关于城市下水道沼气系统工程的探究

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1、关于城市下水道沼气系统工程的探究在人类工业化进程中，以煤和石油为代表矿物能源扮演了一个十分重要的角色。然而，随着人类的发展，能源的消耗量也越来越大，作为不可再生能源的矿物能源的供给正变得越来越紧张，21世纪的人类迫切需要开发新能源来替代矿物能源，为人类社会的可持续发展提供保障。基于这种背景以及一些生活见闻，作者想到了利用蕴藏在城市下水道中生物质能建立城市大型沼气工程的方案。城市作为世界上人口最集中的地方，每天生活在这里的人们都会排泄出大量的代谢物，而这些富含有机质的排泄物正好是产生沼气的所需的原料。以北京为例，按平均每

2、人每天排泄0.5千克的代谢物来算，拥有3000万人口北京每天产生的排泄物量就可以达到15000吨，其中干物质含量约为20%，据测算，若能够把这些排泄物都收集起来用作产生沼气的原料，每天的产气量就可以达到300万立方米，而每立方米沼气一般情况下课发电1.6KW左右，这样算来每天的发电量就可以达到4.8×10^6KW·H，可满足大约24万人的用电需求，当然，我们也可以考虑直接将沼气管道接到居民家中，使沼气成为天然气的替代品，供用户日常生活所需。由此看来，城市沼气工程应该是一个情景比较好的项目。那么，要实现这样一个项目，我们

3、需要克服那些阻碍呢？我认为首先要解决的就是城市下水道污水排放系统的改造问题。目前城市的排水系统是将人的排泄物用大量水稀释并与其它污水混合，并通过管道统一输送到城市下游做集中处理的方法，这种混合排污的方法不仅浪费了大量可回收的资源，也造成了空气和水质的污染（下水道中的沼气会自然扩散到空气中，并且在漫长的输送过程中也难免不会出现污水泄露事故），还使得处理成本增大。因此，无论是从保护环境的角度还是开发城市沼气的角度来看，我们都有必要对城市下水道系统进行符合科学发展观的改造。首先，我们应对建筑物的排泄物管道和其他污水管道进行分

4、隔处理，避免排泄物与其他污水的混合。其次，我们应该利用城市建设和污水管道维修等时机将各处的居民排泄物管道进行沟通，这样就有利于后期排泄物的集中入池。做好这些前期准备之后，我们就可以逐渐着手修建沼气池。这样的沼气池可以以小区或是其他条件合适的商业和办公场所为单位建立(具体规划可根据某一区域内的人口密度及流动量来制定。接下来便是建设的资金问题。此项工程浩大、周期漫长、涉及面广，短时间内可能难以取得很大收益。因此，要想取得预期效果，可能还得政府出面保证实施。这其实跟我国投资兴建核电站、风力发电厂有许多类似之处，都是关乎到我国

5、国计民生、长远发展的大事，尽管周期漫长，但于国于民都是有万代之利的。当然，我们也可以采取国有控股的形式，将一部分股份拿出来让社会认购，这样就既起到了汇聚民间闲散资金的作用，同时还有利于在全社会营造支持发展可再生能源的氛围，让人民普遍接受和认可可再生能源的理念。除了资金，还有一个最关键的问题就是技术。有机物在厌氧和其它适宜条件下，经沼气微生物分解代谢，长生以甲烷和二氧化碳为主体的混合气体，这种混合气体就是沼气。上面所提到的技术问题主要就是围绕这句话展开的。由于沼气发酵微生物对温度、酸碱度、氧化还原势及其它各种环境因素都有

6、一定的要求，因此，为了达到发酵旺盛、产气量高的目的，我们就必须采取一些技术手段保证给这些微生物提供一个适宜的生活环境，其中我认为最难控制的应该是发酵温度。由于我国城市绝大部分处在回归线以外，四季温度变化比较大，冬天一般都比较冷，而微生物分解代谢产生沼气的两个高峰分别是在35ºC和54ºC，这对于我国冬天的城市而言，要保持沼气工程的发酵池在冬天还能有这样的温度实在是一个不小的挑战。目前普遍采用的为沼气池保温的方法主要是针对中小型池而言的，对大型池的保温方法的研究还不够深入。就城市沼气池系统而言，我认为可以把池建在地下，并

7、用多层薄膜将发酵罐完全密封住，冬季来临时甚至可以利用城市暖气对薄膜内的发酵罐进行加温，通过这些措施，或许可以使沼气池的产气效率保持在经济合理的范围内。当然，这些只是我个人的一些十分简陋的想法，但我相信，只要国家下决心要扶持这一项目，相关的研究也会陆续跟进，技术的壁垒也必将被逐个击破。此外，酸碱度对微生物的代谢速率也有很大影响，但若我们实现了前面提到的城市污水分类排放的设想，这个问题也就很好解决了，因为作为发酵原料的排泄物中的酸碱离子量少了，污水的PH值可能的变化范围也就小了许多，我们可以通过对发酵池中PH的实时监控，利

8、用负反馈原理让让电脑自动控制向发酵池中投入酸碱缓冲溶液的量来达到维持池中PH稳定的目的。目前大中型沼气工程在国外的一些地方已经得到了比较好的发展。德国以农场沼气工程为主，普遍采用“沼气发电、余热升温、中温发酵、无罐储气、自动控制、加氧脱硫、沼液施肥”的模式，工程自动化水平较高；尼泊尔由沼气产生的能源占全国总能耗的90%以上，应用范