污泥厭氧消化是一種使污泥達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的非常有效的處理方法。污泥中的有機(jī)物厭氧消化后主要產(chǎn)物是消化氣(沼氣)。隨著污泥中有機(jī)物成分以及消化工藝的不同,沼氣的化學(xué)成分也各異,一般由60%～70%的甲烷、25%～40%的二氧化碳和少量的氮硫化物和硫化氫組成,燃燒熱值約18800～25000kJ/m3[1]。大中型污水處理廠對(duì)消化產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行回收利用,可以達(dá)到節(jié)約能耗、降低運(yùn)行成本的目的。同時(shí),空氣中沼氣含量達(dá)到一定濃度會(huì)具有毒性;沼氣與空氣以1∶(8．6～20．8)(體積比)混合時(shí),如遇明火會(huì)引起爆炸[2]。因此,污水處理廠沼氣利用系統(tǒng)如果設(shè)計(jì)操作不當(dāng)將會(huì)有很大的危險(xiǎn)。北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院在1992年～1996年先后完成了南部非洲博茨瓦納污水處理廠工程、高碑店污水處理廠一期工程和二期工程污泥中溫厭氧消化處理系統(tǒng)和相應(yīng)的沼氣收集利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文旨在綜合以上三個(gè)沼氣利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,著重從污泥厭氧消化沼氣系統(tǒng)的安全設(shè)置及工藝控制方面進(jìn)行論述。
??? 　　污泥厭氧消化沼氣利用工藝流程由圖1可知污泥消化沼氣系統(tǒng)一般分為4個(gè)子系統(tǒng):沼氣收集凈化貯存系統(tǒng)、沼氣攪拌系統(tǒng)、沼氣利用系統(tǒng)和廢氣燃燒系統(tǒng)。下面對(duì)沼氣安全系統(tǒng)的硬件(沼氣系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)及安全裝置)設(shè)置及軟件(沼氣系統(tǒng)壓力的設(shè)計(jì)及構(gòu)筑物、設(shè)備間的連鎖控制)進(jìn)行闡述。2沼氣系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)及安全裝置的設(shè)置2
??? 　　1　沼氣凈化污泥消化產(chǎn)生的沼氣是處于汽水飽和態(tài)的混合氣。
??? 　　沼氣自消化池進(jìn)入管道時(shí),溫度逐漸降低,管道中會(huì)產(chǎn)生大量含雜質(zhì)的冷凝水,如果不從系統(tǒng)中除去,容易堵塞、破壞管道設(shè)備。同時(shí)沼氣中的h2s氣體溶于水形成的氫硫酸會(huì)腐蝕管道和毀壞設(shè)備。沼氣凈化主要是脫硫和去除冷凝水及雜質(zhì)[3]。沼氣自消化池進(jìn)入管道時(shí),在最靠近消化池的國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是同濟(jì)大學(xué)及武漢東湖水廠的產(chǎn)品,因本工程目的之一是為第四水廠做試驗(yàn),所以兩格分別采用了兩家產(chǎn)品,都取得了良好的效果。
??? 　　此外,前序網(wǎng)格反應(yīng)池的設(shè)計(jì)也取得了成功,因氣浮的原理與沉淀恰恰相反,所以對(duì)礬花的要求不是很高,只要形成能夠與微氣泡相粘附的中小礬花即可。于是我們適當(dāng)縮短了反應(yīng)時(shí)間,采用的時(shí)間僅為9min,同時(shí)也調(diào)整了絮凝劑的投加量,降低了藥耗。
??? 　　這次龍山水廠氣浮工藝的成功應(yīng)用,使我們對(duì)處理水庫(kù)水、低濁水又有了新的認(rèn)識(shí),同時(shí)我們還在對(duì)是否可用出廠壓力水取代回流水泵,降低能耗,水流由接觸室流往分離區(qū)流速多大更合適等問(wèn)題做進(jìn)一步的探討,愿經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析,實(shí)踐總結(jié),使氣浮工藝更加成熟地應(yīng)用于自來(lái)水生產(chǎn)。
??? 　　
