華風(fēng)山，武鵬，王正曉，周文善
(青島市團(tuán)島污水處理廠，山東青島266002)

　　摘　要：城市污水處理廠中污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣是一種很有潛力的清潔能源。采用直聯(lián)式沼氣風(fēng)機(jī)既可以節(jié)電、節(jié)熱，又可以減少沼氣利用過程中產(chǎn)生的二氧化硫，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。?
　　關(guān)鍵詞：污水處理；沼氣利用；直聯(lián)式沼氣風(fēng)機(jī)?
　　中圖分類號：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)02-0080-02

　　污泥厭氧消化由于具有污泥穩(wěn)定、減容和滅菌等效果而在污水處理廠中廣泛應(yīng)用，其副產(chǎn)物沼氣作為清潔能源能夠直接回用于污水處理工藝，具有突出的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

1　工藝概況

　　青島市團(tuán)島污水處理廠采用A₂O生物處理工藝，設(shè)計(jì)處理水量為10×10⁴m³/d，實(shí)際處理水量為4.5×10⁴m³/d。其工藝流程見圖1。?

　　污泥經(jīng)濃縮后采用中溫一級消化，可產(chǎn)沼氣6000m³/d，經(jīng)完善的沼氣凈化系統(tǒng)處理 后再利用(見圖2)。?
　　處理后的沼氣一方面用于沼氣鍋爐，可為消化池自身提供熱量；另一方面用于直聯(lián)式沼氣風(fēng)機(jī)，可替代電動風(fēng)機(jī)為生物池內(nèi)的微生物供氧。全廠共設(shè)有4臺電動風(fēng)機(jī)和2臺直聯(lián)式沼氣風(fēng)機(jī)。目前生物池需要的供氣量平均為13670m³/h(可保持消化區(qū)出水端溶解氧平均值為2.0mg/L)，僅需1臺直聯(lián)式沼氣風(fēng)機(jī)即可滿足要求，當(dāng)沼氣量不足、直聯(lián)式沼氣風(fēng)機(jī)檢修或需氣量劇增時，電動風(fēng)機(jī)也可自動投入運(yùn)行。?

　　團(tuán)島污水處理廠進(jìn)水中的2/3為生活污水，由于青島是一座傳統(tǒng)的節(jié)水型城市，再加上無化糞池等原因使得進(jìn)水濃度一般比其他城市高1～2倍，這在一定程度上使團(tuán)島污水處理廠沼氣的產(chǎn)量和質(zhì)量較理想(沼氣成分見表1)，沼氣熱值達(dá)26703kJ/m³。沼氣風(fēng)機(jī)自2001年1月正式運(yùn)行以來效果明顯。

表1　團(tuán)島污水處理廠沼氣成分 項(xiàng)目 CH₄ CO2 CO H2 O₂ 體積分?jǐn)?shù) 64.2 26 1.0 8.0 0.8

2　　經(jīng)濟(jì)效益分析

2.1　投資
　　 總投資包括一次性投資與日常損耗兩部分。?
　　①一次性投資(I1)?
　　設(shè)備：直聯(lián)式沼氣風(fēng)機(jī)(TBG616V12K沼氣發(fā)動機(jī)+TURBO離心風(fēng)機(jī))單價為728763馬克/套，兩套共計(jì)1457526 馬克；?
　　脫硫塔：210195馬克；?
　　管道：40萬元；?
　　則I1=592萬元(按3.31元/馬克計(jì))。?
　　②日常損耗(I2)?
　　發(fā)動機(jī)損耗：沼氣發(fā)動機(jī)每運(yùn)行500h換一次油(200L)及過濾器，花費(fèi)6800元/次。若綜合考慮設(shè)備檢修、冬季氣量不足以及兩臺發(fā)動機(jī)互為備用等因素，全年運(yùn)行時間按9個月計(jì)(6480h)，則費(fèi)用為8.8萬元/a；?
　　火花塞、溫度繼電器等配件損耗：3萬元/a；?
　　脫硫塔填料：2萬元/a；?
　　則I2=13.8萬元/a。?
2.2　節(jié)能效益
　　①節(jié)電(S1)?
　　沼氣發(fā)動機(jī)的滿負(fù)荷功率為450kW，正式運(yùn)行以來的平均負(fù)荷率為60%，則平均功率為270kW，扣除冷卻塔、自控件等附屬設(shè)備的耗能(約為10kW)，所以可節(jié)電260(kW·h)/h，電費(fèi)按0.75元/(kW·h)計(jì)，則S1=126.4萬元/a。?
　　②節(jié)熱(S2)?
　　沼氣發(fā)動機(jī)的油路、汽缸和尾氣等處通過熱交換器回收的熱量又以熱水的形式通過熱力管道輸送至消化池為污泥加熱，以維持污泥中溫消化所需要的溫度；消化池冷卻后的低溫水又被輸送回沼氣發(fā)動機(jī)用于冷卻，形成熱能循環(huán)利用(如圖3所示)。

　　若按冷熱水溫差為30℃、循環(huán)水量為50m³/h計(jì)，則回收熱量Q=50m³/h×1000kg/m³×4.18kJ/(kg·℃)×30℃=6.27×10⁶ kJ/h，則總節(jié)熱量為2.7×10¹⁰kJ/a(全年按9個月計(jì)，因夏季不需利用回收熱量)，若換算為柴油消耗量則為635t/a(柴 油的燃燒熱為42500kJ/kg)，柴油單價按3000元/t計(jì)，則可節(jié)約費(fèi)用S2=190.5萬元/a。?
2.3　投資回收期
　　 折舊年限按14年計(jì)，凈殘值率為3%，則折舊為D=(1-3%)×592/14=41萬元/a。?
　　采用靜態(tài)投資回收期法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，即投資回收期=總投資(I1)/(年平均現(xiàn)金流入量+折舊D)，其中年平均現(xiàn)金流入量=S1+S2-I2。則考慮折舊時投資 回收期為1.72a；不考慮折舊時投資回收期為1.96a。

3　環(huán)境效益分析

　　為減輕腐蝕，沼氣發(fā)動機(jī)對沼氣中的硫含量有較高的要求，因此必須在沼氣管路上設(shè)置脫硫塔。團(tuán)島污水處理廠的干式脫硫塔脫硫率達(dá)92%，可使硫的含量從6246mg/m³降為450mg/m³，沼氣脫硫后既保護(hù)了發(fā)動機(jī)又可以大大降低尾氣中的SO₂排放量，可削減的SO₂排放量達(dá)25t/a。?

4　結(jié)論

　　①在進(jìn)水濃度高、污泥量較大、設(shè)有污泥消化池的城市污水處理廠，一次性投資直聯(lián)式沼氣風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)可行的，在正常情況下兩年內(nèi)即可收回投資。
　　②與沼氣風(fēng)機(jī)配套的脫硫裝置可大大削減SO₂的排放量，同時可減輕惡臭氣味，環(huán)境效益顯著。
　　③要充分發(fā)揮直聯(lián)式沼氣風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，關(guān)鍵是要做好系統(tǒng)的運(yùn)行管理和維護(hù)保養(yǎng)，確保沼氣風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。?

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　　電　 話：(0532)2659901
　　收稿日期：2001-06-08