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1、沼氣在城市污水處理上的應(yīng)用沼氣在城市污水處理上的應(yīng)用摘要我國(guó)人屮型沼氣工程近年發(fā)展迅速,最初以人畜糞便、作物秸稈為簡(jiǎn)單原料以處理污染 和制取沼氣,現(xiàn)在己發(fā)展擴(kuò)人到處理利用食品、制藥、化工、生活污水等多種廢水。本文介 紹沼氣在城市污水處理上的應(yīng)用和前景。關(guān)鍵詞沼氣;城市污水;污水處理0 前言沼氣,是以人畜糞便、作物秸稈、可發(fā)酵的固液廢棄物、富含微生物和有機(jī)物的污水等 為原料,經(jīng)過(guò)發(fā)酵處理而生產(chǎn)甲烷氣體一種高效町再生能源建設(shè)技術(shù)。沼氣在為人們提供高 質(zhì)聚生活能源的同時(shí),能有效處理人畜糞便、生物秸稈、污水廢棄物等,改善環(huán)境一衛(wèi)生,具 有良好的牛態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,城
2、市污水處理也成 了越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題而城市污水及其處理得到的污泥中富含大量的有機(jī)物和微生物止好適 于發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。1 城市污水生產(chǎn)沼氣的原理1.1城市污水的成分城市污水主要包括生活污水和工業(yè)污水,由城市排水管網(wǎng)匯集并輸送到污水處理廠進(jìn)行 處理。不同行業(yè)、不同種類(lèi)的工業(yè)企業(yè),廢水的排放雖以及廢水的成份也各不相同。隨工業(yè) 廢水排放的主要污染物有酚、氧、重金屬、石油類(lèi)、酸堿鹽類(lèi)和各種有機(jī)物等。城市綸活 污水,主要是城市居民口常生活排放的各種污水;此外,還包括醫(yī)院、集體單位和公共福利 事業(yè)排放的污水,以及城市地面經(jīng)雨水沖刷形成的污水等。城市生活污水的成份主要是各種 有機(jī)物、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)、懸浮物,以及各種細(xì)菌
3、、病毒、病原菌、寄生蟲(chóng)等微牛:物卩。1.2城市污水產(chǎn)生沼氣沼氣技術(shù)即厭氧消化技術(shù),主要用于處理人畜糞便和高濃度工業(yè)有機(jī)廢水,產(chǎn)生沼氣必 須貝有以下兒種物質(zhì)和相應(yīng)的條件,即:沼氣菌種、發(fā)酵原料、水分、密閉容器、溫度和酸 堿度等。沼氣菌分為兩人類(lèi):一類(lèi)叫做分解菌;另一類(lèi)叫做產(chǎn)甲烷菌山。它們的作用是,先 山分解菌將有機(jī)物腐爛,分解成為結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的有機(jī)物質(zhì);后山產(chǎn)甲烷菌把這些結(jié)構(gòu)比較 簡(jiǎn)單的冇機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成屮烷和二氧化碳。在沼氣發(fā)酵的過(guò)程中,這兩類(lèi)細(xì)菌的作川不是截然 分開(kāi)而是相輔相成的。沼氣菌從有機(jī)物質(zhì)里吸收碳素、氮素和無(wú)機(jī)鹽等養(yǎng)料來(lái)生長(zhǎng)和繁衍, 進(jìn)行新陳代謝并產(chǎn)牛沼氣。沼氣發(fā)酵主要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段:液化
4、階段、產(chǎn)酸階段、產(chǎn)卬烷階段,涉及到的細(xì)菌包括: 發(fā)酵性細(xì)菌、產(chǎn)紅產(chǎn)乙酸細(xì)菌、耗氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌等現(xiàn) 沼氣發(fā)酵過(guò)程是多種細(xì)菌 協(xié)同完成的微牛物學(xué)過(guò)程。沼氣發(fā)酵工藝以農(nóng)業(yè)剩余物和農(nóng)產(chǎn)品加工朋水及廢渣等各種有機(jī)物為原料,采用不同工 程措施,在厭氧條件下利用微生物的話動(dòng),生產(chǎn)招氣并使有機(jī)物得到處理的過(guò)程。由于發(fā)酵 原料和發(fā)酵條件的不同,所采用的發(fā)酵工藝也多種多樣。冃前應(yīng)用或研究較多 的工藝類(lèi)型有常規(guī)消化器、高速滑化器厭氧接觸工藝、厭氧濾器、上流式厭氧污泥床、厭氧 穢脹床、厭氧淞化床,兩階段厭氧消化、千發(fā)酵和填埋等冷。城市污水的污泥丿犬氧消化系統(tǒng)包括污泥濃縮、慶氧消化、脫水和沼氣手機(jī)、預(yù)處理與利 用
