CN103065224B - 一种生物质填埋管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质填埋管理方法，包括生物质填埋管理系统，生物质填埋管理系统包括计算机、若干个数据采集装置、若干个显示器、输入设备和打印机，所述数据采集装置、显示器、输入设备、打印机均与所述计算机连接。通过生物质填埋管理系统来统计各个国家或地区，填埋植物光合作用固定的CO2总量。填埋生物质多的国家或地区可帮助难以完成温室气体排放削减任务的国家或地区，促进“碳排放权交易”买卖，完成减排任务。逐步缓解大气温室效应；扼制两极冰川融化，控制海平面升高，维持地球气候和生物多样性；延长人类在地球上的生存时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质填埋管理方法。
背景技术
十八世纪工业革命以来，人类向大气中排放的CO2等温室气体逐年增加，大气温室效应随之增强，引起地球上的病、虫、害和传染性疾病濒发；海平面上升；气候反常，海洋风暴增多；土地干旱，沙漠化面积迅速扩大等一系列严重问题。大气中的CO2有80％来自人和动、植物的呼吸，20％来自燃料的燃烧。大气中的CO2有75％被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中的降水吸收溶解于水中。5％的CO2通过植物光合作用，转化为有机物质贮藏起来。近几十年来，由于人口急剧增加，工业迅猛发展，呼吸产生的CO2及煤炭、石油、天然气燃烧产生的CO2，大大超出过去的水平。加上对森林乱砍乱伐，随着城镇化建设规模的日益扩大，大量山地、水面和农田面积迅速减少，破坏了植被，减少了将CO2转化为有机物的条件。地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了对CO2的吸收溶解，破坏了CO2生成与转化的动态平衡，使大气中的CO2含量逐年增加。形成温室效应的气体中，CO2约占75％、氯氟代烷约占15%～20％，此外还有CH4、NO等30多种物质。大气中CO2增加1倍，全球平均气温将上升1.5～4.5℃，两极地区的气温升幅要比平均值高3倍左右。气温升高不可避免地使极地冰层部分融解，引起海平面上升。海平面升高1m，淹没土地五百万平方公里，受影响的人口约10亿，世界耕地总量减少1/3。特大风暴潮和盐水侵入，沿海海拔5m以下地区都将受到影响，这些地区的人口和粮食产量约占世界的1/2。一部分沿海城市可能要迁入内地，大部分沿海平原将发生盐渍化或沼泽化，不适于粮食生产。当海水入侵后，会造成江水水位抬高，泥沙淤积加速，洪水威胁加剧，使江河下游的环境急剧恶化。温室效应和全球气候变暖已经引起了世界各国的普遍关注，目前正在推进制订国际气候变化公约，减少CO2的排放已经成为大势所趋。生物质填埋就是利用植物光合作用吸收的CO2转变成有机化合物填埋到地下，减少地球大气中CO2的含量，但目前国内外还没有利用植物通过光合作用吸收大气中CO2，并将其填埋来扼制温室效应的方法和生物质填埋管理系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种可靠性高、存储量大、工作效率高的生物质填埋管理方法，通过将植物光合作用吸收CO2形成的生物质填埋到地下，减少地球大气层中CO2的含量；逐步缓解大气温室效应；扼制两极冰川融化，控制海平面升高，维持地球上气候多样性和生物多样性；延长人类在地球上的生存时间。植物被填埋后形成腐植质，若干年后或许由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化形成煤等矿物质，或许地壳向上运动将填埋物推到地表面，形成肥沃的土壤，更适合于农业的耕作和种植。