径。尽管如此，采用eSi技术只能分析经过处理后基质干扰较小的样品，而对复杂样品（如血样等）中目标化合物的直接分析却显的性能较差。基于该电离技术，2004年美国普渡大学Cooks教授提出解吸电喷雾电离源（Desorptionelectrosprayionization，DeSi）技术[7]，此后常压电离源得到了迅速发展和广泛的应用，现今已发展起来的常压电离源主要有实时直接分析电离源（Directanalysisinrealtime，DaRt）[8]、低温等离子体（Lowtemperatureplasma，Ltp）[9]或介质阻挡放电电离源（Dielectricbarrierdischargeionization，DBDi）[10]、萃取电喷雾电离源（extractiveelectrosprayionization，eeSi）[11]等，monge等最近对不同类型的常压电离源进行了详细论述[12]。
纸喷雾电离技术（papersprayionization）是2010年发展起来的一种新型常压电离源[13～16]。该技术首先是将固体或液体样品加载在纤维素和半纤维组成的纸基质表面，然后采用高压电驱动的形式使溶剂将复杂样品中的化合物溶解、迁移和电离，进而在纸的尖端发生电喷雾，最终通过质谱进行实时在线检测。由于该电离技术具有快速、低廉、高效等特点，已被用于血样、尿样、食品、生物组织样品、藻类等样品中化合物的分析检测，同时也在化学反应过程的研究中起到了重要作用。类似于纸喷雾电离源的电离机理，现今也发展起来一些其它类型的常压电离源，如叶子喷雾[17]、牙签喷雾[18，19]、多孔聚合物针尖喷雾[20]、金属针尖喷雾[21]和不同材料的纤维喷雾[22～24]等。本文对纸喷雾电离技术的基本工作原理、影响因素、分析性能及应用等进行综述。
2基本原理
纸喷雾电离源是以纸为基质和载体，将样品加载在一个底宽为5mm，长为10mm三角形纸的中心，如图1所示。当对样品分析时，加入约30μL溶剂，一般为甲醇/水的混合物；然后施加3.5kV的直流电压，电压的大小可根据溶剂的不同进行调变。在电驱动作用下，溶剂便会向纸的尖端迁移。
如上所述，纸喷雾的性能主要取决于样品化合物在纸表面的迁移效率和在纸尖端的电喷雾性能。因此，采用纸喷雾对目标化合物进行分析时，为得到较高的灵敏度，必须使洗脱溶剂最大程度地溶解复杂基质中的目标化合物，并迁移到纸的尖端，然后发生稳定的电喷雾行为。以下分别讨论影响纸喷雾过程的主要因素。
3.1纸基质的影响
纸的主要成分是纤维素和半纤维素，其表面含有大量的羟基，在化合物的分离过程中可根据化合物的极性不同将混合样品在其表面得以分离。纸是一类重要的色谱分离基质，已广泛地用于不同化合物的分离分析。在纸喷雾溶剂的迁移过程中，复杂基质中化合物可根据极性的不同得以分离，在不同的喷雾时间可得到不同的质谱信息。Ren等[26]采用甲醇作为洗脱溶剂，研究了甲基紫2B和甲基蓝在Grade1色谱纸上的洗脱行为。发现相对于甲基紫2B，由于纸基质与甲基蓝之间较强的作用力，在纸喷雾起始阶段质谱图中只能观察到明显甲基紫2B的特征峰；随着喷雾时间的延长，甲基蓝的质谱峰逐渐增强，而甲基紫2B的信号随之降低。以上结果说明了纸喷雾不仅具有电喷雾的特性，同时也兼具色谱的分离特性，可根据化合物极性不同在纸的表面将其进行分离。
目标化合物在纸表面的迁移过程中，其迁移效率在一定程度上取决于纸表面的物理结构和化学性质。Liu等[16]研究了3μm，4～7μm，8μm，11μm孔尺寸结构的滤纸、玻璃纤维纸和0.18mm厚度的色谱纸对200μg/L可卡因的分析性能，发现0.18mm厚度的色谱纸分析性能最佳，所得可卡因特征峰的绝对峰强度比其它类型纸的信号高出两个数量级，玻璃纤维纸的性能最差。Zhang等[14]系统考察了3种类型色谱纸（硅胶涂覆纸、Grade4和Gradeet31）对含有戊酸丙胺药物的标准样品和血样分析性能，发现当采用硅胶涂覆色谱纸时，第一次洗脱效率比其它两种类型色谱纸高1～2个数量级，约有70%的戊酸丙胺药物可从纸表面有效洗脱下来。该现象被认为是由于硅胶涂覆纸表面含有大量的细小硅胶颗粒，这些颗粒可有效阻止分析样品的扩散，使其吸附在纸的表面；在洗脱过程中，溶剂可快速溶解纸表面的样品并迁移到纸的尖端发生电喷雾。同时，他们也研究了这3种类型色谱纸在分析血样中药物化合物的灵敏度，发现相对于Grade4和Gradeet31色谱纸，采用硅胶涂覆纸可将检出限降低两个数量级。以上结果表明，纸基质的选择在纸喷雾过程中起到了关键作用。
