沼气在城市污水处理上的应用

1、沼气在城市污水处理上的应用沼气在城市污水处理上的应用摘要我国人屮型沼气工程近年发展迅速，最初以人畜粪便、作物秸秆为简单原料以处理污染 和制取沼气，现在己发展扩人到处理利用食品、制药、化工、生活污水等多种废水。本文介 绍沼气在城市污水处理上的应用和前景。关键词沼气；城市污水；污水处理0 前言沼气，是以人畜粪便、作物秸秆、可发酵的固液废弃物、富含微生物和有机物的污水等 为原料，经过发酵处理而生产甲烷气体一种高效町再生能源建设技术。沼气在为人们提供高 质聚生活能源的同时，能有效处理人畜粪便、生物秸秆、污水废弃物等，改善环境一卫生，具 有良好的牛态效益、经济效益和社会效益。随着我国城市化进程的加快，城

2、市污水处理也成 了越来越严重的问题而城市污水及其处理得到的污泥中富含大量的有机物和微生物止好适 于发酵生产沼气。1 城市污水生产沼气的原理1.1城市污水的成分城市污水主要包括生活污水和工业污水，由城市排水管网汇集并输送到污水处理厂进行 处理。不同行业、不同种类的工业企业，废水的排放虽以及废水的成份也各不相同。随工业 废水排放的主要污染物有酚、氧、重金属、石油类、酸碱盐类和各种有机物等。城市纶活 污水，主要是城市居民口常生活排放的各种污水；此外，还包括医院、集体单位和公共福利 事业排放的污水，以及城市地面经雨水冲刷形成的污水等。城市生活污水的成份主要是各种 有机物、无机盐类、悬浮物，以及各种细菌

3、、病毒、病原菌、寄生虫等微牛:物卩。1.2城市污水产生沼气沼气技术即厌氧消化技术，主要用于处理人畜粪便和高浓度工业有机废水，产生沼气必 须貝有以下儿种物质和相应的条件，即：沼气菌种、发酵原料、水分、密闭容器、温度和酸 碱度等。沼气菌分为两人类：一类叫做分解菌；另一类叫做产甲烷菌山。它们的作用是，先 山分解菌将有机物腐烂，分解成为结构比较简单的有机物质；后山产甲烷菌把这些结构比较 简单的冇机物质转变成屮烷和二氧化碳。在沼气发酵的过程中，这两类细菌的作川不是截然 分开而是相辅相成的。沼气菌从有机物质里吸收碳素、氮素和无机盐等养料来生长和繁衍, 进行新陈代谢并产牛沼气。沼气发酵主要经过三个阶段：液化

4、阶段、产酸阶段、产卬烷阶段，涉及到的细菌包括: 发酵性细菌、产红产乙酸细菌、耗氢产乙酸菌、产甲烷菌等現 沼气发酵过程是多种细菌 协同完成的微牛物学过程。沼气发酵工艺以农业剩余物和农产品加工朋水及废渣等各种有机物为原料，采用不同工 程措施，在厌氧条件下利用微生物的话动，生产招气并使有机物得到处理的过程。由于发酵 原料和发酵条件的不同，所采用的发酵工艺也多种多样。冃前应用或研究较多 的工艺类型有常规消化器、高速滑化器厌氧接触工艺、厌氧滤器、上流式厌氧污泥床、厌氧 秽胀床、厌氧淞化床，两阶段厌氧消化、千发酵和填埋等冷。城市污水的污泥丿犬氧消化系统包括污泥浓缩、庆氧消化、脱水和沼气手机、预处理与利 用

5、。绝大多数厂家采用中温厌氧消化工艺。采卅一级消化和二级消化工艺的污水厂比约为 1:1 。2 城市污水产生的沼气的利用目询国内小型家用沼气纶产的沼气主要用于日常炊事能源消耗和照明用，人中型沼气工 程在处理污水的同时，生产的沼气用途主要冇三种：使用沼气锅炉直接加热消化池消化污泥 或为其他建筑物和用户提供热能；使用沼气机驱动鼓风机，并利用余热回收装置冋收沼气机 得余热加热消化池；利用沼气机驱动发电机发热，余热加热消化污泥xi。2.1城市污水处理厂沼气机热泵的应用沼气热泵系统是利用沼气燃烧产生高温的烟气作为吸收式热泵驱动力的系统，利用沼气 发动机直接驱动热泵系统中的压缩机來实现回收污水中热能，该系统集

6、成了生物质能利用和 余热冋收的热泵节能技术，实现了污水资源的有效利用。由于污泥经消化作用产生的沼气具 有高热值、抗爆性等特点，可以作为污水源热泵的驱动能源。沼气机热泵系统山动力单元和热泵单元组成，沼气经净化处理后进入沼气机燃烧后释放 的人部分热能转化为机械能驱动热泵圧缩机运行，其余则以废弃排放和缸套散热的形式排入 环境中，为了回收利用这部分余热，系统中设置两个回收余热装置，使待加热流体在冷凝器 中升温后，再依次进入缸套冷却水换热器和排气换热器，被继续加热成高温流体供川户使川 。因此，系统可以提供的高位热能包括：冷凝热、回收的缸套冷却热和高温排气余热。2. 2城市污水处理厂沼气鼓风机的应用在城市