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种生物质填埋管理方法，包括生物质填埋管理系统，所述生物质填埋管理系统包括计算机、若干个数据采集装置、若干个显示器、输入设备和打印机，所述数据采集装置、显示器、输入设备、打印机均与所述计算机连接；所述计算机与OPC服务器通信，所述数据采集装置与MES网站服务器通信；所述数据采集装置与生物质填埋场的植物含碳量碳测量仪、生物质填埋量计量器、填埋气体计数器、填埋渗滤液测量仪、贮气罐、渗滤液利用设备、填埋气体利用设备一对一连接，该方法为：
1）启动计算机，输入填埋日期、工号信息；
2）植物含碳量碳测量仪读取生物质的含碳信息，并传送至计算机，计算机将含碳信息传送至OPC服务器；
3）OPC服务器对接收的含碳信息数据内容进行验证，记录含碳信息的唯一性；
4）登记含碳信息唯一后，OPC服务器将同意生产确认指令发送给计算机，生物质填埋量计量器采集所述生物质填埋的重量、水分、填埋厚度、填埋密度、温度信息；根据生物质填埋的重量计算填埋的含碳化合物总量：所述填埋的含碳化合物总量等于所述含碳信息中的含碳量乘以生物质填埋的重量；
5）设定生物质填埋过程中，渗滤液位高为h1、贮气罐压力为P1；计算机分别根据h△=h2-h1、P△=P2-P1值的大小，控制渗滤液利用设备和填埋气体利用设备启动：
当h△大于0时，计算机控制渗滤液利用设备开始工作，当h△小于0时，计算机控制渗滤液利用设备停止工作；渗滤液利用设备工作时，与渗滤液利用设备连接的数据采集装置将渗滤液利用信息传送至计算机；
当P△大于0时，计算机控制填埋气体利用设备开始工作，当P△小于0时，计算机控制填埋气体利用设备停止工作；填埋气体利用设备工作时，与填埋气体利用设备连接的数据采集装置将填埋气体利用信息传送至计算机；
6）计算机根据渗滤液利用信息和填埋气体利用信息得到排放的含碳化合物总量，并计算最终填埋留下的含碳化合物总量，然后将最终填埋留下的含碳化合物总量的含碳量信息上传至OPC服务器；所述最终填埋留下的含碳化合物总量为所述填埋的含碳化合物总量与所述排放的含碳化合物总量之差。
本方法针对各国减排目标，通过对生物质填埋和对填埋信息的管埋，来达到限制地球大气中CO2温室气体的含量。
通过生物质填埋管理系统来统计各个国家或地区，填埋植物光合作用固定的CO2总量。填埋生物质多的国家或地区可帮助难以完成温室气体排放削减任务的国家或地区，促进“碳排放权交易”买卖，完成减排任务。逐步缓解大气温室效应；扼制两极冰川融化，控制海平面升高，维持地球气候多样性和生物多样性；延长人类在地球上的生存时间。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明方法可靠性高、存储量大、工作效率高。通过对生物质填埋信息的高效管理，可以抑制温室效应的加剧，延缓人类在地球表面生存时间，获得详细的二氧化碳填埋信息，方便各类人员的查询，增强了管理工作的时效和各国各地区节能减排的主动性；帮助难以完成温室气体排放削减任务的国家或地区，促进“碳排放权交易”买卖，完成减排任务。逐步缓解大气温室效应；扼制两极冰川融化，控制海平面升高，维持地球上气候多样性和生物多样性。
附图说明
图1为本发明一实施例生物质填埋管理系统结构框图；
图2为本发明一实施例数据采集装置与生物质填埋场设备连接示意图；
图3为本发明一实施例填埋气体综合利用设备结构示意图；
