2017-11-23 11:06:00 張相雨
2017年11月10日，由中國農業大學生物能源環境科學與技術研究室董仁杰教授和吳樹彪副教授帶領其研究小組，歷經5年自主研發的規?；託夤こ虆捬醢l酵預警監控系統成功通過測試，這標志著大規模厭氧發酵系統運行穩定性將得到保障，運行效率將進一步提高，對我國規模化沼氣工程的健康發展具有重要的推動作用。
黨的十九大指出，我國社會主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾。人們對健康生活的追求愿望不斷攀升，對肉蛋奶等畜牧產品的需求量越來越大。在強勁的市場需求下，我國規?；图s化畜牧業、種植業得到了迅速發展。然而，在滿足人們對大量蛋奶肉需求的同時，規?；笄蒺B殖業也將產生大量的畜禽廢棄物，2013年全國畜禽糞便污染總量達6.23億噸，根據畜禽污染物年度產生系數計算，2017年將產生豬糞尿污染物約為7641億噸。作為人畜食物來源的種植業，我國每年產生的農作物秸稈總量達到了全球秸稈總量的20%左右，由于農作物秸稈年產出量與消耗量的失衡，大量秸稈都被就地焚燒或者作為傳統燃料，導致大量資源浪費的同時，也嚴重污染了環境。而伴隨人們飲食水平提高的，還有餐廚垃圾的大量產生，我國餐廚垃圾占城市生活垃圾總量的37%~62%，并且呈逐年上升趨勢。每年大量的畜禽廢棄物、農作物秸稈和餐廚垃圾如果處理不當，將會造成極大地能源浪費的同時，降低了環境質量，成為“放錯地方的資源”。
厭氧發酵技術能夠將畜禽糞便、農作物秸稈和餐廚垃圾等有機廢棄物實現資源化、無害化利用，可達到能源二次回收與環境保護的雙重效果，是一種高效處理廢棄物的途徑。自七五計劃開始，在毛澤東主席的批示下，國家大力發展戶用小型沼氣工程，為當時我國農村資源的有效利用和能源供給提供了有力保障。2016年12月，習近平總書記在主持召開中央財經領導小組第十四次會議時再次強調：加快推進畜禽養殖廢棄物處理和資源化利用具有深遠意義，要堅持政府支持、企業主體、市場化運作的方針，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，力爭在“十三五”期間，基本解決大規模畜禽養殖場糞污處理和資源化問題。我國沼氣工程在政府的大力支持下發展迅速，并越來越凸顯出集約化和規?；内厔?。截至2013年，我國已建成處理農業廢棄物的大型沼氣工程5246處、中型沼氣工程9767處，累計投資達253億元，平均每處沼氣工程投資約為168.5萬元。對于沼氣工程這種投資巨大，經濟效益預期較高的系統，保障其良好運行在管理中尤為重要。但在實際生產運行中，沼氣工程容易出現穩定性異?，F象，一旦系統嚴重失穩，重新恢復不僅需要較大的資金投入，還需要較長的時間，更嚴重的甚至無法恢復。目前沼氣工程普遍采用甲烷產量、產氣速率、pH值等常規指標表征厭氧發酵系統的穩定性。雖然這些指標便于監測，但因其具有滯后性往往在系統發生異常一段時間之后才會被發現。揮發性脂肪酸（VFA）質量濃度、碳酸氫鹽堿度（TIC）和兩者的比值（VFA/TIC）因其及時性和準確性更能反映厭氧發酵系統的運行狀態。
以VFA和TIC兩項指標的檢測為導向，中國農業大學最終研發出一套應用于規?；託夤こ痰膮捬醢l酵預警監控系統。該系統利用工業控制計算機作為上位機，運動控制器為下位機，結合傳感器與執行器技術，檢測出表征厭氧發酵狀態的VFA和TIC兩項重要指標；自身配備的清洗模塊可將滴定結束后的沼液殘渣清洗干凈，為下一次檢測做準備；利用嵌入的專家系統，判斷上述指標所代表的運行狀態并給出合理化處理建議；利用數據遠程傳輸功能，將檢測到的指標、運行狀態和處理建議通過網絡發送到用戶手機端，及時通知用戶其沼氣工程的運行狀態；當出現運行異常時，用戶可通過手機遠程回復相應處理建議，通過該系統本地的I/O口控制進料系統和攪拌系統的運行，進而實現沼氣工程運行異常的修復。該系統基于內部的自動運行程序，可根據預設時間實現自動在線監測預警，無需用戶手動干預。
規模化沼氣工程厭氧發酵預警監控系統可應用于畜禽廢棄物、農作物秸稈以及餐廚垃圾等不同發酵原料的規模化沼氣工程，適用范圍廣。該系統檢測的VFA和TIC兩項指標，相對于傳統儀器檢測的指標，更可及時、準確地反應沼氣工程厭氧發酵狀態，可靠性更高。同時該系統自身配備的進樣模塊、清洗模塊和設定的自動運行程序實現了自動在線監測預警，高度的自動化，在保障運行穩定的同時，也極大地降低了運營成本。信息的遠程發送，能夠讓用戶及時了解和控制其沼氣工程的運行，使異常處理更具時效性。規?；託夤こ虆捬醢l酵預警監控系統將有力保障沼氣工程的運行效率，助力我國規?；託夤こ痰陌l展。目前，研究小組在該領域共培養出碩士研究生3名，發表學術論文8篇，申請發明專利2項，申報軟件著作權2項。
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