導語：如何才能寫好一篇餐廚廢水處理方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：生物材料;有機廢水;COD去除率

中圖分類號：X701文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2011）08-0168-03

收稿日期：2011-07-13

作者簡介：王 棚（1981―），男，四川人，工程師，主要從事環境監測工作。

1 引言

在高濃度有機廢水的處理過程中,通常采用物理或化學方法進行預處理,以去除水中部分難生物降解的高分子有機污染物,從而減輕后續生物處理工藝的負荷［1］。對于選用吸附劑做預處理介質的情況,預處理選擇吸附材料尤為重要。有的材料吸附效果好,但價格昂貴（如活性炭）,難以推廣應用,因此,開發高效低成本的吸附劑是吸附處理技術推廣應用的關鍵［2～5］。廢棄有機物經過生物發酵后,可轉化成大量腐植酸,對廢水中難分解的有機物有較好的去除效果［6］。如枯枝落葉等材料經生物發酵得到的產物,含有大量的纖維素、木質素等成分,對水中難生物降解有機物具有較好的滯留作用［7］。本試驗利用有機廢棄物的生物發酵制取生物吸附材料,設置不同的實驗條件,對高濃度有機廢水進行預處理,以期降低COD濃度,增加廢水的可生化性,提高后續處理效果,為探索高濃度有機廢水處理工藝提供理論參考。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

（1）生物吸附材料。由泥炭土、餐廚垃圾、垃圾衍生燃料（由垃圾焚燒產物制得）、樹皮、菇渣、枯枝落葉等,其中,餐廚垃圾、菇渣通及枯枝落葉均為經過生物發酵工藝制得的產物。

（2）高濃度有機廢水。取自城市垃圾壓縮站的高濃度有機廢水。由于原廢水COD很高,本實驗將其稀釋數倍作為進水進行處理,處理前用紗布過濾掉懸浮物。稀釋后的廢水pH值為4～5,CODcr為1 198.4～3 326.40mg/L。

2.2 實驗儀器與試劑

JB90-D型強力電動攪拌器;pHS-25型pH計;XJ-Ⅲ型COD消解爐;PB2002-N型電子天平;KXB-250A型生化培養箱;硫酸;硫酸亞鐵（AR）;重鉻酸鉀;硫代硫酸鈉（AR）。

2.3 試驗方法

在室溫下（20℃）,移取500mL水樣于1L燒杯中,投加一定量的生物吸附材料,在一定pH條件下,用機械攪拌機在180r/min的轉速下攪拌15min,靜止一定時間,取液過濾,對濾液進行COD、BOD5的測定。

2.4 實驗測定方法

COD:催化消解密封法;pH:pH計;BOD5:5日培養碘量法。

3 實驗結果分析

3.1 生物吸附材料的選擇

原水COD為1340mg/l,PH值為4.92,取4g過2mm篩的生物吸附材料泥炭土（c1）、餐廚垃圾（c2）、生活垃圾濕法分選系統有機物（c3）、椰殼樹皮（c4）、菇渣（c5）、枯枝落葉（c6）,加入到500mL廢水中,處理結果見圖1。

由圖1可知,在相同條件下,各種生物吸附材料對廢水COD的去除率不同,其中,以菇渣材料去除效果最好,去除率達到了30.85%。枯枝落葉材料對COD的去除率也有26.87%。泥炭土材料和樹皮材料的COD去除率相當。生活垃圾濕法分選系統有機物生物吸附材料對COD的去除率最低,只有3.98%。故選擇菇渣作為廢水處理的生物吸附材料。

同時,對處理后的廢水進行BOD5測定,結果如圖2。從圖2可以看出,廢水經生物吸附材料處理后,BOD5/COD較處理前都有不同程度的增加,其中以椰殼樹皮生物吸附材料處理后廢水的BOD5/COD變化最大,其值為0.43,較原水提高了0.15。這主要是因為生物吸附材料中小分子有機物溶解到廢水中,使得水中BOD5/COD的相對含量增加了。這說明廢水經生物吸附材料處理后,可生化性增強,有利于廢水的后續生化處理。

3.2 生物吸附材料用量對COD去除率的影響

原水COD為2448.00mg/l,在原水pH條件下,分別稱取3、4、5、6、7g過2mm篩的菇渣吸附材料,加入到500mL廢水中,處理結果見圖3。

本試驗采用的吸附材料本身是一種有機物,對增加廢水COD濃度有一定的貢獻。由圖2可以看出,COD的去除率隨著吸附材料用量的增加而增大,當用量大于5g時,COD的去除率有所下降,說明在用量為5g時,吸附材料的吸附能力已接近飽和,因此生物吸附材料的投加量以1%為宜。

