关键词：厌氧反应 生物脱硫 双膜气柜 沼气锅炉 火炬
酿造废水的特点：是悬浮物高，有机负荷高，可生化性强。处理工艺一般采用厌氧、好氧生物反应，沼气就是厌氧反应的产物。如何高效利用沼气，不仅可以节约企业的花销，给企业带来经济效益，也能够带来良好的社会效益以及环境效益。本文针对沼气利用的经济和能源性进行具体分析，降低全厂的运行成本及再生能源的使用。
1 水处理系统沼气应用现状
厌氧反应产生的沼气主要成分是甲烷，具有易燃、易爆的特点，且沼气过多的排放到空气中则会造成环境污染，其所造成的后果远高于二氧化碳等气体所造成的危害。目前，污水处理过程产生的沼气多采用直接燃烧的方法进行排空，不仅大量的热能被浪费，而且厌氧反应过程中产生的H2S燃烧时产生SO2等污染物，对大气造成了污染。因此如何充分利用这些沼气，不仅是企业提高经济效益的需要，也是节能减排实现经济循环发展的需要，更是承担社会责任的需要。
2 沼气的价值
污水处理厂厌氧消化产生的沼气主要成份CH4、CO2、并含有少量硫化氢，CH4的燃烧值为35000～40000KJ/m3，沼气的燃烧值随CH4含量而异，每立方沼气中甲烷含量一般为65%以上，所以每立方沼气燃烧值为22750 KJ/m3。而标煤燃烧值为29274KJ/Kg，按热值换算1.28立方沼气等于1Kg标煤。标煤如按600元/吨计算，则每立方沼气为0.47元。
3沼气处理工艺
3.1工艺流程
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沼气收集后进生物脱硫塔后去除有剧毒且有强腐蚀的H2S，再进入双膜气柜贮存，作为沼气锅炉的燃料。当设备检修或故障时，火炬作为应急设备点燃燃烧。
3.2厌氧反应
厌氧反应主要利用高效厌氧装置中存在的大量厌氧微生物的作用来降解废水中含有的溶解性有机物及部分非溶解性有机物，分解后的主要产物是：CO2、H2O、CH4及厌氧微生物菌体。
本厂厌氧装置采用的是IC反应器，其优点有：
①容积负荷高：IC反应器内污泥浓度高，微生物量大，且存在内循环，传质效果好，进水有机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。
②抗冲击负荷能力强：处理低浓度废水（COD=2000~3000mg/L）时，反应器内循环流量可达进水量的2~3倍；处理高浓度废水（COD=10000~15000mg/L）时，内循环流量可达进水量的10~20倍。大量的循环水和进水充分混合，使原水中的有害物质得到充分稀释，大大降低了毒物对厌氧消化过程的影响。
③沼气利用价值高：反应器产生的生物气纯度高，CH4为70％～80％，CO2为20％～30％，其它有机物为1％～5％。
3.3生物脱硫
将一定量的空气导入含有硫化氢的沼气中，在反应器内装有大量的生物填料，它们为细菌繁殖提供充分的空间。营养液的循环使填料保持潮湿状态，并补充细菌生长繁殖所需营养。专属丝 硫菌属、硫杆菌属在新陈代谢的过程中吸收硫化氢，并将他们转化为单质硫，进而转化为硫酸。
化学反应式如下：
H2S + 2O2 →H2SO4；
2H2S + O2 →2S + 2H2O；
S +H2O + 1.5O2 →H2SO4。
生成的稀硫酸在营养液的缓冲中和作用下，与营养液一起排出系统，此过程周而复始。
设备基本结构图如下：
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沼气（3）进入反应器（1）底端，并从底端穿过填料层到达顶部。空气（4）通过变频控制精确添加与尾气分析仪（10）对余氧浓度监控并与空气风机连锁。
营养液（7）通过计量泵定时添加，液位开关（13）控制整体的液位平衡。为了保证细菌的最佳活性，采用热交换器（9）和温度监测（12）对系统的温度调节控制。PH仪（11）用于控制营养液的质量（酸碱度），当 PH低于设定值时，新鲜的营养液（5）和稀释用水（6）自动加入脱硫塔中，在此同时，废液（15）自动排出，并保持液位平衡。
3.4双膜气柜
双膜气柜主要的主要作用是平衡进气和后续处理设施的用气量。