3.2纸尖端角度的影响
在纸喷雾过程中，纸尖端是保证纸喷雾发生的前提。Yang等[27]研究了不同角度纸尖端的电喷雾行为，发现当把纸尖端剪切成圆弧状时，无法观察到纸喷雾现象；相反，具有一定角度的纸尖端可明显观测到纸喷雾现象（图2a）。为了系统了解不同角度纸尖端对纸喷雾性能的影响，他们比较了不同纸尖端角度的电喷雾性能（图2b和2c），发现随着角度的增加，起始喷雾电压随之升高，即当角度为30°和60°时，起始喷雾电压为3kV；当角度为90°和120°时，起始喷雾电压为4kV；当喷雾电压超过6kV时，会发生严重的电晕放电，所以150°无法观察到电喷雾现象。通过对纸尖端喷雾电流的考察，发现在相同的电压下，喷雾电流随着纸尖端角度的增大而降低。他们也研究了目标化合物的信号强度与角度、施加电压之间的关系，结果表明，随着角度的增加，最佳喷雾电压和目标化合物的信号随之增大，即当角度分别为30°，60°和90°时，最佳喷雾电压分别为4.0，4.5和5.0kV。
Lin研究组[28，29]为了克服纸喷雾过程溶剂挥发的现象，提出了一种笔尖辅助（nibassisted）纸喷雾的电离装置，将一个底宽为3mm，长为5mm的三角形纸放在一个铜笔尖上，然后通过一个液体注射器将洗脱溶液连续加到纸基质上进行喷雾。他们系统考察了不同纸尖端角度（5°，10°，15°，20°，30°）对纸喷雾过程目标化合物离子信号强度的影响，发现随着角度的增加，信号强度呈现出先增加后降低的趋势，当角度为15°时所得信号强度最佳。Lin研究组[28，29]采用的笔尖辅助纸喷雾与Yang等[27]所得最佳喷雾角度有着较大差异。这种差异可能是由于当采用笔尖辅助纸喷雾时，金属笔尖的电场会很大程度上会改变纸喷雾尖端的电场，进而影响到纸尖端角度与目标化合物信号强度之间的关系。
3.3溶剂的影响
纸喷雾过程中洗脱溶剂不仅决定了目标化合物从纸表面的洗脱效率，同时也决定了在纸尖端的电喷雾性能。Zhang等[14]研究了不同溶剂体系下，硅胶涂覆纸基质对血样中戊酸丙胺药物的分析性能，发现相比于水、正己烷、二氯甲烷、甲醇、乙醇和丁醇等溶剂，异丙醇对戊酸丙胺药物具有较好的分析效果。通常在纸喷雾分析过程中，溶剂的极性和挥发性对分析性能也具有很大的影响。为了提高分析灵敏度，常在极性溶剂中加入弱极性或非极性的溶剂来促进喷雾过程中带电离子的去溶剂化效果。Zhang等发现，在甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇体系中加入低沸点的二氯甲烷可有效降低干血样中药物化合物分析的检出限，当二氯甲烷的含量为90%时所得信号最佳。在几种考察的醇类溶剂中，异丙醇体系表现出较好的分析性能。但是将90%二氯甲烷/异丙醇作为溶剂用于常用色谱纸基质时，相比于90%甲醇/水溶剂，其纸喷雾性能降低了至少一个数量级[14]。
分析样品种类的不同，纸喷雾溶剂也不同。Ren等[26]采用硅胶涂覆的色谱纸作为纸喷雾基质，研究了甲醇和甲醇丙酮（50∶50，V/V）作为溶剂对血样中脂类化合物的洗脱行为，发现相对于新鲜血样的质谱图，采用甲醇对干血样进行分析时，可观察到血红蛋白的质谱信息，而脂类化合物的质谱峰信号较弱；然而当利用甲醇/丙酮（50∶50，V/V）作为洗脱溶剂时，脂类化合物的特征质谱峰明显增强，作者认为该现象一方面是由于加入的丙酮对脂类化合物具有较好的洗脱效率，另一方面是由于血样中的蛋白不溶于丙酮，形成沉淀，在纸喷雾过程的洗脱效率降低，进而减小了对脂类化合物质谱分析的干扰[21]。
溶剂体系对不同纸喷雾基质的性能也有很大的影响。wang等[30]采用Grade1色谱纸作为纸喷雾基质，考察了不同溶剂对生物组织样品中伊马替尼药物、荷尔蒙肾上腺素、磷脂38∶4GpCho分析性能的影响。通过对二甲基甲酰胺、丙酮、乙腈、氯仿/甲醇混合液、甲醇/水混合液的研究，发现只有甲醇/水溶剂在分析时可得到稳定而较强的信号，其它溶剂由于对分析化合物具有较低的溶解度或较差的喷雾效果，所得质谱信号均较弱。同时他们研究了不同配比甲醇/水溶剂体系对分析这3类化合物的影响，发现随着甲醇含量的增加，伊马替尼药物的质谱信号随之增强，但是荷尔蒙肾上腺素、磷脂38∶4GpCho的质谱信号强度随着甲醇含量的变化呈现出相反变化趋势。具体而言，荷尔蒙肾上腺素的信号随着甲醇含量的增加呈现出先增加后降低的趋势，70%甲醇/水溶剂体系信号最佳；相反，磷脂38∶4GpCho的信号随甲醇含量的增加呈现出先降低后增加的趋势，约60%甲醇/水体系信号最低。通过对以上标准样品和生物组织中样品的分析比较，观察到甲醇/水体系对这3种化合物标准样品的影响也有着较大差异，说明了样品基质效应对纸喷雾过程中溶剂的选择有着重要的影响。