图4为本发明一实施例渗滤液综合利用设备结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一实施例生物质填埋管理系统包括计算机、若干个数据采集装置、若干个显示器、输入设备和打印机，所述数据采集装置、显示器、输入设备、打印机均与所述计算机连接；所述计算机与OPC服务器通信，所述数据采集装置与MES网站服务器通信；所述数据采集装置与生物质填埋场的植物含碳量碳测量仪、生物质填埋量计量器、填埋气体计数器、填埋渗滤液测量仪、贮气罐、渗滤液综合利用设备、填埋气体利用设备一对一连接。
如图2所示，本发明用到的数据采集装置有：气压表、气体流量表、气相色谱仪、高效液相色谱仪、重量测量仪、液位表、液体流量表。图2中的植物含碳量管理模块包括植物含碳量碳测量仪；生物质填埋管理系统包括生物质填埋量计量器；填埋气体管理模块包括填埋气体计数器、贮气罐；填埋渗滤液管理模块包括填埋渗滤液测量仪。
生物质填埋前通过植物含碳量碳测量仪采集含碳量，再通过填埋量计量器采集生物质重量、水份、填埋厚度、填埋密度、填埋温度；渗滤液回收利用时通过甲烷、氨氮传感器等数据采集装置采集利用量，通过流量传感器采集渗滤液利用率；填埋气体回收利用时通过甲烷、氮气、二氧化碳传感器等数据采集装置采集利用量，通过气量传感器采集气流利用率。
生物质填埋管理方法步骤为：
1）启动计算机，输入填埋日期、工号信息；
2）植物含碳量碳测量仪读取生物质的含碳信息，并传送至计算机，计算机将含碳信息传送至OPC服务器；
3）OPC服务器对接收的含碳信息数据内容进行验证，记录含碳信息的唯一性；
4）登记含碳信息唯一后，OPC服务器将同意生产确认指令发送给计算机，生物质填埋量计量器采集所述生物质填埋的重量、水分、填埋厚度、填埋密度、温度信息；根据生物质填埋的重量计算填埋的含碳化合物总量：所述填埋的含碳化合物总量等于所述含碳信息中的含碳量乘以生物质填埋的重量；
5）设定生物质填埋过程中，渗滤液位高为h1、贮气罐压力为P1；计算机分别根据h△=h2-h1、P△=P2-P1值的大小，控制渗滤液利用设备和填埋气体利用设备启动：
当h△大于0时，计算机控制渗滤液利用设备开始工作，当h△小于0时，计算机控制渗滤液利用设备停止工作；渗滤液利用设备工作时，与渗滤液利用设备连接的数据采集装置将渗滤液利用信息传送至计算机；
当P△大于0时，计算机控制填埋气体利用设备开始工作，当P△小于0时，计算机控制填埋气体利用设备停止工作；填埋气体利用设备工作时，与填埋气体利用设备连接的数据采集装置将填埋气体利用信息传送至计算机；
6）计算机根据渗滤液利用信息和填埋气体利用信息得到排放的含碳化合物总量，并计算最终填埋留下的含碳化合物总量，然后将最终填埋留下的含碳化合物总量的含碳量信息上传至OPC服务器；所述最终填埋留下的含碳化合物总量为所述填埋的含碳化合物总量与所述排放的含碳化合物总量之差。
生物质在填埋时，间距10～15m设置横向渗滤液收集槽和横向填埋气体收集管，每距15～20m设置一个竖向渗滤液收集井和竖向填埋气体收集井；
所有横向渗滤液收集槽与竖向渗滤液收集井相连，所有竖向渗滤液收集井与生物质填埋场的渗滤液池相连。生物质在腐烂分解过程产生的液体，通过横向渗滤液收集槽和竖向渗滤液收集井，汇集到渗滤液池中。
渗滤液池是一个水泥池（也可以是玻璃钢池、金属池等，池体材料不限），在渗滤池壁上装有液位高度测量仪。设定正常容纳液体高度为h1，但液体不会马上溢出来；当液体超过h1时，这个高度为h2；这时就要启动渗滤液综合利用设备来处理掉一部分渗滤液，让液面低于h1。
被处理的渗滤液总量通过液体流量仪可测出来，用高效液相色谱仪检测渗滤液含碳量，渗滤液经氨氮吹脱塔后，收集的氨气与硫酸反应生成硫酸铵液体，用液体流量计测量；经氨氮吹脱塔流出渗滤液，经酸化池产生甲烷，收集的甲烷气体用气体流量计测量，甲烷的含碳量用气相色谱仪可测量出来。被处理的渗滤液总含碳量-利用了渗滤液的含碳总量=排放渗滤液的含碳量。