5、。絕大多數(shù)廠家采用中溫厭氧消化工藝。采卅一級(jí)消化和二級(jí)消化工藝的污水廠比約為 1:1 。2 城市污水產(chǎn)生的沼氣的利用目詢國(guó)內(nèi)小型家用沼氣綸產(chǎn)的沼氣主要用于日常炊事能源消耗和照明用,人中型沼氣工 程在處理污水的同時(shí),生產(chǎn)的沼氣用途主要冇三種:使用沼氣鍋爐直接加熱消化池消化污泥 或?yàn)槠渌ㄖ锖陀脩籼峁崮埽皇褂谜託鈾C(jī)驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī),并利用余熱回收裝置冋收沼氣機(jī) 得余熱加熱消化池;利用沼氣機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)熱,余熱加熱消化污泥xi。2.1城市污水處理廠沼氣機(jī)熱泵的應(yīng)用沼氣熱泵系統(tǒng)是利用沼氣燃燒產(chǎn)生高溫的煙氣作為吸收式熱泵驅(qū)動(dòng)力的系統(tǒng),利用沼氣 發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)熱泵系統(tǒng)中的壓縮機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)回收污水中熱能,該系統(tǒng)集
6、成了生物質(zhì)能利用和 余熱冋收的熱泵節(jié)能技術(shù),實(shí)現(xiàn)了污水資源的有效利用。由于污泥經(jīng)消化作用產(chǎn)生的沼氣具 有高熱值、抗爆性等特點(diǎn),可以作為污水源熱泵的驅(qū)動(dòng)能源。沼氣機(jī)熱泵系統(tǒng)山動(dòng)力單元和熱泵單元組成,沼氣經(jīng)凈化處理后進(jìn)入沼氣機(jī)燃燒后釋放 的人部分熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)熱泵圧縮機(jī)運(yùn)行,其余則以廢棄排放和缸套散熱的形式排入 環(huán)境中,為了回收利用這部分余熱,系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)回收余熱裝置,使待加熱流體在冷凝器 中升溫后,再依次進(jìn)入缸套冷卻水換熱器和排氣換熱器,被繼續(xù)加熱成高溫流體供川戶使川 。因此,系統(tǒng)可以提供的高位熱能包括:冷凝熱、回收的缸套冷卻熱和高溫排氣余熱。2. 2城市污水處理廠沼氣鼓風(fēng)機(jī)的應(yīng)用在城市
7、污水治理中,需使用鼓風(fēng)機(jī),向污水中強(qiáng)制加入空氣,使池內(nèi)污水與空氣接 觸充氧,并攪動(dòng)液體,加速空氣中的氧氣向液體中的轉(zhuǎn)移,防止池內(nèi)懸浮體下沉,加 強(qiáng)池內(nèi)有機(jī)物與微牛物及溶解氧的接觸,對(duì)污水中有機(jī)物進(jìn)行氧化分解。而污水處理 廠用于牛:物池曝氣鼓風(fēng)機(jī)的用電量占了總電量的40%18-91,以沼氣鼓風(fēng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電動(dòng) 鼓風(fēng)機(jī)用于牛物池曝氣能節(jié)約大量電能。沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)將沼氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能帶動(dòng)鼓風(fēng) 機(jī),運(yùn)行簡(jiǎn)單可行性好。2.3城市污水處理廠沼氣發(fā)電利川污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行發(fā)電在經(jīng)濟(jì)上完全可行,可在3年左右收回投資成本 |,7;沼氣的主要成分是甲烷ch4, 一般污水廠消化氣屮甲烷的含量約為60%-6
8、5%,燃燒熱 值約為21-23mj/m3,優(yōu)良的燃料沼氣作為燃料發(fā)電完全可行,選擇適當(dāng)功率的發(fā)電機(jī), 沼氣發(fā)電的余熱還可以保證消化池的正常運(yùn)行,每處理in?的污水產(chǎn)生的電能達(dá)到 0.191kw.h,21o污水處理廠沼氣發(fā)電不僅有很好的社會(huì)效益,經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益均十分突 111,污水廠沼氣發(fā)電還町保證污水廠的供電穩(wěn)定性,可解決由于突發(fā)斷電陽(yáng)產(chǎn)生的一系列問(wèn) 題。我國(guó)能源緊缺,污水處理廠能耗高、污染物資源化和能源回收利用的程度低,實(shí)行污泥 厭氧消化并綜合利用沼氣是十分必要的,國(guó)家宏觀政策的引導(dǎo)將有助于污水處理廠沼氣發(fā)電 的迅速發(fā)展。城市污水處理廠沼氣發(fā)電主要冇兩種方式:沼氣發(fā)電機(jī)和沼氣燃料電池發(fā)電