以上研究表明，在实际样品分析过程中，可根据不同样品分析的要求，选择不同的溶剂体系，达到目标化合物的最佳分析效果。
3.4其它因素的影响
纸喷雾的分析性能决定于纸基质、纸尖端角度和溶剂，同时也受到其它因素的影响，如样品加载量、纸尖端与质谱进样口之间的距离、内标化合物的加入方式等。wang等[30]考察了不同加样量对纸喷雾过程中伊马替尼药物分析的影响，发现加样量从0.5μL增加到5.0μL时，该药物化合物的信号强度有着较大的差异；当加样量为1.5μL时，所得质谱信号最佳。Yang等[27]考察了纸喷雾样品加载量与纸尺寸之间的关系，发现对于面积比为1∶2.5∶5的三角形纸基质，洗脱溶剂加入量为10，25和50μL甲醇水（1∶1，V/V）溶剂体系（溶剂加入量与纸的面积成正比），目标化合物的信号强度随着样品加载量的增加而增强。对于较小体积（如1.25μL）的样品加载量，由于大尺寸纸基质所用溶剂量对样品的稀释作用，样品的信号随着纸尺寸的增加而降低；对于较大体积（如2.50μL）的样品加载量，结果恰好相反；而对于相同样品溶剂比的分析体系，大面积的纸基质所得纸喷雾信号较好。Liu等[16]考察了纸喷雾尖端与质谱进样口之间的距离对质谱分析信号的影响，发现当纸喷雾尖端位于质谱进样口前5mm×10mm（xy）的范围内，可得到稳定的喷雾信号，该位置与Jhang等[28]所得结论6mm×4mm（xy）基本一致。manicke等[31]研究了4种不同加入内标化合物的方式对纸喷雾分析性能的影响，发现将内标化合物与样品溶液混合后再加到纸的表面所得相对标准偏差较低（3%）、样品与内标化合物的信号比例最佳（1.05）；当采用加样之前将内标化合物加载在纸基质上或采用当血样干后将内标化合物加到干血样的表面所得分析性能基本相同，但略差于将内标化合物与样品溶液混合后加在纸表面的方式；当采用将内标化合物加入洗脱溶剂中进行洗脱，所得相对标准偏差（16%）和样品与内标化合物的信号比例（0.26）都不理想。以上讨论说明采用纸喷雾对不同样品分析中，应根据具体情况优化分析体系，进而达到理想的分析效果。
4分析性能
4.1分析准确度、精密度和检出限
准确度、精密度和检出限是评价一种分析方法的3个重要参数。manicke等[32]详细考察了纸喷雾过程中以上参数的变化情况。通过对血样中药物化合物准确度和精密度的分析，发现纸喷雾在单个样品的重复分析过程中，质谱总体离子流的最大偏差在10%～20%之间波动。当样品中加入内标化合物，目标分析化合物与内标物质的信号比值随着分析化合物浓度的增加呈线性变化，其相关系数大于0.99；且该比值具有非常好的重现性，相对标准偏差小于5%，测量浓度在真实浓度2%的范围内变化。在纸喷雾过程中，目标化合物的检出限受到该类化合物的酸碱度、溶解度等参数的影响，其值介于100pg/mL（如氯胍和苄乙铵药物）和100μg/L（如醋氨酚和布洛芬）之间。对于常见的弱碱和疏水性药物化合物（如舒尼替尼、阿密曲替林、戊脉安、西酞普兰和右啡烷），其检出限介于0.25～0.75μg/L之间。以上结果说明了纸喷雾在特定化合物的分析中表现出了潜在的应用价值。
4.2与其它方法的比较
尽管纸喷雾电离源仍处在初步发展阶段，但一些研究报道表明，相比于其它电离方法，纸喷雾技术表现出了独特的优势。Jhang等[28]通过对4氯苯异丙胺和4氟苯异丙胺药物化合物的分析，发现纸喷雾电离技术相比于大气压基质辅助激光解吸电离（atmosphericpressurematrixassistedlaserdesorptionionization，apmaLDi）和电喷雾辅助激光解吸电离（electrosprayassistedlaserdesorptionionization，eLDi）具有较好的分析性能。纸喷雾的检出限可达到0.1ppm，而maLDi的值为7～8ppm，eLDi的值为3～4ppm。同时他们认为纸喷雾技术比apmaLDi和eLDi具有很多优点。例如当采用apmaLDi技术时，必须在基质上找到合适的样品点才能进行激光电离分析，该过程不仅耗时，同时也很难控制。尽管eLDi技术无需引入基质，但这种方法需要利用脉冲氮激光对样品进行解吸，随后解吸样品与电喷雾簇经过相互作用才可进行电离。该过程可能会很剧烈，为此需要具有一定实验技能的人员操作。同时该研究组通过对毛细管电泳电喷雾电离源质谱和纸喷雾电离源质谱的比较，得出前者是一种非常有效简化质谱图信息的方法，而后者在样品的快速分析方面起到了关键作用[28，29]。以上研究表明了纸喷雾电离技术是一种高灵敏度、可用于复杂样品中目标化合物分析的重要方法。