所有竖向填埋气体收集井与贮气罐相连。生物质在腐烂分解过程产生的气体，通过横向填埋气体收集槽和竖向填埋气体收集井井口的管道汇集到贮气罐中。
贮气罐是铁罐子（也可以是玻璃钢水泥，罐体材料不限），在贮气罐内装有压力传感器，设定正常压力为P1，但还可以继续加进气体；当压力大于P1时，这个压力为P2；这时就要启动填埋气体综合利用设备来处理掉一部气体，让气压低于P1。
被处理的填埋气体总量通过气体流量仪可测出来，生物质填埋产生的气体叫填埋气体，填埋气体含碳量用气相色谱仪也可测量出来，填埋气体经膜分离技术后，分离出甲烷、二氧化碳、氮气和废气，甲烷、二氧化碳、氮气的含碳量用气相色谱仪同样可测量出来。
被处理的气体总含碳量-利用了的气体含碳总量=排放的气体含碳量。
填埋的生物质重量测量：
生物质填埋前可以打成捆，单个称量出每一捆重量，再加起来就是总填埋重量。也可以将生物质装在车上，连车一起过磅，填埋完后再称空车重量，可计算出填埋的生物质重量。
填埋的生物质含碳量测量：
当一批生物质运到填埋场后，先将生物质按含碳量高低，大约分几大类，每一类做几次含碳量测量，取平均值。
对于不便于进行含碳量分类测量的一捆捆生物质，取代表性的几个部位进行含碳量测量取平均值。
高效液相色谱仪的系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱内，由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数，在两相中作相对运动时，经过反复多次的吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪，数据以图谱形式打印出来。
示差折光检测器是一种高度稳定和灵敏的液相色谱和凝胶渗透色谱检测器，它可与输液泵，色谱柱，进样器等组成凝胶渗透色谱仪或高速液相色谱仪系统，也可以配置适当的进样系统作为单独的分析仪器使用。
使用时将植物制成溶液，倒入高效液相色谱仪的储液器里。
通常只使用高效液相色谱仪就可准确检测出含碳量，为了更准确就再使用示差折光检测器再检测一次，检测出将要填埋的生物质的含碳量。该设备测到的数据可直接传输给计算机或网络。
高效液相色谱仪可以使用美国安捷伦1260型、日本岛津UFLC、上海恒平LC1620等。
示差折光检测仪可以使用德国SCH2000、江苏汉邦RI-101等。
重量测量可以用天平、台称、地磅等。
天平：梅特勒-托利多、沈阳天平、上海天平厂等数百家厂生产。
地磅：梅特勒-托利多、武汉捷力、湖南山和、山东东昌等数百家厂生产。
气体测量仪
气相色谱仪能检测气体中含碳量，检测时，色谱仪利用色谱柱先将气体混合物分离，然后利用检测器依次检测已分离出来的组分。该设备测到的数据可直接传输给计算机或网络。
气相色谱仪可以使用美国安捷伦FID、上海GC126、北京SP-2100A、鲁南GC-2060等。
气压表：测量贮气罐气压，可以使用型号为无锡YXS-100、西安中天ZT等气压表。
气体流量表测量气体体积，可以使用西安中天ZTD、陕西和顺达LUGB等气体流量计。
渗滤液含碳量用高效液相色谱仪测量，如美国安捷伦1260型、日本岛津UFLC、上海恒平LC1620等。
液体流量表测量液体体积，体积乘密度就得出液体质量。
液体质量、渗滤液含碳量都可测出，液体生成新产物的总含碳量也可测出，两个数相减就得出排放的总含碳量，液体流量计采用陕西和顺达VNLD、江苏国仪DN等液体流量计。
液位计防液体溢出，测量液体体积，采用江苏中瑞ZR-UHZ、上海波德UHZ-519等液位计。
渗滤液综合利用设备：