3.3 不同粒徑的生物吸附材料對COD去除率的影響

將菇渣分別過0.45mm、2mm、3mm的篩子,得到3種不同粒徑的生物吸附材料對廢水進行吸附試驗,原水COD為2 544mg/l,在原水pH條件下,分別取5g 3種不同粒徑吸附材料,加入到500mL廢水中進行處理,結果表明粒徑為0.45mm的COD去除率為9.43%;粒徑為2mm時去除率為5.66%;粒徑為3mm時去除率為3.77%。可以看出,粒徑越小,對COD的去除效果越好,但實際處理中,為了便于吸附劑的沉淀分離以及操作方便,推薦以2mm粒徑為宜。試驗結果與上述結果相差較大,這可能是由于處理水樣的COD濃度及pH值不一樣造成的。

3.4 不同pH值對COD去除率的影響

取4份500mL的廢水,用石灰分別將pH調節至原水、5、7、9,投加5g菇渣進行處理。吸附結果如圖4所示。由圖4可知,隨著pH值的上升,COD的去除率有所下降,這可能是由于水中溶液中的氫離子影響了廢水中難降解有機物的離子化和生物吸附材料表面的性能［8］,從而有利于COD的去除。在原水pH值下,COD的去除率最高,為12.54%。

3.5 不同廢水濃度對COD去除率的影響

將原廢水稀釋不同的比例,在不調節pH的情況下（pH值在4～5之間）,投加5g過2mm的菇渣進行處理。測定COD。結果如圖5所示。由圖5可知,生物吸附材料對COD的去除率隨原廢水COD濃度的不同而有很大的變化。當原廢水COD濃度在1 515.7mg/L時,COD去除率最高,達32.02%。

3.6 廢水處理效果

選用上述最佳試驗條件,即將廢水稀釋到1 500mg/L左右,移取500mL的廢水,投加5g過2mm的菇渣,處理廢水的結果如下表1所示。由表1可知,經試驗條件優化,COD的去除率可達35.98%,處理后廢水pH為6.42。

表1 優化條件下廢水處理結果

4 結語

生物吸附材料由有機廢棄物經過發酵工藝制得,來源廣,處理廢水成本低廉,且能做到以廢治廢。對生物吸附材料處理廢水的研究表明:菇渣材料對廢水中COD的去除效果較其他幾種生物吸附材料要好。在粒徑為2mm,投加量為5g,處理COD濃度為1 478.40mg/L,pH值為4.92的廢水,其COD去除率可達35.98%。生物吸附材料處理高濃度有機廢水,能夠提高廢水可生化,有利于廢水的后續生化處理。

參考文獻：

［1］ 張自杰.排水工程［M］.北京:中國建筑工業出版社,1996.

［2］ 王 芳,王增長,侯安清.高濃度有機廢水處理技術的應用研究［J］.科技情報開發與經濟,2005,15（23）:139～141.

［3］ 楊 超,柯麗霞,龔仁敏,等.花生殼粉作為生物吸附劑去除水溶液中偶氮染料的研究［J］.生物學雜志,2005,22（2）:45～48.

［4］ 張 俊,王宏勛.菌糠過濾處理染料溶液研究［J］.環境科學與技術,2006,29（1）:77～78.

［5］ Gaballah I,Kibertus G.Recovery of heavy metal ionsthrough decontamination of synthetic solutions and industrialeffluents using modified barks［J］.J Geochem.Explor,1998（62）:241～286.

［6］ 周 桂,鄧光輝,何子平.腐植酸在糖蜜酒精廢液處理中的應用研究［J］.廣西輕工業,2001（4）:28～30.

［7］ 張 俊,王宏勛,羅 莉.菌糠過濾處理染料溶液研究［J］.環境科學與技術,2006,29（1）:77～78.

［8］ 郎咸明.爐渣吸附法處理硝基廢水的研究［J］.環境保護科學,2001,27（105）:18～41.