5纸喷雾电离技术的应用
5.1药物化合物分析
药物化合物可以暂时或永久改变或查明机体的生理功能及病理状态，具有医疗、诊断、预防疾病和保健的功效。当含量较低时，药物无法起到应有的功效；相反当含量较高，它将会对人或动物的身心健康造成严重危害。为此要评价一种药物是否在诊断性范围之内，需建立检测范围宽、精准、稳定的分析方法。如上所述，纸喷雾电离技术在特定药物化合物的分析检测方面已表现出良好的检测线性范围、较好的精确度和准确度，以及稳定的分析性能，现已用于多种药物化合物的快速检测分析[33]。manicke等[31]考察了药物化合物与血样中蛋白之间相互作用对纸喷雾分析性能的影响，认为二者之间相互作用对纸喷雾过程药物的分析影响较小。他们还研究了4种内标化合物加入方式对血样中药物化合物分析性能的区别，发现直接将血样和内标混合分析的相对标准偏差最小、准确度较高。在此基础上，该研究小组系统评价了血样中不同药物化合物的分析准确度、精密度、选择性、检出限和线性范围等[32]。espy等[34]研究了纸表面抗凝剂明矾对新鲜血液中药物化合物分析的影响，所研究8种肿瘤药物的检出限可达0.5～17μg/L，日内准确度为102%～118%，不确定度为9%～13%。Su等[35]也将纸喷雾电离技术用于血样中多种非法药物化合物（如海洛因、可卡因、吗啡等）的检测。Zhang等[14]将纸喷雾电离源与微型化质谱仪mini11联用，成功分析了血样中多种药物化合物，其定量限为10～20μg/L。尽管纸喷雾技术在药物化合物分析方面已起到了一定的作用，但是仍然存在着一些问题。例如，在血样中药物化合物分析过程中，血样中存在的易断裂代谢物或潜在药物（如酰基葡萄糖醛酸、n氧化物代谢物和醚类化合物）在质谱分析中容易转变为要分析的药物化合物，这就给目标药物的定量分析造成了严重干扰。为了解决这一问题，manicke等[32]建议可选择性地将这些代谢物转化为稳定的形式，或采用离子迁移谱将代谢药物化合物有效分离，以减小对该类物质分析的干扰。
5.2食品中有毒有害化合物的快速分析
食品安全是当前面临的一个严重问题，为此急需建立简单、快速、准确、低廉的分析方法用于食品中有毒有害化合物的检测。纸喷雾电离技术由于具有如上特点，已被用于多种食品中有毒有害化合物的快速分析。Zhang等[36]采用纸喷雾电离技术分析了多种食品（如牛奶、肉类、饮料、辣椒面等）中的三聚氰胺、瘦肉精、塑化剂、苏丹红等化合物，其检出限为1.0～200μg/L，相对偏差为3%～12%，该方法的建立为食品中有毒有害化合物快速分析评价提供新途径。随之许多研究小组采用纸喷雾技术分析了食品中的各种有毒有害物质。例如，taverna等[37]利用纸喷雾技术分析了辣椒面中的苏丹含氮染料（包括苏丹Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ等）；Li等[38]利用纸喷雾技术分析了焦糖和饮料中的4甲基咪唑化合物；mazzotti等[39]通过原位甲氧胺衍生化法分析了4种橄榄油中的非类固醇抗炎药物。尽管如此，纸喷雾电离技术在一些有毒有害化合物的分析中存在着严峻的挑战，特别是一些难电离化合物（如塑化剂）检测，急需在纸喷雾电离源的基础上发展其它技术来解决该难题。
5.3生物样品分析
生物样品的分析是指对动物或临床样品中的药物、代谢产物、生物标志性化合物进行分析，它对研究生物体内药物代谢及生物体的性能具有重要意义。作为一种简单而快速的分析检测方法，纸喷雾技术已用于一些生物样品中目标化合物的检测。Liu等[16]采用纸喷雾电离源分析了氨基酸、肽、蛋白、脂肪酸等化合物；wang等[30]采用该技术分析了生物组织样品及其中的磷脂化合物；Ren等[26]采用纸喷雾技术分析了新鲜血样和干血样中的亚铁血红素、血红蛋白等化合物；Li等[40]将非极性溶剂正己烷作为纸喷雾电离源的洗脱溶剂，分析了肽类化合物、核苷酸、磷脂等；Yang等[41]采用纸喷雾电离源系统分析了血清和全血中的不同酰肉碱类化合物；naccarato等[42]将纸喷雾技术用于尿样中肉碱和酰肉碱化合物的定量分析；oradu等[43]利用纸喷雾方法分析了绿藻中的极性脂类化合物（如pC、mGDG、pG和SQDG）；Quinn等[44]将纸喷雾技术与离子回旋共振质谱仪相联用分析了尿样和小牛肺表面活性剂萃取物；Deng等[45]将纸喷雾电离源用于Bansha草本茶指纹谱图的研究。以上研究表明，纸喷雾电离技术在生物样品的分析中发挥着重要作用。