??? 　　位置,溫降值最大,產(chǎn)生的冷凝水量多,在此點(diǎn)必須設(shè)置冷凝水去除罐。在沼氣管路系統(tǒng)中,在避免沼氣流速過(guò)大而夾帶水汽的前提下,管道坡度應(yīng)設(shè)計(jì)為1%～2%或盡可能更大。在博茨瓦納污水處理廠運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),個(gè)別坡度為0．005左右的管道管壁容易積冷凝水。較長(zhǎng)的管線應(yīng)特別考慮設(shè)計(jì)成有一定的起伏,在所有低點(diǎn)都應(yīng)該考慮設(shè)置冷凝水去除罐。另外,在重要設(shè)備如沼氣壓縮機(jī)、沼氣鍋爐、沼氣發(fā)電機(jī)、廢氣燃燒器、脫硫塔等設(shè)備沼氣管線入口處,在干式氣柜的進(jìn)口處和濕式氣柜的進(jìn)出口處都設(shè)置冷凝水去除罐。有時(shí)在某些設(shè)備如有密封水系統(tǒng)的沼氣壓縮機(jī)出口處還需要設(shè)置裝有高壓排水閥的去除罐。正常運(yùn)行期間操作人員每天檢查時(shí),都會(huì)發(fā)現(xiàn)一些去除器(特別是靠近消化池的)有大量的冷凝水排出。當(dāng)構(gòu)筑物和設(shè)備檢修時(shí),還可以向冷凝水去除器中注水,作為水封罐。
??? 　　沼氣中的雜質(zhì)一部分隨排除冷凝水去除,另一部分被阻留在消焰器填料間縫隙里的雜質(zhì)也隨定期清洗消焰器而被清除,如果沼氣利用設(shè)備有特殊要求,還應(yīng)在沼氣進(jìn)入設(shè)備前設(shè)置氣體過(guò)濾器為防止氫硫酸腐蝕管道和毀壞設(shè)備,城市污水廠污泥產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入貯氣柜之前一般應(yīng)該設(shè)置脫硫裝置。城市污水處理廠沼氣脫硫裝置一般采用氧化鐵的干法脫硫和naoh,na2co3的濕法脫硫。
??? 　　2．2　沼氣安全利用
??? 　　2．2．1　防爆保護(hù)和火焰消除
??? 　　沼氣與空氣在一定的混合比和遭遇明火情況下會(huì)引起沼氣爆炸或燃燒。
??? 　　消焰器的設(shè)置有效地防止了外部火焰進(jìn)入沼氣系統(tǒng)及火焰在管路中的傳播,進(jìn)而保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在所有沼氣系統(tǒng)與外界連通部位(如:與真空壓力安全閥、機(jī)械排氣閥連接安裝處),以及氣柜、沼氣壓縮機(jī)、沼氣鍋爐、沼氣發(fā)電機(jī)、廢氣燃燒器沼氣管進(jìn)口處都設(shè)置了消焰器。消焰器內(nèi)部填充了金屬填料,當(dāng)火焰通過(guò)消焰器填料間縫隙時(shí),熱量被吸收,溫度降低到燃點(diǎn)以下,達(dá)到消焰目的。
??? 　　從消化池流出的沼氣中常帶有泡沫和浮渣等雜質(zhì),容易堵塞填料,阻礙氣體通過(guò),增加管路阻力。處理廠操作人員可以測(cè)量記錄沼氣通過(guò)不同部位消焰器的壓力變化以確定檢查清洗填料的周期,實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于消焰器清洗不及時(shí)而產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力波動(dòng)和運(yùn)行問(wèn)題。所以設(shè)計(jì)時(shí),在消焰器的前后一般設(shè)置閥門(mén)以便維護(hù)。
??? 2．2．2　壓力安全防護(hù)
??? 　　沼氣利用系統(tǒng)是一個(gè)壓力系統(tǒng),如果沼氣收集和使用不平衡,系統(tǒng)壓力可能升高超過(guò)允許值;污泥或沼氣從消化池或氣柜過(guò)快地排出可能引起構(gòu)筑物內(nèi)部的真空狀態(tài)。
??? 　　系統(tǒng)的壓力安全防護(hù)裝置的設(shè)置從壓力值上可以考慮分為三個(gè)層次:
??? 　　(1)正常運(yùn)行壓力。沼氣系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量考慮采用低壓系統(tǒng),低壓系統(tǒng)有利于消化污泥中的沼氣釋放出來(lái),同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。系統(tǒng)正常運(yùn)行壓力在設(shè)定范圍內(nèi)會(huì)有一定的波動(dòng),不同壓力管線之間的連通管和沼氣利用設(shè)備進(jìn)氣之前一般應(yīng)設(shè)置不同形式的調(diào)節(jié)閥,使進(jìn)入設(shè)備的沼氣壓力平穩(wěn)并滿足使用要求。
??? 　　(2)防止超壓的緊急釋放裝置。系統(tǒng)中產(chǎn)生多余的氣體會(huì)使系統(tǒng)壓力升高。防止系統(tǒng)超壓可以使用廢氣燃燒器將沼氣燒掉;如果還不能阻止系統(tǒng)壓力繼續(xù)上升,設(shè)置在低壓氣柜頂部的機(jī)械排氣閥或沼氣輸送管路上的壓力釋放閥將動(dòng)作以排放多余氣體。排氣閥也需要與消焰器同步安裝。