1 沼氣的概念及成分
沼氣是活性微生物在厭氧、適宜的生長(zhǎng)溫度、pH值等的條件下，對(duì)有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵分解所產(chǎn)生的一種可燃燒氣體，密度約為空氣的55%，難溶于水。沼氣屬于二次可再生能源，其組成成分及特性與天然氣相似，當(dāng)空氣中含有8.6%～20.8%（按體積計(jì)）的沼氣時(shí)，就會(huì)與空氣混合形成易爆氣體""。沼氣主要由50%～80%甲烷（CH4）、20%～45%二氧化碳（CO2）、0.0%～10%的氫氣（H2）與0.01%～0.07%硫化氫（H2S）等氣體組成。由于沼氣中含有少量H2S，所以略帶臭雞蛋味。

2 沼氣回收發(fā)電的工藝流程

由于廢水厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣可以收集預(yù)處理后直接回收用于燃燒發(fā)電或者供熱，1m3沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7kg無煙煤提供的熱量，綜合利用后可減少?gòu)S內(nèi)的能源消耗，節(jié)約成本。

某造紙廠廢水厭氧處理產(chǎn)生的沼氣回收發(fā)電工藝說明（1）廢水治理設(shè)施中的厭氧塔在厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣經(jīng)加壓風(fēng)機(jī)加壓推進(jìn)氣液分離器中干燥氣體，減少沼氣從厭氧塔中所帶出的水分，該過程有干燥冷凝水產(chǎn)生；（2）干燥后的沼氣進(jìn)入脫硫塔中進(jìn)行濕式催化氧化脫硫去除沼氣中少量的H2S，減輕H2S在燃燒過程中產(chǎn)生的SO2該過程中有脫硫廢水產(chǎn)生；（3）預(yù)處理去H2S后的沼氣暫存在沼氣柜中，使用時(shí)進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)中燃燒發(fā)電。
3 環(huán)境影響分析及措施
3.1 水環(huán)境的影響分析及措施
由于沼氣從厭氧塔中加壓逸出時(shí)會(huì)有少量游離水帶出，在脫硫前需要進(jìn)行氣液分離將其中的少量游離水分離干燥，氣體干燥過程中游離水蒸氣聚積起來冷凝成水，經(jīng)收集后轉(zhuǎn)移至廠區(qū)內(nèi)污水處理設(shè)施中進(jìn)行統(tǒng)一處理，無需新建廢水處理設(shè)施，不會(huì)增加項(xiàng)目?jī)?nèi)廢水產(chǎn)生量及排放量。在沼氣濕法脫硫工序中產(chǎn)生的廢水主要為含鹽廢水，其主要成分有碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫代硫酸鈉等，可經(jīng)沉淀后循環(huán)使用，不外排，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響。

3.2 大氣環(huán)境的影響分析及措施
本案例中的造紙廠廢水厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣主要用于燃燒發(fā)電，供應(yīng)廠區(qū)內(nèi)人們生產(chǎn)生活使用。造紙廠內(nèi)設(shè)有2臺(tái)500kW燃沼氣發(fā)電機(jī)，沼氣燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生燃燒廢氣，其主要污染物為SO2、NO2和煙塵。由于沼氣屬于清潔能源，其組成成分類似于天然氣，故其污染物的產(chǎn)生濃度較低，可以經(jīng)由排氣筒引至高空直接排放，排放濃度達(dá)到《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）表2中以氣體為燃料的鍋爐或燃?xì)廨啓C(jī)組特別排放限值，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成明顯影響。

4氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用
4.1沼氣濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
國(guó)內(nèi)很多廢水厭氧處理的沼氣，CH4含量在50-60%之間，CO2含量0-50%之間，其它氣體為微量的硫化氫、一氧化碳、氫氣、氧氣和氮?dú)?。在沼氣生成過程中。沼氣中雜質(zhì)含量如Si、HS等應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，沼氣的溫度為 10~60 ℃，壓力為 0~5kpa ，具體見沼氣的氣質(zhì)要求，一般禽畜糞厭氧處理的沼氣都能滿足發(fā)電的氣質(zhì)要求，污水處理沼氣需要脫硫等處理，垃圾填埋沼氣需要脫水等處理。沼氣發(fā)酵過程中,發(fā)酵液的pH值調(diào)節(jié)對(duì)沼氣池的智能化管理具有重要意義，同時(shí)還需要測(cè)量發(fā)酵罐的溫度和液位以及沼氣壓力。污水廠的生物處理設(shè)備中有厭氧反應(yīng)器，污水經(jīng)過厭氧反應(yīng)器后產(chǎn)生了沼氣，沼氣分析儀采樣點(diǎn)就在厭氧反應(yīng)器后的管道，可以測(cè)試出沼氣中CH4、CO2、O2和H2S的濃度，樣氣中主要含水和粉塵，需要經(jīng)過預(yù)處理后，進(jìn)入儀器檢測(cè)，通過檢測(cè)沼氣中可燃?xì)怏w中的濃度（主要是CH4濃度）和沼氣的日產(chǎn)量來判斷該沼氣能否適用后續(xù)工藝。