如图4所示，渗滤液综合利用设备包括渗滤液池1；所述渗滤液池1通过A管道22与机械格栅2连通；所述机械格栅2与均和池3连通；所述均和池3顶部通过B管道23与石灰乳槽4连通，均和池3通过C管道52与氨氮吹脱塔5顶部连通；所述氨氮吹脱塔5底部设有风机27，氨氮吹脱塔5底部与酸化池6连通，氨氮吹脱塔5上部通过D管道31与氨气回收塔7底部连通；所述氨气回收塔7顶部设有排气管48，氨气回收塔7底部设有硫酸铵回收管30，氨气回收塔7底部与硫酸槽8连通；所述硫酸槽8通过E管道34与氨气回收塔7顶部连通；所述硫酸槽8通过F管道35与酸化池6连通；所述酸化池6通过G管道36与厌氧反应池9底部连通；所述厌氧反应池9顶部通过H管道40与甲烷回收塔10连通；所述甲烷回收塔10上设有甲烷输出口和废气排放口；所述厌氧反应池9上部通过I管道42与中沉池12连通；所述中沉池12通过J管道43与生物接触氧化塔11底部连通；所述生物接触氧化塔11上部与二沉池13连通；所述二沉池13通过K管道45与反渗透膜装置14连通；所述反渗透膜装置14与成品水箱15连通；所述厌氧反应池9底部、中沉池12底部和二沉池13底部分别通过L管道46、M管道47和N管道49与A污泥泵25连通，A污泥泵25与污泥浓缩池16连通，污泥浓缩池16与脱水机17连通，所述污泥浓缩池16与脱水机17连通的管道上设有B污泥泵26；所述污泥浓缩池16和脱水机17分别通过O管道50和P管道51与B渗滤液泵18连通，所述B渗滤液泵18与均和池3底部连通；所述A、C、D、G、I、J、K、O和P管道上设有渗滤液控制阀28；所述C、G和J管道上设有A渗滤液泵19；所述L、M和N管道上设有污泥控制阀41；所述硫酸铵回收管30上设有硫酸铵回收阀32和硫酸铵回收泵；所述B管道23上设有石灰乳液控制阀29；所述E和F管道上设有硫酸溶液控制阀33；所述E管道34上设有硫酸溶液泵21；所述K管道45上设有高压泵24；所述H管道40上设有气体控制阀37。其中，所述甲烷回收塔10甲烷输出口处设有甲烷控制阀39，甲烷回收塔10废气排放口处设有废气排放阀38；所述成品水箱15底部设有排水阀44；所述污泥浓缩池16为直径5～20米的圆池，污泥浓缩池16内设有搅拌机。渗滤液池收集的渗滤液，采用“脱氮—高效厌氧—接触氧化”工艺，整个方法包括氨氮吹脱，酸吸收法产生硫酸铵，高效厌氧生物分解产生甲烷和好氧处理厌氧池出水三部分。将硫酸铵、甲烷收集、提纯存罐。
填埋气体综合利用设备：
如图3所示，填埋气体综合利用设备包括贮气罐53；所述贮气罐53通过A1管道82与脱水塔54连通；所述脱水塔54底部通过M1管道55与渗滤液池56连通，脱水塔54顶部通过B1管道57与过滤塔58的底部连通；所述过滤塔58底部设有排污阀59，过滤塔58顶部通过C1管道60与脱硫塔61底部连通；所述脱硫塔61顶部通过D1管道62与真空脱氧塔63上部连通；所述真空脱氧塔63顶部设有脱氧溶液管64，脱氧溶液管64伸入真空脱氧塔63内腔，真空脱氧塔63底部设有排液阀65，真空脱氧塔63通过E1管道66与干燥塔67底部连通；所述干燥塔67顶部通过F1管道68与膜分离装置69连通；所述膜分离装置69通过N1管道89与缓冲器90连通；所述膜分离装置69通过G1管道70与吸附装置71连通，吸附装置71通过H1管道72与甲烷贮存罐73连通；所述膜分离装置69通过I1管道74与氮气纯化装置75连通，氮气纯化装置75通过J1管道76与氮气贮存罐77连通；所述膜分离装置69通过K1管道78与二氧化碳纯化装置79连通，二氧化碳纯化装置79通过L1管道80与二氧化碳贮存罐81连通；所述A1管道82上设有抽气泵83；所述F1、H1、J1和L1管道上设有气体增压泵84。