6结束语
生物质能源分析篇8
关键词:水土保持非点源污染水文法
人民生活水平随着工业和城市的发展越来越提高我国是世界人口第一大国，人均资源占有量极低，经济和科技发展水平比较落后。要实现经济的快速发展，使原本很脆弱的生态环境处在了更大的压力之中，随着可持续发展的需求，我们中国水资源问题更加突出，水资源的匾乏短缺是中国的基本国情。随着我国政府各有关部门和专业人员对水土流失问题及水资源问题的日益关注,有必要对我国近几十年来在水土保持措施对水资源的影响方面的研究进行分析评述。
一、水资源与水环境的演变特征及其对资源与环境的影响
1、演变特征
60年达国家开始关注非点源污染，水土流失严重、生态环境脆弱严重影响经济社会的可持续发展。水体污染有点源污染与非点源污染之分，掌握水土保持对水资源与水环境的影响规律，开展了大规模的水污染整治工作，是保障经济社会可持续发展以及改善该地区生态环境的基础。从世界范围来看，非点源已成为水环境的一大污染源或首要污染源。由于中国大江大河污染严重，非点源污染所占的比例已远远超过点源污染，点源污染的治理任务还相当繁重，主要污染来源导致污染的河长与评价总河长的比值，随着点源污染得到逐步控制。以黄土高原水资源与水环境为例，水资源与水环境演变至今天的主要特点表现为降水变率大，旱涝灾害严重，降雨量偏小，年内分配不均，水土流失严重，泥沙问题突出，水资源的污染包括点源污染和非点源污染。影响黄土高原的水资源与水环境演变的内容包括气候变化和人类活动影响。
2、对资源与环境的影响
水土保持的水环境效应的影响研究：水土保持的水环境效应是指水土保持措施吸收、过滤、迁移和转化土壤与水体中的一些有害物质，防治流域或区域非点源污染，改善地表水和地下水水质的作用。根据污染物的来源和产生原因，非点源污染可以划分为如下类型：①在农业生产中产生的农业型非点源污染;②由于有水土流失而产生的水土流失型非点源污染;③由于农村居民生活产生的农村生活型非点源污染;④随着径流进入水体而产生的城市径流型非点源污染;⑤大气中的污染物质随着降水下落而造成的降水降尘型非点源污染。非点源污染具有随机性大、潜伏性强以及来源复杂、分布广泛、形成机理模糊、发生相对滞后、研究和控制难度大等特点。水土保持生物措施、工程措施及农业措施等三大措施对水环境的影响主要表现为对非点源污染的控制。水土保持的水资源效应的影响研究：水土保持的水资源效应，简称为水土保持的水量效应，是指水土保持措施对流域或区域水资源数量变化的影响。水土保持措施能够有效地减少小流域的径流、产沙模数，消减洪峰流量、降低径流含沙量，滞后洪峰出现时间，改变洪水历时，改变降水产流、产沙关系，从而对流域或区域的水循环和水资源量造成影响。
二、水土流失的治理对策
水土保持措施能够吸收、过滤、迁移和转化土壤与水体中的一些有害物质，定量反映水土保持措施对水环境的影响，防治流域非点源污染，可以确定最有效的水土保持措施，改善地表水和地下水水质，根据各阶段水保措施的治理程度，水土保持措施对n、p以及有机质有很好的拦截作用，通过控制水土流失的侵蚀和搬运过程，能够在一定程度上控制非点源的污染。
1、水文分析措施研究
水文分析措施，是利用水文泥沙观测资料分析水土保持蓄水拦沙作用的一种方法。水文法的基本原理是基于对降雨产流产沙基本规律的分析，建立有一定精度的治理前流域产流产沙模型，然后将治理后的降雨条件代入，还原计算得到相当于治理前的产流产沙量，再与治理后的实测水沙量比较，从而求得水土保持措施对水沙的影响量。“水文法”主要有经验公式法、双累积曲线法、不同系列对比法、单位毫米有效降雨产流产沙量对比分析法和径流系数还原法等五种水文分析方法。水文法的优点是建立的模型比较直观、简单，计算也较方便，在目前水文资料精度的情况下，对于大面积水沙变化计算不失为一种有效方法。水文分析法能够计算水保措施的减水减沙总量，但不能区分各单项措施的减水减沙量。该措施考虑了年内不同时期降雨对径流输沙影响的差异，将汛期和非汛期降雨对产流的影响分开处理，概念明确，应用的降雨资料易于获得，此措施也便于推广。