Experiment Study on Treating High Concentrations of Organic Wastewater

by Adsorption of Biological Materials

Wang Peng1，Li Junfei2

（1.Foshan Environmental Monitoring Station,Guangdong,Foshan 528000,China;

2.PanYu Enviroment Research Institue.Guangdong,Guangzhou 511400,China）

篇2

關鍵詞 應用技術型高校；環境管理；廢棄物；循環經濟

中圖分類號 G717 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219（2013）32-0071-03

收稿日期：2013-10-06

作者簡介：吳春芳（1964- ），女，江蘇溧陽人，江蘇理工學院后勤服務總公司品質部經理，助理研究員。

一、問題提出的背景

改革開放35年來，我國高等教育的辦學思路、格局和規模發生了根本性變化。進入新世紀后，我國高等教育逐漸由精英化向大眾化轉變，邁入了快速發展時期，《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》提出，高等教育應當優化結構、辦出特色且增強社會服務能力。在此背景下，應用技術型大學得到了蓬勃發展，到2010年底，全國共有本科高校1114所，改革開放以來新建的應用技術型大學有700多所，在校生近千萬人，占本科院校總數的近70%。這些應用技術型高校承載著人才培養、科學研究、社會服務和文化傳承創新等重任，但廣大師生在日常工作、學習和生活中所產生的各類廢棄物（包括餐廚廢棄物、實驗室廢棄物、辦公廢棄物和其他廢棄物）的數量同樣是驚人的。2012年，中央提出全社會要厲行勤儉節約、反對鋪張浪費。為深入貫徹這一精神，教育部印發了《關于勤儉節約辦教育建設節約型校園的通知》，要求各級各類學校要在廣大師生員工中大力開展艱苦奮斗、勤儉節約的宣傳教育活動，使師生員工牢固樹立節約光榮、浪費可恥的思想觀念，自覺做到艱苦樸素、勤儉節約，自覺抵制奢侈浪費行為，努力形成“崇尚節約、摒棄浪費”的校園文化風尚。

教育資源是社會資源的重要組成部分，應用技術型高校對自身產生的各類廢棄物進行科學合理的處置，制定好相應的校園環境規劃并進行環境管理，建設節約型校園，不僅是學校自身發展的需要，更是學校培養合格人才，提高學生綜合素質，履行高校社會責任的需要。

二、節約型校園管理面臨的環境問題

一是校園的環境規劃和管理問題。相對于學校校園面臨的校內外治安問題、網絡安全問題、學生心理問題等，校園環境規劃和管理問題往往被高校管理層所忽視。大部分學校所采用的校園環境管理方式是將校園內的環境規劃和廢棄物處理處置交由后勤服務部門處理，對如何處理和處理的效果關心較少。當前，許多學校已經意識到校園環境管理的重要性，已逐步從自辦后勤服務向后勤服務社會化轉變，正逐步引入ISO9000系列的質量管理體系和ISO14000系列的環境管理體系對校園環境進行管理[1]。二是廢棄物的處理處置問題。各校由于學科和專業門類不同，所產生的廢棄物種類和數量差異較大，其中，餐廚廢棄物、辦公廢棄物是各類學校面臨的共性廢棄物。盡管各校均在采用“提倡節約，反對浪費”的方式進行廢棄物的減量化，但是在后續的無害化處置和資源化利用方面做得不夠。對于化學類、材料類等學科和專業所產生的危險廢棄物，往往與生活垃圾混在一起，運出校園就算處理處置完畢，存有一定隱患和危害。三是大學管理中的環保和資源意識問題。高等教育的理念和管理模式與保護環境和節約資源之間往往是矛盾的，而且往往不是單個高校自身能夠解決的。以考試用紙的浪費問題為例，考試的目的是為了檢查和督促學生學習，是否需要用紙質考試，各高校均在探索，收效甚微。原因在于傳統的課程考試模式就是出卷考試，而且需要將學生考試卷保存到學生畢業后一年以上，教育行政主管部門和第三方評估機構對高校的評估中將此看得很重要，機考和網絡考試在許多高校難以實行。

三、節約型校園環境管理的特殊性

盡管各應用技術型高校對校園環境管理重要性的認識有所差異，但是渴望校園整潔美麗是相同的，所采用的管理部門和管理手段也是類似的。在應用技術型高校環境管理上，引入ISO14000系列的環境管理體系是行之有效的做法。ISO14000系列環境管理體系是由ISO/TC207（國際環境管理技術委員會）負責制定的一個國際通行的環境管理體系標準，包括環境管理體系、環境審核、環境標志、生命周期分析等國際環境管理領域內的許多焦點問題，目的是指導各類組織（企業、公司、學校等）實施正確的環境行為[2]。ISO14000系列環境管理體系不僅適用于制造業和加工業，而且適用于包括應用技術型高校后勤服務企業在內的服務業。

