沼氣旺火燒化土氣

習(xí)近平總書記在黨的十九大報告中指出：“要以‘一帶一路建設(shè)為重點，堅持引進(jìn)來和走出去并重，遵循共商共建共享原則，加強(qiáng)創(chuàng)新能力開放合作，形成陸海內(nèi)外聯(lián)動、東西雙向互濟(jì)的開放格局。”為更好地推進(jìn) “一帶一路”合作，加強(qiáng)同沿線國家的文化交流，根據(jù)學(xué)生母語背景的不同，編寫一套更適合其語言學(xué)習(xí)特點的教材就顯得十分有必要了。我們?nèi)宋纳缈祁I(lǐng)域的研究者在這項工作中責(zé)無旁貸。

建設(shè)美麗鄉(xiāng)村，必須要解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中的污染防治、農(nóng)村人居環(huán)境整治、固體廢棄物處置等問題。

沼氣被視為當(dāng)今最具希望的新能源形式之一。以厭氧發(fā)酵制取生物燃?xì)猓ㄋ追Q“沼氣”）的方式，能夠把巨量的工農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用，是促進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的極佳途徑。

我國曾大量修建農(nóng)村戶用沼氣池，但由于工藝簡陋、效率低下，始終不能進(jìn)一步推廣，甚至在一定程度上給人們帶來了極大誤解，認(rèn)為沼氣是一種低效、粗陋、缺乏科技含量的農(nóng)村土法工藝。而美國、德國和瑞典等發(fā)達(dá)國家卻在沼氣領(lǐng)域取得了重大突破，一座座極具科技含量的大型沼氣工程如雨后春筍般建起，為發(fā)達(dá)國家生態(tài)環(huán)境提升提供了巨大支撐。

投身于沼氣這個行業(yè)后，我切實體會到，這種差距絕不僅僅是數(shù)量上，而是農(nóng)村土法工藝和現(xiàn)代科技之間的代差，深感21世紀(jì)的中國沼氣人肩負(fù)重任。

我于2011年進(jìn)入四川大學(xué)人居環(huán)境研究所攻讀博士，研究方向是農(nóng)村人居環(huán)境工程，技術(shù)落腳點正是利用現(xiàn)代科技提升沼氣工程運(yùn)行效率。非常幸運(yùn)的是，我的導(dǎo)師和農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所建立了緊密的合作關(guān)系，使我得以在基礎(chǔ)理論、工程實踐和產(chǎn)業(yè)前沿等各個方面都得到極大幫助，迅速進(jìn)入了研究狀態(tài)。

現(xiàn)代沼氣工程中，提升沼氣發(fā)酵效率的主要手段有攪拌、增溫、使用添加劑等。我本科學(xué)的是建筑環(huán)境與設(shè)備工程，學(xué)科基礎(chǔ)是流體力學(xué)和熱力學(xué)，而攪拌的本質(zhì)是料液的流動過程，是可以用流體力學(xué)方法模擬計算的，所以我的注意力很自然地偏向了利用流體力學(xué)提高攪拌效率。

由于沼氣工程是全部在厭氧條件下發(fā)酵產(chǎn)氣，容器密閉不可視，所以很多設(shè)計人員在沒有掌握攪拌流場形態(tài)的情況下，隨意設(shè)計了一些攪拌措施，不但沒有提高效率還浪費(fèi)了動力?？吹竭@一點后，我著手設(shè)計了一個大型實驗，首先利用CFD（計算流體動力學(xué)）方法，建立了一些罐體的數(shù)字模型，為它們設(shè)計多種優(yōu)化攪拌措施，并模擬繪制攪拌產(chǎn)生的流場形態(tài)，在可視化的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)劣分析，再回過頭去改進(jìn)設(shè)計，篩選出幾個優(yōu)化的設(shè)計方案，并制造了實驗罐。

我用幾個優(yōu)化設(shè)計實驗罐和不攪拌的對照組進(jìn)行對比實驗的方式，針對沼氣工程常見原料工況，進(jìn)行了液態(tài)單相流、液液多相流、固液多相流的對照實驗，量化描述了我的優(yōu)化設(shè)計在各種工況下的產(chǎn)氣率和污染物去除率提升幅度，并通過CFD模擬流場圖進(jìn)行了原理分析。

類似的研究其實在業(yè)界并不少，但多是零散的對照實驗，缺乏流場圖和實驗結(jié)果的耦合，多為盲人摸象。我的這次大型變工況實驗全面比較了各種原料工況，量化描述了優(yōu)化程度，建立了一套優(yōu)化設(shè)計方法體系，獲得了較高評價，還異常獲得了2016年四川省科技進(jìn)步二等獎。

隨著沼氣科技的不斷進(jìn)步，很多原本不能以沼氣方式資源化利用的廢棄物，如高濃度有機(jī)工業(yè)廢水，也納入了沼氣原料范疇，產(chǎn)氣率的大幅提高也使沼氣發(fā)電、沼氣動力鍋爐、沼氣提純并網(wǎng)等新產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。新原料具有新的發(fā)酵特性，又帶來更多的空白亟待研究人員去填補(bǔ)。

責(zé)任編輯：樸添勤