2、根据流域水土保持措施的实施情况，对水土保持效应可以进行计算
工程上常用方法有：水文分析法、成因分析法和流域对比法。其中水文分析法是利用水文泥沙观测资料分析水土保持蓄水拦沙作用;成因分析法是根据各项水土保持措施，考虑人类活动新增水土流失数量，以及产沙在河道中的输移及沖淤变化来计算水土保持减水减沙效益，这种方法的关键是确定蓄水保土定额和水土保持措施数量的统计;流域对比法水土保持后减水减沙效益的直接计算方法;非点源污染物计算中的非点源污染负荷由溶解态物质和.吸附态物质组成。非点源污染发生的不确定性、影响因素的复杂性对流域非点源模拟、监测与控制产生一定的不利因素。
3、非点源污染物计算措施研究
非点源污染负荷由两部分组成：①溶解态物质，即在降雨径流的过程中污染物溶解在水中并随地表径流汇入水体;②吸附态物质，即侵蚀土壤吸附的固态污染物，它与侵蚀土壤一起被输送到水体中。非点源污染大多是在土壤侵蚀运移基础上产生的，它的主要过程是以侵蚀过程为基础。流域下游水环境污染主要就是由于降雨产沙过程中所携带出的污染物造成的。通过流域地表径流和地下水水质分析是研究水土保持水环境效应最直接和最有说服力的工作。但是非点源污染发生的不确定性、影响因素的复杂性及监测研究方法的局限性给流域非点源模拟、监测与控制造成一定的困难;而分布式水文模型又对基础数据的要求十分严格，稍有缺失或误差将会影响模拟结果，因在成因分析法计算泥沙输移流失量的基础上采用吸附态非点源污染负荷模型水土保持措施对氮、磷、有机质的影响进行定量计算。
生物质能源分析篇9
关键词：物质流分析；可持续发展；经济增长方式
中图分类号：F011文献标识码：a文章编号：1006-3544（2013）03-0069-03
如何有效利用自然资源和保护人类生存环境是全球面临的重大课题，关系到我国可持续发展战略的成败。本文基于物质流分析方法构建了辽宁省2001～2010年物质流账户，计算了近10年来辽宁省物质输入、物质输出、物质消费及平衡效率等，描述辽宁省在经济快速发展的期间经济系统内物质流动的组成要素和变化特征，进而对辽宁省近年来推行经济可持续发展的成果进行了评估。
一、物质流分析方法
物质流分析（materialflowanalysis，mFa）是指在一定时空范围内关于某个特定系统的物质流动和物质储存的系统性分析或评价。物质流分析方法测度的是两个方面：物质流量和物质存量。其中，流量包括流入到经济系统的和由经济系统输出的物质流量，存量指的是留在经济系统内部的净量。物质流分析方法可以客观反映某个社会经济系统代谢的总体情况。通过物质流分析既能体现出经济活动创造价值的大小及增长幅度，又能反映出经济生活、生产活动对环境造成的破坏与压力，是一种度量区域发展可持续性的实用研究方法。
全球范围内研究物质流分析方法最权威的机构是欧盟，其推广的指标体系被采纳的频率也最高。我国学者毕军、黄和平（2009）等通过研究，综合了各类文献，针对我国经济发展的现实情况，提出了比较全面的物质流指标体系及计算公式，如表1所示。
二、指标选取与数据来源
表1将物质流分析指标共分为六大类，包含了表示物质输入、输出和储存的17个指标。本文根据辽宁省的实际情况和资料收集的具体约束条件，在尽可能不影响结果的前提下，选择了其中的13个指标，包括：直接物质投入（Dmi）、物质总投入（tmi）、区域内物质总需求（DtmR）、物质需求总量（tmR）、区域内加工产出（Dpo）、区域内物质输出（Dmo）、区域内总输出（tDo）、物质总输出（tmo）、物质库存净增量（naS）、区域内物质消费量（DmC）、物质消耗强度（mCi）、物质生产力（mp）、环境效率（eee）等。相关数据说明如下：
1.化石燃料。辽宁省化石燃料主要由原煤、原油和天然气构成，统计数据均来自于《辽宁省统计年鉴》（2001～2011）。
2.矿物质。在现有的辽宁省统计资料里没有确切的铁矿石、盐矿和石灰石（生产水泥用的）的开采量数据，所以笔者采取了替代方式，其中，生产水泥用的石灰石用水泥产量替代，铁矿和盐矿用生铁和原盐产量代替。统计数据来自《辽宁省统计年鉴》（2001～2011）。