對應用技術型高校而言，校園內的環境質量管理主要由后勤服務部門負責，主要原因在于生活后勤服務過程等所產生的廢棄物是學校廢棄物的主要產生源，同時，為師生提供良好的環境和服務是后勤服務部門義不容辭的職責。對照ISO14000系列環境管理體系，應用技術型高校后勤服務過程中應該制定和實施的內容可以歸納為五個方面：后勤服務的環境方針、后勤服務的環境規劃（策劃）、環境方針和規劃的實施與運行、生活后勤服務和條件后勤服務中的環境檢查與糾正措施、環境管理評審等。這五個方面在邏輯上連貫一致、步驟上相輔相承，共同保證了應用技術型高校環境管理體系的有效建立和實施，并持續改進，呈現螺旋上升之勢。

應用技術型高校育人環境的特殊性，決定了其后勤服務部門在制定環境管理方針時必須考慮以下幾點：一是制定環境質量管理的指導原則和實施宗旨時，除了要得到后勤服務部門最高管理者的承諾和認可外，還必須得到學校最高管理部門（校務會或黨委會）的承諾和認可，成為師生的共識；二是環境管理的重點領域，不僅包括后勤服務企業本身，還包括校園內師生工作、學習和生活的各個角落；三是環境目標和指標的實現，不僅依靠后勤服務企業員工，更應該緊緊依靠廣大師生。應用技術型高校后勤服務企業在確定貫徹落實企業的環境方針和環境目標時，應充分考慮師生工作學習時間的特殊性，然后確定實施方法和操作規程，確保重大的環境因素處于受控狀態。同時，為保證體系的適用和有效，應建立監督、檢測和糾正機制。應用技術型高校后勤服務企業在ISO14000系列環境管理體系的審核與評審中，更應該將師生的反映和滿意度作為促進體系進一步完善和改進提高的依據。

四、節約型校園建設中廢棄物處理處置對策

（一）餐廚廢棄物

餐廚廢棄物是校園內產生量最大的廢棄物種類之一，對其減量化是處理處置的第一要務。除了進行有效宣傳，開展類似“光盤行動”的活動外，后勤服務部門必須在飯菜質量上多下功夫，讓師生買之則吃之。其次是對餐廚廢棄物的無害化處置和資源化利用問題。由于高校后勤社會化已經普遍推行，一個校園內從事餐飲服務的企業和個體工商戶數量眾多，如何保證所有經營者均能夠按照無害化和資源化的要求處理處置好餐廚廢棄物，是應用技術型高校后勤服務部門應該重點關注的問題。

（二）辦公廢棄物

高校辦公廢棄物數量最多的是各類廢紙和電子廢棄物。對于各類廢紙的處理處置，最有效的辦法是由后勤服務部門進行分類收集，然后交給相關機構進行資源化利用。容易被忽視的是，各類辦公用電器及其配件，一般的做法是集中存放和集中報廢。這里的集中報廢僅僅是一個報廢手續，而不是真正意義上的電子廢棄物處理處置。事實上，單個的廢舊辦公用電器及其配件并不屬于危險廢棄物，但是一旦集中存放并集中處置時，必須作為危險廢物進行管理。應用技術型高校集中報廢的電腦、電池、打印機和油墨等，必須按照有關環境保護規定交由具備相關資質的企業處理。一個可借鑒的案例是，江蘇省常州市政府，考慮到政府用辦公電器的危險廢物屬性和保密性，專門出臺了相關文件，規定相關設備報廢時必須交由環保部定點拆解回收企業進行處理處置，否則不得使用財政經費購買新的辦公用電器。

（三）實驗室廢棄物

應用技術型高校各類實驗室均會產生大量的廢棄物，包括紙質廢棄物、機電類廢棄物、化工類廢棄物等。紙質廢棄物和機電類廢棄物可以參照辦公廢棄物進行處理，化工類廢棄物必須按照有關危險廢棄物的管理規定進行處置。一是對于化學化工和材料類實驗室的各類廢液的處理處置，必須遵循分類收集、源頭處置與集中處置相結合的方式進行，嚴禁將實驗室廢液排入生活污水或雨水系統。對于沒有條件將實驗室廢液接入工業污水處理管網的應用技術型高校，應該建設獨立的化學化工實驗室廢水處理系統。二是對于實驗室廢氣的處理處置，必須遵循源頭處置和達標排放的原則。三是對于各類試劑的包裝容器、報廢的化學試劑、易燃易爆劇毒類化學品的管理，各應用技術型高校沒有給予高度重視，各類試劑的包裝容器進入生活垃圾箱、報廢的化學試劑隨意處置和易燃易爆劇毒類化學品管理不善等現象普遍存在，對此高校環境管理部門應給予高度重視。

參考文獻：

[1]吳春芳.ISO質量管理體系與應用技術型高校后勤服務企業文化建設[J].現代企業教育，2012（18）：54-55.