對(duì)以上工藝現(xiàn)場(chǎng)的沼氣成分監(jiān)測(cè)，適合使用天禹智控的在線的沼氣分析系統(tǒng)，該產(chǎn)品采用天禹自主研發(fā)的NDIR非分光紅外技術(shù)和ECD長(zhǎng)壽命電化學(xué)技術(shù)，可實(shí)時(shí)在線測(cè)量沼氣中CH4、CO2、H2S、O2的體積濃度，測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、實(shí)用性好，通過天禹智控研發(fā)的數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)沼氣工程數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理。目前在國(guó)內(nèi)外垃圾填埋、污水處理、厭氧發(fā)酵生產(chǎn)工藝和CDM計(jì)量等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
4.2 有毒有害氣體及易燃易爆氣體檢測(cè)系統(tǒng)
對(duì)于污水處理廠的有毒有害氣體及易燃易爆氣體則可采用氣體檢測(cè)報(bào)警儀加以檢測(cè)。天禹智控的氣體檢測(cè)報(bào)警器有固定式和便攜式，根據(jù)污水處理廠所產(chǎn)生的不同種類的氣體，可以將便攜式和固定式氣體檢測(cè)儀設(shè)備結(jié)合起來使用。在工作人員進(jìn)行格柵間、除砂間、二沉池等工藝段巡檢作業(yè)、對(duì)處理池、設(shè)備、管道等清淤的過程中設(shè)備維修作業(yè)時(shí)，選擇便攜式氣體檢測(cè)儀可有效預(yù)防事故的發(fā)生。在檢查井、污水池、管網(wǎng)、溝槽等事故多發(fā)位置，建議安裝固定式氣體檢測(cè)報(bào)警器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。也可以將各種組合氣體檢測(cè)儀靈活搭配，滿足不同場(chǎng)景的使用需求。可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器、氣體報(bào)警控制器、風(fēng)機(jī)等，可組成一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)預(yù)警的氣體監(jiān)控系統(tǒng)。

5 沼氣回收發(fā)電效率及環(huán)境效益分析
本案例中的造紙廠沼氣回收發(fā)電項(xiàng)目主要對(duì)廢水厭氧處理工藝配套沼氣回收發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)厭氧塔中產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行簡(jiǎn)易干燥脫硫后輸送到廠區(qū)內(nèi)燃沼氣發(fā)電機(jī)中進(jìn)行燃燒發(fā)電，供應(yīng)廠區(qū)內(nèi)人們生產(chǎn)生活使用，減少企業(yè)的用電負(fù)荷，以達(dá)到資源化利用的目的，節(jié)約成本。厭氧塔處理生產(chǎn)廢水的過程中沼氣產(chǎn)生量是依據(jù)廢水的處理水量以及廢水處理前后需氧量（COD）濃度計(jì)算而來，在正常的厭氧工藝運(yùn)行條件下，V沼氣=0.538QSr（式中∶V沼氣為沼氣產(chǎn)量，m3/d；Q為進(jìn)料流量，m3/d；Sr為去除的COD，kg/m3）。
根據(jù)本案例中的造紙廠提供數(shù)據(jù)，項(xiàng)目的廢水進(jìn)料量為∶5000m3/d；COD的處理前濃度按3150mg/L計(jì)，處理后濃度按900mg/L計(jì)。
則V沼氣=0.538×5000×（（3150-900）×10-3）=6052.5m3/d，取整為∶6053m3/d。
根據(jù)資料顯示，每1m3沼氣可發(fā)電約1.8kW·h，則項(xiàng)目每天發(fā)電的量為10895.4kW·h，即每年（以年工作330天計(jì)算）發(fā)電量約359.55萬kW·h。故項(xiàng)目每年可節(jié)省企業(yè)市政用電約359.55萬kW·h。沼氣屬于低碳清潔燃料，其溫室氣體排放因子遠(yuǎn)低于日常使用的化石燃料，且廠內(nèi)廢水厭氧處理工藝產(chǎn)生的沼氣經(jīng)濕法催化氧化脫硫后去除了硫化氫成分，減輕了在燃燒發(fā)電過程中產(chǎn)生SO2而造成大氣污染。
6 結(jié)語(yǔ)
通過對(duì)造紙廠生產(chǎn)廢水厭氧處理后沼氣回收發(fā)電項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)分析，了解到沼氣在燃燒發(fā)電過程中基本對(duì)水環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生不良影響，對(duì)大氣、聲環(huán)境會(huì)產(chǎn)生少量的不良影響，但通過相應(yīng)的環(huán)境治理措施后可達(dá)標(biāo)排放，減輕對(duì)環(huán)境的污染。由于廢水厭氧處理工藝在生產(chǎn)生活中已得到廣泛利用且運(yùn)行穩(wěn)定，在該治理過程中所產(chǎn)生的沼氣屬于可再生的清潔能源，建設(shè)單位將該部分的沼氣收集以后經(jīng)脫水、脫硫后可直接用于廠區(qū)內(nèi)的能源供應(yīng)，起到有效的節(jié)能減排效果。若將沼氣回收綜合利用推廣到各行業(yè)的廢水處理中，必可節(jié)省化石燃料的使用，降低SO2、氮氧化物的排放，緩解自然資源消耗的壓力和減輕對(duì)自然環(huán)境的不良影響。

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