3.生物质。生物质分为农业类、林业类、渔业类、狩猎类和其他生物物质。农业类生物质包括收获统计上报的农业类生物质和饲养农用牲畜的生物质，统计数据来自《辽宁省统计年鉴》（2001～2011）。本文中林业类生物质核算的是活立木蓄积量，数据来自中经数据库。渔业类生物质包括海洋捕获鱼和淡水捕获鱼，以农产品为饲料的水产品不计入核算，统计数据来自中经数据库。其他生物物质核算的是蜂蜜产量。
4.空气输入。作为物质流分析核算体系的平衡项目，空气的输入在物质流分析中不可或缺，但是空气输入的项目比较复杂，它包括工业生产的燃烧耗氧、人类和生物生活的呼吸耗氧等，自然环境中的植物光合作用由于不直接参与人类经济活动中，所以不计入物质流核算体系，同理，生物和土壤呼吸所需的o2量和排放的Co2量也不计入。工业生产耗氧及人类生物生活呼吸耗氧这部分数据没有直接统计资料，都需要通过换算得出。
5.水。对于水的输入部分，本文选取了直接进入经济系统且与人类生产生活密切相关的自来水输入作为研究对象。统计资料来源于《辽宁省统计年鉴》（2001～2011）的“城市自来水年供水量”。
6.“三废”及耗散性物质。“三废”是指人类经济生产生活活动中产生的废气、废水和固体废物。废气主要包括工业So2排放量、烟尘排放量和粉尘排放量。废水包括工业废水和生活污水，统计数据来自中经数据库。固体废物包括工业废物和生活废物，统计数据来自中经数据库，其中生活废物选取城市生活垃圾清运量。耗散性物质主要考虑化肥、农药的流失，本文采用化肥施用量、农药施用量和农用塑料薄膜使用量，统计数据来自《中国农村统计年鉴》（2001～2011）。
7.进出口。进出口数据的确定是区域层面物质流分析的难点，主要是物质进出口数据范围的界定。本文指的进出口划分的界限是被研究的区域，即进入和输出某一区域的物质。这部分数据同样分为化石燃料、矿物质和生物物质。化石燃料进出口数据来自《中国能源统计年鉴》（2001～2011），矿物质和生物物质进出口数据来自《辽宁省统计年鉴》（2001～2011）。
8.隐藏流。隐藏流也称生态包袱，是指人类为获得有用物质或产品而动用的没有直接进入交易和生产制做过程的物料，如采矿产生的矿渣。隐藏流的核算在物质流分析核算体系中占有重要位置，包括有关化石燃料、矿物质、生物物质的隐藏流、有关基础设施建设导致表土移动的隐藏流和有关进出口产品的隐藏流。
9.缺失数据。对于少量的缺失数据，本文采用数学差值的办法弥补。
三、辽宁省物质流分析
经过大量的数据采集和分析，得出辽宁省2001～2010年物质流账户体系，见表2。
从表2可得出如下结论：
1.在物质输入方面，2001～2010年间辽宁省直接物质输入、区域内物质总需求、物质总输入等指标呈上升趋势，经济发展依赖于物质投入，经济发展模式仍为粗放式。但值得一提的是，辽宁省区域内物质总需求的增长速度低于GDp的增长速度，说明经济可持续发展有较好势头。
2.2001～2010年间辽宁省区域内加工产出在波动中上升，但增速远远小于GDp的增长速度，说明尽管辽宁省近年来经济增长仍依靠大量的物质投入，但是由于物质投入的增速与经济增长的增速并不一致且小于经济增长的速度，可见经济增长对环境造成的压力增速也小于经济增速，证明经济增长与环境压力实现了暂时性的“脱钩”，辽宁省近年来可持续发展颇有成效。生活垃圾占区域内加工产出很大部分，通过结果可以看出近5年来辽宁省对生活垃圾的治理效果日益明显，但由于人口数量的增加，生活垃圾的破坏力不容小觑。
3.辽宁省出口物质尽管不多，但多以能源物质为主，出口物质的隐藏流将留在区域内，这样长此以往势必会使得资源枯竭。因此，需在能源物质开采的基础上，进一步延伸产业链，提高能源利用率。
4.用水总量趋于稳定，但这对于缺乏水资源的辽宁省来说远远不够。水是实现持续发展的首要限制因素，因此，节约用水、调整产业结构、发展高新产业十分重要。辽宁省工业废水排放量有所减少，对工业用水及污水处理的监管比较有效，生活污水排放量逐年增加，应大力倡导居民节水意识。
5.辽宁省区域内物质消费量先增加后减少，与GDp的变化趋势不一致，说明辽宁省在经济发展的同时稳步地进行物质减量化的进程。2001～2010年，辽宁省的物质生产力稳步提升，说明近年来辽宁省资源利用率有所提高，进而减少了对自然资源的消耗强度，降低了对环境的压力。环境效率年均增长率16.1%，说明了在经济发展的同时，辽宁省的环境污染治理有所成效，每一单位污染物带来的价值不断增加，经济增长对环境造成的压力有所减轻。
参考文献：
[1]陈效逑，乔立佳.中国经济—环境系统的物质流分析[J].自然资源学报，2000（1）：17-23.