[2]祖赤，文建林，趙紅艷.IS014000環境管理體系在我國企業中的建立及實施[J].湖南林業科技，2005（2）：76-77.

Discussion on Conservation-oriented Campus Management of Applied Technology-typed Colleges and Universities under the Perspective of Cyclic Economy

WU Chun-fang

（Logistics Service Head Corporation， Jiangsu College of Science and Technology， Changzhou Jiangsu 213001， China）

篇3

關鍵詞 生態循環系統；沼氣工程；生態農業；土地恢復；節能減排；礦區

中圖分類號 X75 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）09-0189-04

Abstract This paper designed a set of ecological circulation system for restoration of mining area land based on biogas engineering technology. Through the anaerobic digestion process，the biogas produced by municipal waste could be used as life gas，and redundant biogas could be used for electricity generation. The biogas residue could be used to make solid organic fertilizer for the development of the ecological agriculture. In addition，the biogas slurry could be used to make liquid organic fertilizer，and the redundant liquid fertilizer could be purified through the purification system and used for irrigation water，thus achieved zero emission.The organic agricultural products could serve the residents in this area，to establish a sustainable agricultural ecological circulation system. This paper introduced the design scheme，theoretical design and calculation method of the system，and analyzed the benefits of the system，in order to provide references for the land restoration in the mining area.

Key words ecological circulation system；biogas engineering technology；eco-agriculture；land restoration；energy saving and emission reduction；mining area

由于礦產資源開采會帶來許多生態問題，開采以后的礦區多數變成廢地等難以利用的土地，因而如何恢復和利用這些因礦變廢的土地是目前需要解決的問題[1-2]。世界上發達國家礦區治理的土地面積基本上可以達到因開礦變廢土地的1/2以上，甚至有的國家可以達到3/4。我國在這方面的工作遠遠落后于發達國家，但近年來也有了較大的進步，自恢復2%達到2012年復墾15%，但依然遠遠落后于發達國家的復墾率，特別是近年來礦區荒廢地的面積依然在持續增加，總面積達到200萬hm2 [3-6]。

在礦區荒廢地持續增加的同時，我國的人口也在持續增加，人均耕地面積僅0.1 hm2 [7]，特別是近年來，全國耕地面積逐年減少，逼近1.2億hm2耕地紅線[8]。因此，礦區廢棄土地的治理與改善，能夠補充當地農耕地的不足，保障糧食安全[9]。

同時，隨著城鎮化的不斷推進，城市廢棄物處理的問題呈現兩大特點，即數量龐大和處理效果不佳。如果建立以沼氣工程為紐帶的礦區土地恢復生態循環系統，實現城市廢棄物的資源化利用，利用所產生的沼肥替代化肥農藥，發展現代化的可持續農業，實現礦區土地的恢復是非常有必要的，不但恢復了礦區土地，解決了糧食危機和食品安全，而且解決了城區的環境問題[10-11]。

1 設計方案

將城市居民所產生的廢棄物（如公廁糞便、餐廚垃圾、生活污水）收集到預混加熱池，通過以太陽能、空氣源熱泵、沼氣發電余熱為基礎的熱電聯產加熱系統加熱后，把廢棄物加入自行設計的氣液聯合攪拌新型CSTR反應器。經過厭氧消化后，所產生的沼氣一部分用作礦區土地恢復園區的生活燃氣，多余沼氣用于發電，為園區提供電能，并對發電余熱進行回收；將產生的沼渣制作成固態有機肥，用作園區發展生態農業所需肥料；將產生的沼液，一部分制作成液態有機肥，用作園區發展生態農業所需液肥，剩余部分利用光伏水泵打入到高位水池，依次通過自流的方式進入自行設計的軟硬雙床AF和雙填料好氧凈化器，實現達標排放，用作園區的灌溉用水。園區可以建設采摘園、發展休閑農業和旅游觀光，為居民提供有機食品，實現了物質循環和能量流動，建立了一套完整的礦區土地恢復生態循環系統（圖1）。

