君威环保污水技术简介：污水处理中沼气利用系统的运行和管理
君威环保污水技术简介：污水处理中沼气利用系统的运行和管理
沼气作为一种可再生能源，在污水处理过程中具有重要的应用价值。本文将详细介绍沼气的性质、作用以及在污水处理中的应用，特别是沼气输配系统的安全运行控制，包括压力控制和阻火控制。同时，文章还将探讨沼气净化技术在农村污水处理中的应用前景。
一、沼气的性质和作用
(1)沼气主要是指各种有机物质通过厌氧分解而产生的混合气体。在农村粪池中能产出沼气，在沼泽地也能产生沼气，在污水处理厂中，污泥厌氧处理过程中产生的是沼气(也有称污泥气)。
(2)沼气是一种可燃气体，其主要化学成分为甲烷CH₄(含量一般在50%～75%)、二氧化碳(含量一般为20%～30%)，另外还含有少量的氢气(H₂)、氮气(N₂)、氨气(NH₃)和硫化氢(H₂S)气体。
(3)沼气的热值在21～25MJ/m³(5000～6500kcal/m³)之间，发热值的大小取决于沼气中CH₄的含量，沼气一般热值要高于城市煤气(约3500kcal/m³)而低于天然气(约9000kcal/m³)。
(4)沼气中的H₂S气体不仅能溶于水中产生氢硫酸腐蚀管道或设备，更值得警惕的H₂S是一种有毒气体，同时又是易燃易爆气体，因此在利用沼气时必须按照“安全运行规定”严格执行。沼气中的H₂S气体取决于污水中有机物的成分，有两个主要来源，一是蛋白质水解后发生脱巯基反应，生成H₂S。二是污泥中的硫酸盐(SO)发生还原反应生成H₂S，特别是在生活水平有很大提高，食谱中肉、奶等蛋白性食物比例增加，污泥中的H₂S也会大幅增加。
(5)沼气的综合利用途径很广泛。其中的CH₄可作为生产四氯化碳或有机玻璃树脂原材料，也可用于制造甲醛；其中CO₂可以用于生产纯碱，这些化工利用途径在国内外都有一定程度的实践。有的大型污水处理厂还将产生沼气直接与城市煤气并网，或适当去除CO₂，提高CH₄的纯度，送入城市人工煤气管线并网以提高煤气的热值。在污水处理厂内综合利用主要用在沼气锅炉供热(给污泥消化供热或冬季取暖)、沼气机驱动发电机发电、沼气机驱动鼓风机供气，还可供炉灶做饭，烧洗澡热水等。
二、保证沼气输、配系统的安全运行需要控制系统的压力与阻火两个方面
(1)压力控制
①要使沼气输、配系统正常稳定运行，压力是一个重要参数。而沼气柜在输、配系统中除起到贮存沼气的作用外，还有一个重要作用就是保持系统压力恒定，隔离消化池产沼气与使用沼气设备相互影响，使压力不随沼气生产量的变化而波动。干式沼气柜、湿式沼气柜都是由其配重块确定其压力，增、减配重块，可将沼气系统的工作压力控制在合适的范围内，一般为200～500mmH₂O。
②在沼气系统中，无论是出现超压或者出现负压，都会影响到系统安全运行，甚至对系统和设备造成破坏和产生危险。为此，在系统内的某些重点部位设压力安全阀和防止负压阀。如在消化池顶部、沼气柜的浮动盖顶部，都设有压力安全阀和防止负压阀。在实际运行中应定期巡视检查，有条件最好备用该阀。如果是水封阀则应经常检查并填满水。在该设施停止运行时应将其送质量监督部门标定后再安装使用。
