城市污水处理厂污泥消化CH4气体利用初探.doc

城市污水处理厂污泥消化CH4气体利用初探 l8出全2008年11月第四期 城市污水处理厂污泥消化CH4气体利用初探 俞小明陈水荣杨岳平2徐新华2 (1.浙江冶金环境保护设计研究有限公司杭州31000;2.浙江大学杭州310007) 摘要:甲烷作为温室气体的重要组成部分,对环境有着不可忽视的影响;但又是一种很好的能源.在介 绍城市污水处理厂污泥处理现状及一般处理技术的基础上,从废物资源化及减少温室气体排放角 度考虑,提出了采用热电联产技术回收利用污泥消化过程中甲烷气体的可能性.并以3万t/d天 的污水处理厂为例,计算得出通过对甲烷气体的回收发电和产热,可以减排1.9万t的c()2,同时可 以发电150万kW?h和大约285万kW?h的蒸汽或热水. 关键词:污水;处理;污泥消化;甲烷;热电联产;减排 U刚舌 城市污水厂的污泥是指处理污水所产生的固 态,半固态及液态的废弃物,除有机成分外,含有大 量的水分(95%～99%),挥发性物质,病原体,寄生 虫卵,重金属,盐类及某些难分解的有机物,体积非 常庞大,且易腐化发臭,如不加处理就任意排放,会 对环境造成严重的污染.随着城市化进程的加快, 污水处理设施的普及,处理率的提高和处理程度的 深化,污水的排放量呈快速上升趋势,污泥的排放 量也快速增长.因此,如何合理处置污水厂污泥以 及污泥的资源化利用显得越来越重要. 1污泥处理与处置现状 图1为国内外污水处理厂污泥处理及处置的 一 般工艺流程ll～3j. 污泥的处理主要基于以下三方面的考虑:一是 减量化,二是稳定化,三是无害化.相应地,污泥处 理包括污泥的浓缩,脱水及污泥的稳定化,无害化 处理过程. 污泥的最终处置方法有土地填埋,排海,焚烧 及土地利用等.其中填埋和排海由于其二次污染 等缺陷在世界各国中处置比例越来越低,而焚烧及 土地利用等处置方式正逐年发展.在美国约有 40%的污泥采用土地利用的方式进行处置;在日本 采用焚烧处置的污泥占60%以上…. 污泌处删 处 的I.岂l液分离L—▲浓缩Il脱水I处,1 IrI厂 体浓度15—5O 05—5215直.卒过滤f%1 离心脱水上地填埋 沉淀浓缩焚烧发IU 型办法ni过滤 浮选机械浓缩综合利抖jT化床 1 蚶钒污版脱水坝处 消化消化 图1城市污水处理厂污泥处理及处置工艺 2污泥消化沼气成分 污泥消化是污泥处理的基本步骤,在污泥消化 过程中,有大量的沼气产生,其主要成分是甲烷,如 不加利用,将增加甲烷这一温室气体的排放.另一 方面,甲烷作为一种热值很高的能量物质,若能加 以合理利用,污水处理厂可以从中获取很大一部分 能量满足自身的需要. 沼气的组成与污泥性质,消化室的运行方式有 关.经预处理,分开加热的中等负荷的消化室中产 生的沼气大致有如下组成IJ: 甲烷(cH4):63%～68%,平均值65% 碳酸(cOz):32%一37%,平均值35% 氮:0%～0.2%(大多情况下检验不出) 氢:0%～0.2%(大多情况下检验不出) 硫化氢:0%～0.1% 2008年11月第四期城市污水处理厂污泥消化c}{4气体利用初探19 3污泥消化甲烷气体排放量估算 3.1产气量影响因素 影响甲烷气体产率的因素很多,包括污泥的成 分,厌氧的环境,消化时间,含水率,温度,pH值 掣. 1)污泥的组成.污泥中有机物含量,特别是可 降解有机物的含量越多,产生的甲烷气体就越多. 2)厌氧环境.为了产生甲烷气体,有机物必须 在厌氧的环境下进行降解,所以污泥的消化处理往 往在密闭的消化罐中进行,以提高厌氧程度. 3)湿度.水分是微生物生长发育不可缺少的, 是厌氧分解中比较重要的一个因素.水分不但提 供了细菌的生长和繁殖环境,同时在污泥消化中营 养物质和细菌的迁移也依靠水环境来进行.污水 处理中产生的污泥有足够的含水量,一般消化污泥 含水量大于80%. 4)酸度.pH值对微生物的生长是重要的因 素,产甲烷的最佳pH值在6.8～7.2之间.当污泥 的pH值降到6.5以下,甲烷的产生量将急速下降. 5)温度.厌氧细菌的生长依赖于温度,温度在 l0～60℃之间时都会产生甲烷气体,最佳的温度处 于50～60cc之问. 3.2产气量估算 污水处理厂产生的污泥,实际上也属于固体废 弁物,可以采用垃圾填埋过程中甲烷气体估算方 法.污泥消化过程中温室气体排放建议采用如下 公式[]: EcH=SludgeXT)×DOCXrX(16/12)X0.5 式中,EcH为污泥消化甲烷排放量;Sludge为污 水处理厂污泥的产生量;叼为污泥消化的百分率,从 减少温室气体排放,回收能源角度出发,取T】= 100%;DOC为污泥中可降解有机碳的含量;r为可 降解有机碳中的降解百分数. 4小型热电联产甲烷气体回收利用 技术 甲烷气体作为能源可以就地发电利用,居