2 理論設計及計算

本作品設計400 hm2的礦區恢復土地，其中66.67 hm2用于屋舍的建立，主要包括4層多功能綜合樓（一層展示廳、二樓會議室、三樓辦公室、四樓研發實驗室）、冷庫、接待賓館、小型休閑娛樂公園、特色餐廳、產品交易大廳、園工宿舍、露天活動場所、道路景觀等；剩余333.33 hm2用于發展現代化生態有機農業。

2.1 礦區土地恢復工藝設計

本作品設計用于發展農業的有效土地面積為333.33 hm2，以平均1 hm2土地每年約需150 t沼肥計算，每年需要沼肥5萬t。本作品擬建立5 000 m3的氣液聯合攪拌CSTR反應器，采用中溫30 ℃發酵，水力滯留時間為15 d，每天可處理大約300 t的城市廢棄物，年產沼渣約5 000 t（15 t/d），用于農業發展所需基肥，年產沼液約10萬t（285 t/d），其中5萬t用于農業發展所需追肥，剩余5萬t通過軟硬雙床AF和雙填料好氧凈化器處理（其中軟硬雙床AF為300 m3，HRT=2 d；雙填料好氧凈化器為150 m3，HRT=1 d），實現達標排放，用于發展農業及其園區綠化的灌溉用水，年產沼氣約120萬m3（3 500 m3/d），每天平均約1 500 m3的沼氣用于生活燃氣（餐廳和有機肥加工所用），2 000 m3的沼氣用于發電，為園區設施提供電能。

2.2 礦區土地恢復熱電聯產加熱系統的設計

本作品設計以太陽能、空氣源熱泵、沼氣發電余熱為基礎的熱電聯產加熱系統，由于云南當地有較好的光照條件，所以選擇以太陽能與沼氣發電余熱回收加熱為主、熱泵為輔的加熱方式。每天加熱約300 m3的物料，配備循環水箱為60 m3，對于沼氣工程，由能量守恒定律可知，輸出（損失）的能量和輸入（獲得）的能量應相等，才能保證整個系統的溫度恒定。沼氣工程每天損失的能量主要是厭氧消化罐及管道散熱和每天新增投料所需熱量，發酵產生的生物化學熱量相對于外加熱量小得多，故忽略不計[12]。

2.2.1 每天沼氣發酵所需熱量的計算。

（1）厭氧消化罐投料損失的熱量[12]。厭氧消化罐投料損失的熱量計算公式：

Q1=cm（TD-TS）

式中：c―料液的比熱容（新鮮料液質量分數為4%～6%，可近似取水的比熱容），為4.2 kJ/（kg?℃）；m―每天進入沼氣池的新鮮料液量，為300 t；TD―沼氣發酵罐內料液的溫度，為30 ℃；TS―新鮮料液的溫度，為5 ℃。經計算，Q1=315 000 00 kJ。

（2）厭氧消化罐散熱損失的熱量。氧消化罐散熱損失的熱量計算公式：

Q2=24×（TD-TA）/[∑bi/（λi×Si）+1/（α×S0）]

式中：Q2―罐內向罐外散發的熱量，即罐體散熱損失，單位為kJ；Si―罐頂、罐壁和罐底散熱面積分別為314、1 256、314 m2；S0―罐頂和罐壁散熱總面積，為1 570 m2；TA―罐外介質溫度，10 ℃；α―罐外壁熱轉移系數，為10 W/（m2?℃）；bi―罐體各部結構層，保溫板厚度為100 mm，罐底基礎為鋼筋砼，厚度為1 000 mm；λi―罐體各部結構層，保溫板導熱系數為0.042 W/（m?℃），鋼筋砼導熱系數為1.3 W/（m?℃）。經計算，Q2=240 000 kJ。

（3）循環水箱及其管道散熱損失的熱量。循環水箱散熱損失的熱量計算公式：

Q3=24×（TN-TA）/[∑bx /（λi×Sx）]

式中：Q3―箱內向箱外散發的熱量，即箱體散熱損失，單位為kJ；Sx―箱頂、箱壁和箱底散熱面積，分別為12、63、12 m2；TN―箱內水體溫度，為35 ℃；TA―箱外介質溫度，為10 ℃；bx―箱體保溫板厚度，為100 mm；λi―箱體保溫板導熱系數，為0.042 W/（m?℃）。經計算，Q3=22 000 kJ。

