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

　　摘　要：城市污水處理廠中污泥厭氧消化產生的沼氣是一種很有潛力的清潔能源。采用直聯式沼氣風機既可以節電、節熱，又可以減少沼氣利用過程中產生的二氧化硫，具有顯著的經濟和環境效益。?
　　關鍵詞：污水處理；沼氣利用；直聯式沼氣風機?
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)02-0080-02

　　污泥厭氧消化由于具有污泥穩定、減容和滅菌等效果而在污水處理廠中廣泛應用，其副產物沼氣作為清潔能源能夠直接回用于污水處理工藝，具有突出的經濟和環境效益。

1　工藝概況

　　青島市團島污水處理廠采用A₂O生物處理工藝，設計處理水量為10×10⁴m³/d，實際處理水量為4.5×10⁴m³/d。其工藝流程見圖1。?

　　污泥經濃縮后采用中溫一級消化，可產沼氣6000m³/d，經完善的沼氣凈化系統處理 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；另一方面用于直聯式沼氣風機，可替代電動風機為生物池內的微生物供氧。全廠共設有4臺電動風機和2臺直聯式沼氣風機。目前生物池需要的供氣量平均為13670m³/h(可保持消化區出水端溶解氧平均值為2.0mg/L)，僅需1臺直聯式沼氣風機即可滿足要求，當沼氣量不足、直聯式沼氣風機檢修或需氣量劇增時，電動風機也可自動投入運行。?

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

表1　團島污水處理廠沼氣成分 項目 CH₄ CO2 CO H2 O₂ 體積分數 64.2 26 1.0 8.0 0.8

2　　經濟效益分析

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)?
　　設備：直聯式沼氣風機(TBG616V12K沼氣發動機+TURBO離心風機)單價為728763馬克/套，兩套共計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)。?
　　②日常損耗(I2)?
　　發動機損耗：沼氣發動機每運行500h換一次油(200L)及過濾器，花費6800元/次。若綜合考慮設備檢修、冬季氣量不足以及兩臺發動機互為備用等因素，全年運行時間按9個月計(6480h)，則費用為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　節能效益
　　①節電(S1)?
　　沼氣發動機的滿負荷功率為450kW，正式運行以來的平均負荷率為60%，則平均功率為270kW，扣除冷卻塔、自控件等附屬設備的耗能(約為10kW)，所以可節電260(kW·h)/h，電費按0.75元/(kW·h)計，則S1=126.4萬元/a。?
　　②節熱(S2)?
　　沼氣發動機的油路、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動機用于冷卻，形成熱能循環利用(如圖3所示)。

　　若按冷熱水溫差為30℃、循環水量為50m³/h計，則回收熱量Q=50m³/h×1000kg/m³×4.18kJ/(kg·℃)×30℃=6.27×10⁶ kJ/h，則總節熱量為2.7×10¹⁰kJ/a(全年按9個月計，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，則可節約費用S2=190.5萬元/a。?
2.3　投資回收期
　　 折舊年限按14年計，凈殘值率為3%，則折舊為D=(1-3%)×592/14=41萬元/a。?
　　采用靜態投資回收期法進行經濟分析，即投資回收期=總投資(I1)/(年平均現金流入量+折舊D)，其中年平均現金流入量=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　環境效益分析

　　為減輕腐蝕，沼氣發動機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置脫硫塔。團島污水處理廠的干式脫硫塔脫硫率達92%，可使硫的含量從6246mg/m³降為450mg/m³，沼氣脫硫后既保護了發動機又可以大大降低尾氣中的SO₂排放量，可削減的SO₂排放量達25t/a。?

4　結論

　　①在進水濃度高、污泥量較大、設有污泥消化池的城市污水處理廠，一次性投資直聯式沼氣風機系統是經濟可行的，在正常情況下兩年內即可收回投資。
　　②與沼氣風機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，環境效益顯著。
　　③要充分發揮直聯式沼氣風機的經濟和環境效益，關鍵是要做好系統的運行管理和維護保養，確保沼氣風機的正常運轉。?

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