③在沼气输配系统中，因沼气管道的管径、管道阻力等影响，沼气流量的大小不同，使消化池内的沼气压力与沼气柜内压力以及沼气使用设备内的压力是不同的，一般来说，消化池的压力要高于沼气柜的压力，而沼气柜的压力要高于设备取沼气前的压力。使用沼气设备如果有提高压力和流量要求时，可配套沼气提升泵来达到。
(2)沼气管道阻火控制
沼气在输配系统中必须保持正压力。而沼气在燃烧设备中有一个燃烧速度，通常管道中沼气的正常流速要大于燃烧速度，如果因为某种原因，如管道中产生负压，混入空气使管道内产生回火(这时燃烧速度大于沼气流速)，引起沼气爆炸和泄露。为防止危险，在消化池之后、沼气柜之后、锅炉、沼气发动机和燃沼气设备之前的管路上设置阻火装置。常用的阻火器有以下三种：
①铝网阻火器，又称消焰器
即在沼气管道上串接一个铝网阻火器。在内部装设一个可拆卸铝网，其阻火原理是铝丝网能迅速吸收和消耗热量，使正在燃烧的气体温度低于其燃点，将火焰阻断，从而达到阻止火焰向气源燃烧的目的。当沼气内混入空气量较少时，在阻火器与燃烧点之间的管道内会很快将空气耗尽，火焰自动熄灭。但当沼气管道内混入的空气较多时，火焰会将阻火器内的多层铝网熔化，形成一个封堵，封住火焰。又因为阻火器在管道中运行，会拦截沼气中的杂质，结成污垢，增大阻力，需定时清理，防止铝网的吸热效率下降，影响其阻火功能。另外阻火器应尽量靠近燃烧点安装，一般要求离燃烧点不应超过5m。
②水封阻火罐。
水封阻火罐的原理是利用罐内一定高度的水层达到阻止回火的目的，优点是容易制造，适应较大的沼气管径阻火(如φ200以上管径)。
缺点是因为罐内水位增大了管路的阻力，并有可能增加沼气的水分。在运行管理中，应经常检查水封罐的水位，随时补充蒸发掉或被沼气挟走的水分。或因沼气水分太多，水封罐内水位上涨，需随时放低水位在规定的范围内。图中的水位h不可太大，否则将增大管路沼气的阻力，也不可太小，太小会使补水次数增加，并可能因为补水不及时，导致水位下降，失去阻火功能。h值一般应保持在50～100mm范围内。在安全上要注意补水管道与水罐连接处要有明显断开处(如用软管连接。当补水时临时连接上，当不用时拔下，断开连接处)。防止因密闭连接造成沼气串通到补水管泄露，发生危险。
③砾石阻火罐
砾石阻火罐一般能起到过滤、冷凝、防回火三重作用，通常安装在消化池出沼气管后，脱硫装置前。其作用如下。
a.过滤作用。从消化池出来的沼气常携带一些杂质，尤其在消化池运行初期或消化状态不稳定，有可能污泥从沼气管道走出时，通过砾石拦截一些大的杂质，而细小的污泥或杂质通过砾石底部虹吸管排出。
b.防回火作用。当管道出现回火时，层层砾石会吸收热量，将火焰分散熄灭，达到阻断火焰的目的。
c.冷凝作用。砾石阻火罐一般放在常温室内，罐壁用不锈钢制作，且大于管径5～8倍，能够起到对沼气降温冷凝作用，冷凝水落在罐底部，随虹吸管排出。
当前的农村污水处理技术多采用生物和生态处理法，化粪池和一体化污水处理设备是主流趋势。化粪池处理效果不佳、污泥沉淀多；一体化污水处理设备费用只有发达地区才能承受。沼气净化技术是一种成本低效果显著农村污水处理方法。多级折流厌氧消化的工艺沼气池这种工艺的使用可以保证污水水质满足设计的要求，可以满足生活水平不高，总体经济发展落后村庄的污水处理需要。还有些沼气池由沉砂除渣、折流厌氧消化、消毒等多个单元共同组成，处理后水质可以达到污水排放的二级甚至更高要求。