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,使我們對處理水庫水、低濁水又有了新的認(rèn)識,同時(shí)我們還在對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題做進(jìn)一步的探討,愿經(jīng)過試驗(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,增加管路阻力。處理廠操作人員可以測量記錄沼氣通過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)壓力波動和運(yùn)行問題。所以設(shè)計(jì)時(shí),在消焰器的前后一般設(shè)置閥門以便維護(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)壓力可能升高超過允許值;污泥或沼氣從消化池或氣柜過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,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)會有一定的波動,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作以排放多余氣體。排氣閥也需要與消焰器同步安裝。