水管的熱量損失較小，可忽略不計。因此，每天沼氣發酵罐總的熱損失為Q=Q1+Q2+Q3=31 762 MJ。

2.2.2 以太陽能、空氣源熱泵、沼氣發電余熱為基礎的熱電聯產加熱系統的設計。

（1）沼氣發電余熱回收的計算[13-14]。沼氣發電余熱利用是指在沼氣熱電聯產過程中，通過回收發電余熱中的熱量來加熱發酵料液。本作品設計每天大約有2 000 m3的沼氣用于發電，如果采用國產沼氣發電機組，1 m3沼氣大約可發電1.5 kW?h，則每天可產生電能3 000 kW?h，按55% CH4含量計算，1 m3沼氣燃燒放熱為20 MJ，則沼氣燃燒可產生熱量Q熱=40 000 MJ，沼氣發電與煙氣回收所產生的余熱利用率為50%左右，則每天發電余熱回收為Q余=0.45×Q熱=20 000 MJ。

（2）太陽能加熱循環水的計算[15-17]。每天沼氣發酵罐所需熱量為31 762 MJ，沼氣發電余熱回收熱量為20 000 MJ，所以還需太陽能提供11 762 MJ的熱量，本作品設計利用太陽能加熱時間為4 h。太陽能熱管加熱系統日均集熱量公式：

式中：A―集熱器采光面積（m2）；I―集熱面上日平均輻射強度，為22 MJ/（m2?d）；ηj―集熱器全日集熱效率，取0.55；ηs―管路及儲水箱熱損失率，取0.1。經計算，A=2 200 m2。

（3）空氣源熱泵加熱循環水的計算[18-19]。由于太陽能熱水系統受平均日輻射量、日照時間、氣溫、氣象特點、氣候等因素影響較大，不能全天候工作，須設置其他熱源聯合或輔助加熱裝置。本作品采用空氣源熱泵輔助加熱，實現高效節能的新型熱水系統。一旦太陽能熱水器受到天氣影響，則空氣源熱泵啟動，代替太陽能熱水器工作，需要輸出11 762 MJ的熱量，即3 293 kW?h。一般情況下，2 200～2 600 W都可稱為1匹。本作品擬設定空氣源熱泵的工作時間為5 h，2.2 kW為1匹，由以下公式計算：

N=Q/（T?W）

可得N=300。故空氣源熱泵應匹配300匹。

2.3 以沼氣發電和光伏水泵為基礎的聯合進料泵系統的設計

本系統擬設計軟硬雙床AF的日進料量為150 t，每天的有效光照時間為8 h。因此，在內至少要抽水150 m3，擬配備8 h內抽水200 m3的泵系統，即每小時25 m3，總揚程為8 m，以預防天氣影響，需有150 m3的蓄水池，擬建高位蓄水池為180 m3，如果出現連續陰天或低溫天氣，則利用沼氣發電系統輔助。

提水系統水功率的計算公式[20-21]：

式中：Npf―提水系統水功率（W）；Q―水泵所需流量（m3/h）；H―系統總揚程（m）；g―重力加速度（m/s2）；ρ―水密度（kg/m3）；k1―流量修正系數；k2―提水機具形式修正系數；k3―電力傳動形式修正系數。經計算，得Npf=968 W≈1 kW。

光伏陣列容量計算公式：

N=k4k5Npf

式中：N―光伏陣列的容量（W）；k2―太陽能資源修正系數；k3―光伏陣列跟蹤太陽方式修正系數。經計算，得N=800 W。

相關工藝模型見圖2。

3 效益分析

3.1 礦區土地恢復工藝系統的效益分析

本作品擬建立氣液聯合攪拌新型CSTR反應器5 000 m3，軟硬雙床AF 300 m3，雙填料好氧凈化器150 m3，年產沼氣約120萬m3，年產沼渣約5 000 t，年產沼液約10萬t，其中5萬t用于農業發展所需追肥，剩余5萬t通過軟硬雙床AF和雙填料好氧凈化器處理，實現達標排放，用作發展農業及其園區綠化的灌溉用水。

本作品采用自行研發的氣液聯合攪拌新型CSTR反應器，避免了傳統的CSTR反應器葉輪易腐蝕、維修費用高、氣密性差等問題，在沼液的凈化上采用自行設計的軟硬雙床AF和雙填料好氧折流溝，利用高位差，實現自流凈化，可達到二級排放標準。具體工藝處理效率見表1。