双膜气柜主要由外膜、内膜和底膜三个部分组成。充气外膜形成一个保护外壳，即使在极端情况下（如暴风雨），外膜能持续承压以保持静压平衡；内膜用于储存沼气，并根据储气量自动膨胀或缩小；底膜平铺在土建基础上，使得沼气完全密封在内膜和底膜的存储空间内。双膜气柜自带一套超压保护装置，以防止气柜紧急情况下产生超压，额定保护压力为2.0Kpa或可调。同时气柜也配置亚克力玻璃视镜，可通过视镜观察内膜位置。
3.5沼气锅炉
沼气锅炉采用高效沼气专用蒸汽锅炉，锅炉自动化运行，可根据沼气进气量自动调节。锅炉排烟温度一般为190℃～210℃，通过安装节能器可实现沼气95%以上的回收率。蒸汽经分气缸后直接接入厂区蒸汽管网供生产车间日常生产用。
同时沼气锅炉也是一种新型的无运行成本的锅炉，既解决环境污染问题，又不会产生污染物。自动控制，运行使用方便。
3.6沼气火炬
火炬是应急设备也是整个沼气系统的安全防护措施，当生物脱硫、双膜气柜、锅炉出现故障维修时，火炬启动对沼气进行集中收集焚烧。沼气火炬由燃烧室、引射器喷嘴、点火及火焰监测系统、阻火器、主电动沼气阀、冷凝水排放、PLC控制柜等主要部件组成。
4 沼气回收价值
根据国投生物能源（铁岭）辽宁省铁岭市年产30万吨燃料乙醇项目的污水处理系统进行分析。
4.1水质水量
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4.2沼气冲减值计算
沼气冲减值是为了计算处理污水时所产生沼气的价值，计算公式为吨废水处理成本=吨废水综合运行成本-沼气冲减价值。
沼气冲减值=平均吨废水COD量×厌氧反应的消解率×消解COD沼气转化率（400标立方/吨COD）×沼气价格=(98.5×3800×0.8×0.4÷1000+108.3×11100×0.9×0.4÷1000)×0.47÷206.8
=1.25，通过计算可得沼气冲减值为1.25元，即每处理1吨废水，沼气约产生1.25元价值。
4.3污水站运行费
从运行成本表可以看出本污水处理厂的吨水运行费用为1.6元/吨，如果不对沼气进行回收利用，那污水处理厂的吨水运行费用就是2.8元/吨。因此沼气的回收利用对企业有着非常可观的经济价值。
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5.沼气回收的其他应用
沼气不仅可以直接用于民用、发电或提纯压缩，还可以用于沼气发电机组的热电联产，其产生的余热用于厌氧消化器的加温，冷量用于办公区域夏季空调制冷等。沼气发电的过程就是一个能量转换的过程，在发动机的气缸中沼气被点燃，燃烧放热后化学能转化为气体的热能和压能，气体的压能推动活塞，带动发动机转动，压能转化为动能，发动机通过轴带动发电机发电，动能转化为电能。发电装置就是采用燃气内燃机带动发电设备，目前我国关于利用内燃机进行发电的技术相对来说已经比较成熟，并且已经在部分工厂投入使用。在这种发电方式下每立方米沼气大约可以产生1.8kWh～2.2kWh的电能，此外内燃机所形成的高温尾气热量还可以再次回收利用，沼气的利用效率得以提高。
6 结语：
综上所述，沼气工程是一项净化环境、能源回收、改善生态环境的工程， “资源—产品—废弃物—再生资源”的循环过程，可以有效的利用资源和保护环境，以尽可能小的资源消耗，获得尽可能大的经济利益和社会利益。是企业实施可持续发展战略、落实节能环保基本国策的必然结果。
参考文献：
[1]韩春荣,谢继荣,宋晓雅,孙冀垆,刘永安,张志渊.污水处理厂沼气利用的经济和能源性分析[J].给水排水,2012,48(12):54-57.
[2]康晓鹍,王世和.城市污水处理厂污泥沼气资源化利用[J].中国沼气,2009,27(02):35-37.
论文作者:张启云
论文发表刊物:《城镇建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/14
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