9、。沼氣可以 有效的作為往復(fù)式發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)得主耍燃料來(lái)源,以發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,將 沼氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,是沼氣能量一種有效利用方式。沼氣燃料電池將沼氣的化學(xué)能宜 接轉(zhuǎn)化為電能,一般冇三個(gè)單元組成:燃料處理單元、發(fā)電單元和電流轉(zhuǎn)化單元,,j3j4,o 2.4剩余污泥殘?jiān)奶幚砝贸鞘形鬯诮?jīng)過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣和脫水后,剩余物質(zhì)就是沼渣。有些沼渣中的有機(jī)質(zhì)和腐 殖酸對(duì)改良土壤起著重要作用,全氮、全磷和全鉀等元素可以滿足作物生產(chǎn)的需要,未腐熟 的原料,可在施入農(nóng)iii屮繼續(xù)發(fā)酵,釋放養(yǎng)分。而更多的污泥殘?jiān)『衧io?和a1o可以 作為建筑材料;污泥中仍含大量有機(jī)物,可以直接燃燒供能發(fā)電;
10、有些污泥加工后可以作為 吸附劑使用】。據(jù)調(diào)查,我國(guó)城市污水處理廠污泥處置中,用于作肥料的占48%,用于填埋 的占34%。而且工業(yè)廢水污泥小含重金屬很多,容易造成二次污染,處理過(guò)程要尤為小心。3 沼氣在城市污水處理上的發(fā)展與前景我國(guó)冇大雖城市污水亟待處理,據(jù)估算,ii前我國(guó)城市污水處理廠污泥屋以每年10% 的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)20,但目前采用污泥厭氧消化并產(chǎn)沼氣的城市污水廠僅占10%左右,這表明 以城市污泥產(chǎn)沼氣有巨大發(fā)展空間。城市污水是一種污染物,但更是一種潛在可利川的寶貴 資源。污泥厭氧消化沼氣利用是實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化相統(tǒng)一的有效手 段。而對(duì)全球環(huán)境污染、能源危機(jī)等嚴(yán)峻形勢(shì),這種
11、克同時(shí)削減污染和產(chǎn)綸生物能的經(jīng)濟(jì)實(shí) 用技術(shù),符合可持續(xù)發(fā)展,建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略,因此必將具 有廣闊的發(fā)展前景。4 總結(jié)調(diào)杳表明,目前我國(guó)沼氣利用仍以較為低級(jí)的燃燒供熱為主,上要用于污水廠污泥升溫 級(jí)作為廠內(nèi)?;钣脷?。在該參考文獻(xiàn)的調(diào)查數(shù)據(jù)屮,僅有6家污水處理廠釆用沼氣發(fā)電, 4家污水廠以直聯(lián)式沼氣風(fēng)機(jī)形式利用。沼氣能源的利用率還不夠高。城市污水處理產(chǎn)生的大量沼氣主要成分為ch。和co2,還含有微量的hs?氣體,hs2 溶于水汽屮產(chǎn)牛氫硫酸將對(duì)輸氣管道、貯氣和用氣設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕,因此污泥厭氧消化 產(chǎn)生的沼氣在利用之詢必須經(jīng)過(guò)脫硫處理刖1。污你厭氧消化處理系統(tǒng)投資很高
12、,在我國(guó)通常占污水廠總投資1/31/2,運(yùn)行費(fèi)用不 足;污泥厭氧消化工藝操作比較復(fù)雜,運(yùn)行難度人,還受到污水廠木身規(guī)模和處理污水量的 影響;另外還存在一定消防隱患,消化池的攪拌和浮渣問(wèn)題,管道清理維護(hù)問(wèn)題等。參考文獻(xiàn)1 周孟津沼氣發(fā)酵原理及工藝j 太陽(yáng)能,1993, (3) :20-23.2 楊學(xué)俊.沼氣厭氧發(fā)酵處理城市污水j1 .四川建筑,1989, (4) :52-53.3厭氧反應(yīng)器將污泥轉(zhuǎn)化為沼氣【n】.經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào):紙業(yè)技術(shù),2009 (1) :3435.4王中民.污水處置與沼氣利用j.西南給排水,1996 (2) :1-5.【5】康曉鵑,王世和.城市污水處理廠污泥沼氣資源化利用【j】.中
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