1 沼氣的概念及成分
沼氣是活性微生物在厭氧、適宜的生長溫度、pH值等的條件下，對有機物質(zhì)進行發(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，當空氣中含有8.6%～20.8%（按體積計）的沼氣時，就會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
造紙廠在紙漿造紙的生產(chǎn)加工過程中有大量的廢水產(chǎn)生，該廢水中的COD、BOD濃度較高，可生化程度較大，大多數(shù)利用厭氧＋好氧生化處理工藝聯(lián)合治理。在對造紙廢水進行厭氧處理時會有沼氣產(chǎn)生，目前大多數(shù)造紙廠直接采用火炬燃燒的模式來處置生產(chǎn)廢水治理過程中產(chǎn)生的沼氣，沒有得到資源化利用。
由于廢水厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣可以收集預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)生相當于0.7kg無煙煤提供的熱量，綜合利用后可減少廠內(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)加壓風機加壓推進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）干燥后的沼氣進入脫硫塔中進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）預處理去H2S后的沼氣暫存在沼氣柜中，使用時進入沼氣發(fā)電機中燃燒發(fā)電。
3 環(huán)境影響分析及防治措施
3.1 水環(huán)境的影響分析及防治措施
由于沼氣從厭氧塔中加壓逸出時會有少量游離水帶出，在脫硫前需要進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)污水處理設施中進行統(tǒng)一處理，無需新建廢水處理設施，不會增加項目內(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，不會對周邊環(huán)境造成影響。
3.2 大氣環(huán)境的影響分析及防治措施
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，供應廠區(qū)內(nèi)人們生產(chǎn)生活使用。造紙廠內(nèi)設有2臺500kW燃沼氣發(fā)電機，沼氣燃燒過程中會產(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，排放濃度達到《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）表2中以氣體為燃料的鍋爐或燃氣輪機組特別排放限值，不會對周圍環(huán)境造成明顯影響。
4氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)的應用
4.1沼氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)
國內(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、氧氣和氮氣。在沼氣生成過程中。沼氣中雜質(zhì)含量如Si、HS等應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)對沼氣池的智能化管理具有重要意義，同時還需要測量發(fā)酵罐的溫度和液位以及沼氣壓力。污水廠的生物處理設備中有厭氧反應器，污水經(jīng)過厭氧反應器后產(chǎn)生了沼氣，沼氣分析儀采樣點就在厭氧反應器后的管道，可以測試出沼氣中CH4、CO2、O2和H2S的濃度，樣氣中主要含水和粉塵，需要經(jīng)過預處理后，進入儀器檢測，通過檢測沼氣中可燃氣體中的濃度（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。
對以上工藝現(xiàn)場的沼氣成分監(jiān)測，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非分光紅外技術和ECD長壽命電化學技術，可實時在線測量沼氣中CH4、CO2、H2S、O2的體積濃度，測量精度高、結構簡單、操作方便、實用性好，通過天禹智控研發(fā)的數(shù)據(jù)處理自動化控制系統(tǒng)。實現(xiàn)沼氣工程數(shù)據(jù)自動化管理。目前在國內(nèi)外垃圾填埋、污水處理、厭氧發(fā)酵生產(chǎn)工藝和CDM計量等領域廣泛應用。
4.2 有毒有害氣體及易燃易爆氣體檢測系統(tǒng)
對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報警儀加以檢測。天禹智控的氣體檢測報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儀設備結合起來使用。在工作人員進行格柵間、除砂間、二沉池等工藝段巡檢作業(yè)、對處理池、設備、管道等清淤的過程中設備維修作業(yè)時，選擇便攜式氣體檢測儀可有效預防事故的發(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報警器實時監(jiān)測。也可以將各種組合氣體檢測儀靈活搭配，滿足不同場景的使用需求。可燃氣體檢測報警器、氣體報警控制器、風機等，可組成一個實時監(jiān)測、及時預警的氣體監(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)電項目主要對廢水厭氧處理工藝配套沼氣回收發(fā)電系統(tǒng)，對厭氧塔中產(chǎn)生的沼氣進行簡易干燥脫硫后輸送到廠區(qū)內(nèi)燃沼氣發(fā)電機中進行燃燒發(fā)電，供應廠區(qū)內(nèi)人們生產(chǎn)生活使用，減少企業(yè)的用電負荷，以達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）濃度計算而來，在正常的厭氧工藝運行條件下，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)，項目的廢水進料量為∶5000m3/d；COD的處理前濃度按3150mg/L計，處理后濃度按900mg/L計。
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，則項目每天發(fā)電的量為10895.4kW·h，即每年（以年工作330天計算）發(fā)電量約359.55萬kW·h。故項目每年可節(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 結語
通過對造紙廠生產(chǎn)廢水厭氧處理后沼氣回收發(fā)電項目的環(huán)境影響評價分析，了解到沼氣在燃燒發(fā)電過程中基本對水環(huán)境不會產(chǎn)生不良影響，對大氣、聲環(huán)境會產(chǎn)生少量的不良影響，但通過相應的環(huán)境治理措施后可達標排放，減輕對環(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，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自然環(huán)境的不良影響。
以上就是天禹智控關于“探析造紙廠沼氣回收發(fā)電項目的環(huán)境影響”的相關內(nèi)容，天禹智控十年氣體濃度監(jiān)測行業(yè)經(jīng)驗，以強大的研發(fā)能力、優(yōu)質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品線及完善的服務保障系統(tǒng)，贏得了廣大客戶的支持與喜愛，天禹產(chǎn)品廣泛應用于環(huán)保、冶金、石化、化工、能源、食品、農(nóng)業(yè)、交通、水利、建筑、制藥、釀造、航空及科學研究等眾多行業(yè)并出口到德、美、英、韓、印度、馬來西亞等20多個國家和地區(qū)。
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