厭氧消化工藝減排符合清潔發展機制CDM“可再生能源替代化石燃料”和“甲烷回收”2個規定項目[22]。其減排量是“替代煤炭的減排”“回收甲烷的減排”和“燃用沼氣的排放”三者之和，即CDM減排量計算公式：E1+E2-E3=E。計算如下[23]：

（1）替代煤炭的減排E1。本作品年產沼氣約120萬m3，沼氣的折標煤系數為0.714 kg/m3，即相當于856.8 t的標煤。根據《京都議定書的三機制及其方法學》標煤―2.658二氧化碳排放系數計算：標煤856.8t×2.658=2 277 t二氧化碳。

（2）回收糞便自然分解釋放甲烷而形成的減排E2。以厭氧消化工藝的產氣量直接計算甲烷的回收量。厭氧消化工藝總產氣量為120萬m3，其中甲烷含量為60%，即72萬m3、518 t（甲烷密度0.72 kg/m3），按甲烷21倍碳當量計算，本作品回收甲烷每年減排二氧化碳10 878 t。

（3）燃用沼氣產生的二氧化碳排放E3。燃燒72萬m3甲烷產生72萬m3、1 420 t二氧化碳（二氧化碳密度1.972 kg/m3）；另外，120萬m3沼氣中還含35%、42萬m3、830 t的CO2。因此，燃燒120 m3沼氣共排放二氧化碳1 420 t+830 t=2 250 t/年。

由此，每臺沼氣池每年形成的二氧化碳減排量：2 277+10 878-2 250≈1萬t。

本作品設計年產沼肥5.5萬t，可供333.33 hm2土地施肥1年，可以替代333.33 hm2土地1年所用的化肥、農藥，有效解決了食品安全問題。本作品年產灌溉用水5萬t，節約園區5萬t的水資源。

3.2 礦區土地恢復熱電聯產加熱系統的效益分析

本作品設計以太陽能、空氣源熱泵、沼氣發電余熱為基礎的熱電聯產加熱系統，其中沼氣發電余熱回收熱量為20 000 MJ/d，以空氣源熱泵輔助的太陽能加熱系統產生的熱量為11 762 MJ/d。

蒲小東等[24]通過一個豬場廢水處理沼氣工程，研究3種不同加熱方式的經濟效益，發現沼氣發電余熱利用加熱方式明顯優于其他加熱方式。因此，本作品優先采用沼氣發電余熱回收的熱量對沼氣工程系統進行加熱。因為云南具有得天獨厚的太陽能資源，所以剩余所需熱量由以空氣源熱泵輔助的太陽能加熱系統進行加熱。本文對劉榮向等[25]統計的加熱系統的效益數據進行了分析總結，所得具體參數見表2。

由表2可知，從運行費用上看，使用燃煤熱水鍋爐和空氣源熱泵熱水+太陽能兩者運行費用很接近，最為經濟，但是從環保角度考慮使用空氣源熱泵熱水+太陽能最為環保。綜合考慮，以空氣源熱泵熱水輔助太陽能加熱系統最為經濟、環保。

3.3 以沼氣發電和光伏水泵為基礎的聯合進料泵系統的效益分析

本系y以光伏水泵進料為主，在出現連續陰天或低溫天氣，并導致輻射強度較弱時，采用沼氣發電輔助進料。光伏水泵系統一般由光伏陣列、控制逆變器和水泵3個部分組成，其中光伏陣列由多個光伏組件串并聯而成，其作用是將太陽光輻射能轉換成直流電；控制逆變器的作用則是將直流電變為交流電，并對水泵進行自動化控制；而水泵的作用是將水從低處提到高處，它一般為三相交流水泵[26]。

光伏水泵系統與傳統的柴油機水泵系統和交流電水泵系統相比具有較大的經濟優勢[27]。本作品采用水泵額定功率為1 kW的提水系統，采用不同的發電系統，建造成本也不相同，其中光伏水泵系統最高，為1.47萬元；交流電水泵系統最低，為0.04萬元。但運行25年的費用，光伏水泵系統最低，為0元；而柴油機水泵系統最高，為11.68萬元。因此，雖然光伏水泵系統建造成本最高，但運行和維護成本都最低，25年運行下來，光伏水泵系統最為經濟適用。光伏水泵系統相對于柴油機水泵系統和交流電水泵系統的這種經濟優勢在一些無電的山區更為明顯[28]。