中国石油大庆职业学院 计算机应用工程系 黑龙江省大庆市 163255
摘要：在人类生产生活对环境的负面影响愈演愈烈的今天，减少生产生活中废水废物以及废气的排放成为人类的急切需求。本文利用温室自身的供需关系以及温室内水和热量的消耗和产出，提出将居民所产生的废弃热能、水、有机物以及磷、氮、钾用过不同的技术手段重新加以利用，从而形成零排放的绿色环保的生活闭环。
关键词：生活闭环、温室、有机循环
温室小镇
温室是一种不使用化石燃料，只需要很少的能源或电力的园艺活动，能源都来自太阳能光伏或生物质，并只需要少量的水。在邻里层面，居民和温室都可以相互受益。作为一种未来的技术，它将被用来使热能、水和有机循环成为一个闭环（图1）。
热能
温室可吸收太阳辐射，也可吸收来自地球的永久辐射，因此会有余热需要排出，特别是在阳光充足的夏季。在这种情况下，温室的余热将通过管道进行交换，然后输送到住宅进行供暖，以减少使用燃气的热量需求。另一方面，在寒冷或没有阳光的日子里，家用暖气片使用温室所产生的热量也可以用于取暖。
有机废物
来自真空厕所和厨房的有机物可以被处理以产生沼气。有机垃圾被处理后所产生的废物（污泥废水和UASB废水）含有P、N、K，这些是可以用于温室气体排放的肥料 (Kristinsson J. , 2006)。
水
住宅中的中水可被膜生物反应器（MBR）处理，但处理后的中水缺乏矿物质，因此不具备允许作为饮用水的条件，但这些水仍可用于热量交换和灌溉。
利用水流产生能量
使用未经处理的中水作为能源之一。根据 (Kujawa-Roeleveld K. &., 2006)，中水产量为91.3升/人/日。假设小镇中有363名成人居住在小镇中，根据这一数字，每年将有12096 m2的废水被生产出来。
在图2所示的系统中，利用重力势能，通过发电机来驱动水轮机发电。中水从入水口流入，从出水口流出（假定中水管与水轮机的高度差为2m）。到达固废拦截装置，大部分固废都被拦截在那里。然后中水到达水轮机，由重力势能的作用把数轮机调动起来，使这台发电机开始工作并发电。最后，所有的中水进入下水道系统。
根据牛顿万有引力定律，ep（h）=mgh（e=能量m=重量g=重力h=高度）。因此，在一个正常的年份里，
EP（H）=12.1*106kg*9.8 m/s*2m=237.16*106J=237.16MJ=65.6 kWh。
由此可得，每年的总发电量理论上是65.6千瓦时。在这种情况下，例如对于这个能量，可以支持65.6*103/40=1640h的40W的光，这可以支持一个家庭使用超过68天。
水解消化法生产生物气体
生物天然气在生产中的水解消化是将碳水合物和蛋白质分解为糖和-NH3。在这个过程中，材料在高至300℃的温度中被处理 (Shafizadeh F. B., 1979)。由于这样高温，易挥发的物质能够被快速的分解 (Ye Sun J. C., 2009)。
藻类在生物燃气生产中的应用
藻类主要含多糖，不含木质素，只含少量纤维素。因此，它是一种通过厌氧消化很容易转化为甲烷的物质。在藻类生产生物燃气的过程中，藻类原料经过水解和微生物发酵，水解出高分子聚合物，并在原料中发酵 (SB. L. , 1990)，然后导入产乙酸细菌，将物质转化为CO2、H2和-COOH。最后，利用产甲烷微生物将这些产物转化为CH4和CO2。
这是一种生产可再生能源的高效工艺，但这项技术目前还处于实验室研究阶段，可以作为一种未来技术受到关注 (Alberto Vergara-Fernandeza F. V., 2007)。
参考文献
Alberto Vergara-Fernandeza, G. V. (2007). Evaluation of marine algae as a source of biogas in a two-stage anaerobic reactor system . Temuco : Elsevier.
Kujawa-Roeleveld, K., Weijma, J., & Nanninga, T. (2012). Nieuwe Sanitatie op wijkniveau, Resultaten en ervaringen demo-site Sneek en perspectieven voor opschaling. Lettinga Associates Foundation.
Kristinsson, J. (2006). The Energy-producing Greenhouse . Geneva, Switzerland : PLEA2006 - The 23rd Conference on Passive and Low Energy Architecture .
SB., L. (1990). Cellulose degradation in anaerobic environments . Chile: Annual Review of Microbiology .
Shafizadeh, F. B. (1979). Thermal degradation of cellulose in air and nitrogen at low temperatures . L.A.: J. Appl. Poly. Sci. .
Ye Sun, J. C. (2000). Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review . Carolina :  Bioresource Technology 83 .
论文作者:程 远
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第10期
论文发表时间:2019/9/29
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