其中，所述过滤塔58中设有多重活性炭过滤网；所述脱硫塔61中填料层为三氧化二铁；所述真空脱氧塔63内腔中脱氧溶液管64的末端设有喷淋盘85，喷淋盘85的下方设有木格条86；所述膜分离装置69中的有机膜由醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜或聚氟聚合物材料制成；所述吸附装置71中填充有活性炭；所述A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1、I1、J1、K1、L1、N1管道上以及甲烷贮存罐73、氮气贮存罐77、二氧化碳贮存罐81出口端均设有气体控制阀87，所述M1管道55上设有液体控制阀88。贮气罐收集的气体经脱水塔脱水、过滤塔过滤、脱硫塔脱硫、真空脱氧塔脱氧、干燥塔干燥后再经膜分离装置分离出甲烷、氮气、二氧化碳和废气，废气经过滤器过滤后排出。
分离出的甲烷经吸附装置提纯并压缩后收集到甲烷贮存罐中；将氮气经氮气纯化装置提纯并压缩后收集到氮气贮存罐中；将二氧化碳经二氧化碳纯化装置提纯并压缩后收集到二氧化碳贮存罐中。
Claims (1)
1.一种生物质填埋管理方法，包括生物质填埋管理系统，所述生物质填埋管理系统包括计算机、若干个数据采集装置、若干个显示器、输入设备和打印机，所述数据采集装置、显示器、输入设备、打印机均与所述计算机连接；所述计算机与OPC服务器通信，所述数据采集装置与MES网站服务器通信；所述数据采集装置与生物质填埋场的植物含碳量碳测量仪、生物质填埋量计量器、填埋气体计数器、填埋渗滤液测量仪、贮气罐、渗滤液利用设备、填埋气体利用设备一对一连接，其特征在于，该方法为：
1）启动计算机，输入填埋日期、工号信息；
2）植物含碳量碳测量仪读取生物质的含碳信息，并传送至计算机，计算机将含碳信息传送至OPC服务器；
3）OPC服务器对接收的含碳信息数据内容进行验证，记录含碳信息的唯一性；
4）登记含碳信息唯一后，OPC服务器将同意生产确认指令发送给计算机，生物质填埋量计量器采集所述生物质填埋的重量、水分、填埋厚度、填埋密度、温度信息；根据生物质填埋的重量计算填埋的含碳化合物总量：所述填埋的含碳化合物总量等于所述含碳信息中的含碳量乘以生物质填埋的重量；
5）设定生物质填埋过程中，渗滤液位高为h1、贮气罐压力为P1；计算机分别根据h△=h2-h1、P△=P2-P1值的大小，控制渗滤液利用设备和填埋气体利用设备启动：生物质在填埋时，间距10～15m设置横向渗滤液收集槽和横向填埋气体收集管，每距15～20m设置一个竖向渗滤液收集井和竖向填埋气体收集井；所述横向渗滤液收集井与竖向渗滤液收集井相连，所有竖向渗滤液收集井与生物质填埋场的渗滤液池相连，生物质在腐烂分解过程产生的液体，通过横向渗滤液收集井和竖向渗滤液收集井，汇集到渗滤液池中；
当h△大于0时，计算机控制渗滤液利用设备开始工作，当h△小于0时，计算机控制渗滤液利用设备停止工作；渗滤液利用设备工作时，与渗滤液利用设备连接的数据采集装置将渗滤液利用信息传送至计算机；
当P△大于0时，计算机控制填埋气体利用设备开始工作，当P△小于0时，计算机控制填埋气体利用设备停止工作；填埋气体利用设备工作时，与填埋气体利用设备连接的数据采集装置将填埋气体利用信息传送至计算机；
6）计算机根据渗滤液利用信息和填埋气体利用信息得到排放的含碳化合物总量，并计算最终填埋留下的含碳化合物总量，然后将最终填埋留下的含碳化合物总量的含碳量信息上传至OPC服务器；所述最终填埋留下的含碳化合物总量为所述填埋的含碳化合物总量与所述排放的含碳化合物总量之差。
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