沼氣在城市污水處理上的應(yīng)用

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、作物秸稈為簡單原料以處理污染 和制取沼氣，現(xiàn)在己發(fā)展擴人到處理利用食品、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、富含微生物和有機物的污水等 為原料，經(jīng)過發(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，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)濟效益和社會效益。隨著我國城市化進程的加快，城

2、市污水處理也成 了越來越嚴重的問題而城市污水及其處理得到的污泥中富含大量的有機物和微生物止好適 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行 處理。不同行業(yè)、不同種類的工業(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、酸堿鹽類和各種有機物等。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 有機物、無機鹽類、懸浮物，以及各種細菌

3、、病毒、病原菌、寄生蟲等微牛: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：一類叫做分解菌；另一類叫做產(chǎn)甲烷菌山。它們的作用是，先 山分解菌將有機物腐爛，分解成為結(jié)構(gòu)比較簡單的有機物質(zhì)；后山產(chǎn)甲烷菌把這些結(jié)構(gòu)比較 簡單的冇機物質(zhì)轉(zhuǎn)變成屮烷和二氧化碳。在沼氣發(fā)酵的過程中，這兩類細菌的作川不是截然 分開而是相輔相成的。沼氣菌從有機物質(zhì)里吸收碳素、氮素和無機鹽等養(yǎng)料來生長和繁衍, 進行新陳代謝并產(chǎn)牛沼氣。沼氣發(fā)酵主要經(jīng)過三個階段：液化

4、階段、產(chǎn)酸階段、產(chǎn)卬烷階段，涉及到的細菌包括: 發(fā)酵性細菌、產(chǎn)紅產(chǎn)乙酸細菌、耗氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌等現(xiàn) 沼氣發(fā)酵過程是多種細菌 協(xié)同完成的微牛物學(xué)過程。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，生產(chǎn)招氣并使有機物得到處理的過程。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、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。采卅一級消化和二級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，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 或為其他建筑物和用戶提供熱能；使用沼氣機驅(qū)動鼓風機，并利用余熱回收裝置冋收沼氣機 得余熱加熱消化池；利用沼氣機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)熱，余熱加熱消化污泥xi。2.1城市污水處理廠沼氣機熱泵的應(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)動力的系統(tǒng)，利用沼氣 發(fā)動機直接驅(qū)動熱泵系統(tǒng)中的壓縮機來實現(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，可以作為污水源熱泵的驅(qū)動能源。沼氣機熱泵系統(tǒng)山動力單元和熱泵單元組成，沼氣經(jīng)凈化處理后進入沼氣機燃燒后釋放 的人部分熱能轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)動熱泵圧縮機運行，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)置兩個回收余熱裝置，使待加熱流體在冷凝器 中升溫后，再依次進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機的應(yīng)用在城市

7、污水治理中，需使用鼓風機，向污水中強制加入空氣，使池內(nèi)污水與空氣接 觸充氧，并攪動液體，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 強池內(nèi)有機物與微牛物及溶解氧的接觸，對污水中有機物進行氧化分解。而污水處理 廠用于牛:物池曝氣鼓風機的用電量占了總電量的40%18-91,以沼氣鼓風機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電動 鼓風機用于牛物池曝氣能節(jié)約大量電能。沼氣發(fā)動機將沼氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能帶動鼓風 機，運行簡單可行性好。2.3城市污水處理廠沼氣發(fā)電利川污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣進行發(fā)電在經(jīng)濟上完全可行，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，選擇適當功率的發(fā)電機, 沼氣發(fā)電的余熱還可以保證消化池的正常運行，每處理in?的污水產(chǎn)生的電能達到 0.191kw.h,21o污水處理廠沼氣發(fā)電不僅有很好的社會效益，經(jīng)濟效益和環(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)斷電陽產(chǎn)生的一系列問 題。我國能源緊缺，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，實行污泥 厭氧消化并綜合利用沼氣是十分必要的，國家宏觀政策的引導(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)電機和汽輪機得主耍燃料來源，以發(fā)動機的動力來驅(qū)動發(fā)電機發(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剩余污泥殘渣的處理利用城市污水在經(jīng)過發(fā)酵產(chǎn)生沼氣和脫水后，剩余物質(zhì)就是沼渣。有些沼渣中的有機質(zhì)和腐 殖酸對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。而更多的污泥殘渣小含有sio?和a1o可以 作為建筑材料；污泥中仍含大量有機物，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)展與前景我國冇大雖城市污水亟待處理，據(jù)估算，ii前我國城市污水處理廠污泥屋以每年10% 的增長率增長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現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化相統(tǒng)一的有效手 段。而對全球環(huán)境污染、能源危機等嚴峻形勢，這種

11、克同時削減污染和產(chǎn)綸生物能的經(jīng)濟實 用技術(shù)，符合可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的國家發(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，目前我國沼氣利用仍以較為低級的燃燒供熱為主，上要用于污水廠污泥升溫 級作為廠內(nèi)牛活用氣。在該參考文獻的調(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)式沼氣風機形式利用。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)牛氫硫酸將對輸氣管道、貯氣和用氣設(shè)備造成嚴重的腐蝕，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、，在我國通常占污水廠總投資1/31/2，運行費用不 足；污泥厭氧消化工藝操作比較復(fù)雜，運行難度人，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題，管道清理維護問題等。參考文獻1 周孟津沼氣發(fā)酵原理及工藝j 太陽能,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)濟導(dǎo)報：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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