7、污水治理中，需使用鼓风机，向污水中强制加入空气，使池内污水与空气接 触充氧，并搅动液体，加速空气中的氧气向液体中的转移，防止池内悬浮体下沉，加 强池内有机物与微牛物及溶解氧的接触，对污水中有机物进行氧化分解。而污水处理 厂用于牛:物池曝气鼓风机的用电量占了总电量的40%18-91,以沼气鼓风机代替传统的电动 鼓风机用于牛物池曝气能节约大量电能。沼气发动机将沼气的化学能转化为机械能带动鼓风 机，运行简单可行性好。2.3城市污水处理厂沼气发电利川污泥厌氧消化产生的沼气进行发电在经济上完全可行，可在3年左右收回投资成本 |，7;沼气的主要成分是甲烷ch4, 一般污水厂消化气屮甲烷的含量约为60%-6

8、5%,燃烧热 值约为21-23mj/m3,优良的燃料沼气作为燃料发电完全可行，选择适当功率的发电机, 沼气发电的余热还可以保证消化池的正常运行，每处理in?的污水产生的电能达到 0.191kw.h,21o污水处理厂沼气发电不仅有很好的社会效益，经济效益和环境效益均十分突 111,污水厂沼气发电还町保证污水厂的供电稳定性，可解决由于突发断电阳产生的一系列问 题。我国能源紧缺，污水处理厂能耗高、污染物资源化和能源回收利用的程度低，实行污泥 厌氧消化并综合利用沼气是十分必要的，国家宏观政策的引导将有助于污水处理厂沼气发电 的迅速发展。城市污水处理厂沼气发电主要冇两种方式：沼气发电机和沼气燃料电池发电

9、。沼气可以 有效的作为往复式发电机和汽轮机得主耍燃料來源，以发动机的动力来驱动发电机发电，将 沼气的化学能转化为电能，是沼气能量一种有效利用方式。沼气燃料电池将沼气的化学能宜 接转化为电能，一般冇三个单元组成：燃料处理单元、发电单元和电流转化单元,，j3j4,o 2.4剩余污泥残渣的处理利用城市污水在经过发酵产生沼气和脱水后，剩余物质就是沼渣。有些沼渣中的有机质和腐 殖酸对改良土壤起着重要作用，全氮、全磷和全钾等元素可以满足作物生产的需要，未腐熟 的原料，可在施入农iii屮继续发酵，释放养分。而更多的污泥残渣小含有sio?和a1o可以 作为建筑材料；污泥中仍含大量有机物，可以直接燃烧供能发电；

10、有些污泥加工后可以作为 吸附剂使用】。据调查，我国城市污水处理厂污泥处置中，用于作肥料的占48%,用于填埋 的占34%。而且工业废水污泥小含重金属很多，容易造成二次污染，处理过程要尤为小心。3 沼气在城市污水处理上的发展与前景我国冇大虽城市污水亟待处理，据估算，ii前我国城市污水处理厂污泥屋以每年10% 的增长率增长20,但目前采用污泥厌氧消化并产沼气的城市污水厂仅占10%左右，这表明 以城市污泥产沼气有巨大发展空间。城市污水是一种污染物，但更是一种潜在可利川的宝贵 资源。污泥厌氧消化沼气利用是实现污泥减量化、稳定化、无害化和资源化相统一的有效手 段。而对全球环境污染、能源危机等严峻形势，这种

11、克同时削减污染和产纶生物能的经济实 用技术，符合可持续发展，建设资源节约型、环境友好型社会的国家发展战略，因此必将具 有广阔的发展前景。4 总结调杳表明，目前我国沼气利用仍以较为低级的燃烧供热为主，上要用于污水厂污泥升温 级作为厂内牛活用气。在该参考文献的调查数据屮，仅有6家污水处理厂釆用沼气发电, 4家污水厂以直联式沼气风机形式利用。沼气能源的利用率还不够高。城市污水处理产生的大量沼气主要成分为ch。和co2,还含有微量的hs?气体，hs2 溶于水汽屮产牛氢硫酸将对输气管道、贮气和用气设备造成严重的腐蚀，因此污泥厌氧消化 产生的沼气在利用之询必须经过脱硫处理刖1。污你厌氧消化处理系统投资很高

12、，在我国通常占污水厂总投资1/31/2，运行费用不 足；污泥厌氧消化工艺操作比较复杂，运行难度人，还受到污水厂木身规模和处理污水量的 影响；另外还存在一定消防隐患，消化池的搅拌和浮渣问题，管道清理维护问题等。参考文献1 周孟津沼气发酵原理及工艺j 太阳能,1993, (3) :20-23.2 杨学俊.沼气厌氧发酵处理城市污水j1 .四川建筑,1989, (4) :52-53.3厌氧反应器将污泥转化为沼气【n】.经济导报：纸业技术，2009 (1) :3435.4王中民.污水处置与沼气利用j.西南给排水，1996 (2) :1-5.【5】康晓鹃，王世和.城市污水处理厂污泥沼气资源化利用【j】.中

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