生物质能源分析篇10
从能源结构上分析，芷江县主要以煤炭为主，占75．3％。其次是电力，占18．08％，生物质燃料占6．6％，油类仅占0．02％数量不多［1］（表1）。
2行业能源消耗分析研究
由表2可知，行业分析中，化工行业原煤消耗量为55558t，占全县原煤总量的54％，占了全县16个行业的50％，电力消耗量为6545．22万kw•h，占全县电力量的46％，化工行业综合能源消耗总量为47729．2t，占全县综合总量的49％，化工行业是芷江县的原煤、电力能源消耗大户。非金属矿物制品业的原煤消耗量为42072．45t，占全县煤量的41％，非金属行业也是耗煤大户，具体企业分析，主要是以建材行业水泥厂和砖瓦行业为主。用电量为2115．87万kw•h，占全县总用电量的15％。生物质燃料仅10t，比重不大。非金属行业的综合能耗为32662．75t，占全县综合能耗的34％。造纸行业原煤消耗量为3270t，占全县耗煤量的3％，生物质能源为5577t，占全县生物质能源的87％，电力为654万kw•h，比例少，综合能源为8715．99t，占全县总综合能源的9％，比例不高。因此，芷江县能耗最大的行业是化工行业，其次是非金属行业，第三是造纸行业。这3个行业原煤所占比例占全县98％，电力占65％，生物质能耗占87％以上，3个行业的综合能耗占全县的92％以上。行业能源消耗柱状图分析如图1。
3主要企业能源情况分析
从表3分析，能源消耗大的企业有化工行业的芷江化肥公司，非金属行业的芷江宏宇水泥有限公司，黑色冶炼加工行业的芷江春阳滩冶炼厂等，芷江化肥公司的综合能耗最大为43135．58t标煤，占全县的44．3％，其次是芷江宇宏水泥公司为20819．15t标煤，占全县21．38％，第三的是芷江新型建材厂，总能耗为5558．51t标煤，占全县5．71％，从统计的7个主要企业来看，总能耗为83354．01t标煤，占了全县85．61％以上。从能源结构上分析，芷江化肥工业有限公司的原煤消耗量为54900t，占全县用煤量的53．57％，过半数。其次是芷江宏宇水泥公司为26660t，占全县用煤量的26．02％，第三是芷江新型建材厂，用煤量为7300t，占全县用煤量的7．12％，统计的7个企业耗煤90470t，占全县用煤量的88．78％。电力方面，用电量最大的是芷江春阳滩冶炼厂为3930万kw•h，其次是芷江兴洋化工厂为3200万kw•h，第三是芷江化肥公司为3190万kw•h，分别占全县用电总量的27．45％、22．35％和22．28％。统计的7个企业用电量总计12449万kw•h，占全县用电量的86．97％。生物质燃料分析，仅有芷江造纸厂用量大，为2059t，占全县用量的31．92％，其次是芷江永泰纸厂，为1373t，占全县生物质用量21．28％，两家企业占全县的53．20％，为一半以上。具体见主要企业能源消耗统计表3。从综合能源消耗的行业来分析，芷江县单位产值综合能耗为2．0194t／万元，化工行业为4．3847t／万元，产值综合能耗最高，主要是化工行业用电量大，耗煤量大的原因。万元产值量比较低的其他八个行业，平均值仅为0．2262t／万元，低于全县能耗单位值为90个百分点。从统计表4中可分析出，芷江县单位能耗最大的行业，主要是化工行业、非金属行业、造纸行业和黑色金属冶炼再加工业这四个行业。
4措施与建议
4．1调整产业结构，控制高耗能行业的发展
芷江县第三产业具有广纳就业人员、消耗资源少的优点，要大力发展、提高第三产业，特别是服务业在县国民经济中的比重。严格控制高耗能工业行业的发展，如工业硅、电解锰和其他用电量较大的工业。对非金属矿物制品业和造纸及纸制品业等企业的生产，要努力降低能耗，重点是芷江化肥有限公司；在实施项目带动战略中，应当从“招商引资”向“招商选资”转变，改变以往对所有产业、项目都扶持的“普惠制“优惠政策，应重点扶持机械、轻工、农副产品加工、新型建材等低耗能项目，通过政策引导优化工业投资结构。
4．2调整和优化能源结构，提高优质能源和替代能源的比例
在制定能源发展规划时，应突出强调能源结构优化的目标，降低煤炭消费，要有计划、分步骤地开发利用生物质能、太阳能。化石能源枯竭和环境日益恶化已经成为制约全球经济和社会发展的瓶颈，作为唯一可储存与运输的再生能源———生物质能占世界能源消费的14％，因其具有分布广、资源量丰富、能源化利用过程二氧化碳零排放的优点而受到广泛关注［2］。具体措施一是造纸、啤酒厂锅炉原每年耗煤近8．5万t，县里生物质原料丰富，每年有近100万t的原料来源，现这两个行业已基本改造完成，每年用生物质原料近20万t，相当节标准煤10t。二是大力发展风能发电项目，2013年已投资近2亿元，每年可发电近4．5亿kw•h，相当节标准煤近6万t。三是规模较小的工业大力发展太阳能，重点推广食品、轻工和其他未有工业废水排放的企业。
4．3解决能源和环境的问题，促进节能减排工作