基于物质流分析的中国生物燃料乙醇的磷代谢研究

发布时间：2020-11-20 12:37

　　 磷是我国重要的战略性资源之一。而需求量的不断增加与不可持续的经济社会代谢方式造成了磷资源需求与供给的矛盾。生物燃料乙醇作为重点发展的液体能源，其整个生命周期过程如原材料种植、运输、生产、消费、遗弃等环节的磷资源代谢是否会对环境造成影响，磷资源的流动是否能封闭，是否会影响中国磷资源和生物燃料乙醇的发展战略。如何在发展生物燃料乙醇的同时降低资源和环境的负担，需要进行研究。 本文利用物质流分析的方法描述我国玉米和木薯燃料乙醇整个生命周期中的磷代谢途径。研究时间为2008年，结果图用e!Sankey软件绘制。其中，玉米燃料乙醇以黑龙江华润酒精有限公司、吉林燃料乙醇有限公司、安徽丰源生化燃料乙醇有限公司为代表企业，木薯燃料乙醇以广西中粮生物能源有限公司为代表企业。首先，建立生物燃料乙醇整个生命周期的磷代谢模型，包括磷矿开采、磷产品生产，原料种植，乙醇制取几个阶段和各阶段的废物处置。依据物质流分析方法对模型中的每一过程进行详细的核算，在引入各阶段产品与副产品经济分配比率的基础上，得到玉米和木薯燃料乙醇静态磷物质流分析模型。 对磷流动和存储的评价结果表明，我国生物燃料乙醇产业磷代谢的结构表现出资源输入强度大，利用效率和循环效率低，水体排放和土壤积累率高的特点。其中，磷矿开采和工厂加工废水占水体总负荷的比例较大。发展生物燃料乙醇对我国磷矿资源的消耗年限影响较大，如果在全国范围内推广E85生物燃料乙醇，按照现有的资源消耗速率，将使我国的磷矿资源每年减少约8-9年。 从磷资源消耗角度比较，发展玉米燃料乙醇优于木薯燃料乙醇。就全国平均值而言，发展木薯燃料乙醇比玉米燃料乙醇对磷资源消耗年限的影响大。与玉米种植相比，木薯种植过程中需要投入的磷资源多，且资源利用率低，土壤积累率高。玉米种植各省差异较大，安徽省的磷资源投入量远高于另外两个省份，资源利用率仅26.08%，土壤积累率高达72.37%。与其他两个省份相比，吉林省的磷循环途径较好。从水污染角度比较，发展木薯燃料乙醇优于玉米燃料乙醇。生产1t燃料乙醇，玉米和木薯燃料乙醇整个生命周期分别进入水体5.363kgP·t~(-1)和4.306kgP·t~(-1)。本文提出在生物燃料乙醇的产业链中，可通过优化产业结构，加强各阶段副产品利用等措施提高资源代谢效率，减少环境污染。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：S216.2
【部分图文】：

玉米和木薯是一年一熟的，因而本研究的时间间隔取一年。研究年份选择处于稳定发展的‘十一五计划’的中间阶段，2008 年。此外，根据生物燃料乙醇的发展情况看，2008 年的数据具有代表性和可靠性。以 2008年作为基准年，认为实体经济在这段时间处于稳定运行阶段，且所有的生物地理化学过程在该研究年限内达到了平衡。3.3 磷代谢模型建立在明确研究目的和界定系统边界后，需要根据研究对象的自然、经济、社会和环境等属性，概化和定义物质流动和存储的结构框架。刘毅等[44]从磷化工业、农业种植、规模养殖、家庭养殖、农村居民、城市居民、城市污水处理几个方面进行了中国静态磷物质流分析。其中农业种植中详细分析了磷的输入输出量。Fan 等[7]利用物质流分析的方法对我国远古时期，传统农业种植时期，现代工业发展时期进行了磷代谢的分析，通过比较三个时期的磷代谢模型得出人类活动不仅使磷资源的使用量增加，还使磷资源的代谢变得复杂。

采中的磷肥来自于岩石圈沉积的磷矿的开采。中和第二大磷肥生产国[75]。Zhang 等[76]研究表明，用率仅为 39%，即含 10kg P 的磷矿中，只有 3.9废弃在开采地的残渣，0.5kg P 为加工产生的废由于磷矿开采活动的不合理，尤其是小型的，效量中，由于沉积成因不同，80%是低品质磷矿；量为 23%，即 10%P。只有 7%为高品质磷矿，采和磷肥工业会导致土地资源的污染和水环境用于磷肥的生产[3]，除了磷肥，磷矿还可以生产业。磷矿开采时，通过一定的开采技术使磷矿磷矿开采和矿石粗选的过程会产生大量的含磷堆放与丢弃对环境造成了影响。进一步对原矿量的含磷废水污染水体，选出的磷精矿进行作上分析，得到了磷矿开采过程中的磷代谢分析模

农村和城镇人口的排泄物进入耕地中磷，由于牲畜养殖等产生的粪入耕地中的磷，还包括对作物施加有机磷农药和磷肥产生的磷流，有的对农田实行污灌，灌溉水中含有一定的磷，考虑到种植过程中种子的投一些秸秆废弃物对土地中的残留等，也是磷输入流的一部分。自然输入主要是降雨引入的磷，因磷经由大气圈与土壤、水体的循环通量很小，气沉降和地表挥发过程可忽略不计。牲畜粪便作为重要的一项原料种植的磷输入，在整个磷的循环过程中起着重要的作用，是连接农业，畜牧重要途径，但本研究认为生物燃料乙醇的增加导致作物产量的增加，对量不产生直接影响。因而模型中只考虑现有的牲畜量对磷循环的影响。粪便的其他途径与本研究的目的不直接相关。另外，经过调查和计算，种植系统中污灌引入耕地的磷与系统的交换量相对较小，模型中不考虑的输出流除了部分进入作物（玉米籽粒、木薯块茎）外，另外一部分进秆。秸秆部分回田进入土地，部分作为牲畜饲料，部分被燃烧。考虑到的饲料用途，它是原料种植过程的副产品，存在产品与副产品之间分配的问题。未被利用的磷积累在土壤中，易于随地表径流和渗漏进入水体
【参考文献】

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本文编号：2891421