污水处理厂的直联式沼气风机效益分析

华风山，武鹏，王正晓，周文善
(青岛市团岛污水处理厂，山东青岛266002)

　　摘　要：城市污水处理厂中污泥厌氧消化产生的沼气是一种很有潜力的清洁能源。采用直联式沼气风机既可以节电、节热，又可以减少沼气利用过程中产生的二氧化硫，具有显著的经济和环境效益。?
　　关键词：污水处理；沼气利用；直联式沼气风机?
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)02-0080-02

　　污泥厌氧消化由于具有污泥稳定、减容和灭菌等效果而在污水处理厂中广泛应用，其副产物沼气作为清洁能源能够直接回用于污水处理工艺，具有突出的经济和环境效益。

1　工艺概况

　　青岛市团岛污水处理厂采用A₂O生物处理工艺，设计处理水量为10×10⁴m³/d，实际处理水量为4.5×10⁴m³/d。其工艺流程见图1。?

　　污泥经浓缩后采用中温一级消化，可产沼气6000m³/d，经完善的沼气净化系统处理 后再利用(见图2)。?
　　处理后的沼气一方面用于沼气锅炉，可为消化池自身提供热量；另一方面用于直联式沼气风机，可替代电动风机为生物池内的微生物供氧。全厂共设有4台电动风机和2台直联式沼气风机。目前生物池需要的供气量平均为13670m³/h(可保持消化区出水端溶解氧平均值为2.0mg/L)，仅需1台直联式沼气风机即可满足要求，当沼气量不足、直联式沼气风机检修或需气量剧增时，电动风机也可自动投入运行。?

　　团岛污水处理厂进水中的2/3为生活污水，由于青岛是一座传统的节水型城市，再加上无化粪池等原因使得进水浓度一般比其他城市高1～2倍，这在一定程度上使团岛污水处理厂沼气的产量和质量较理想(沼气成分见表1)，沼气热值达26703kJ/m³。沼气风机自2001年1月正式运行以来效果明显。

表1　团岛污水处理厂沼气成分 项目 CH₄ CO2 CO H2 O₂ 体积分数 64.2 26 1.0 8.0 0.8

2　　经济效益分析

2.1　投资
　　 总投资包括一次性投资与日常损耗两部分。?
　　①一次性投资(I1)?
　　设备：直联式沼气风机(TBG616V12K沼气发动机+TURBO离心风机)单价为728763马克/套，两套共计1457526 马克；?
　　脱硫塔：210195马克；?
　　管道：40万元；?
　　则I1=592万元(按3.31元/马克计)。?
　　②日常损耗(I2)?
　　发动机损耗：沼气发动机每运行500h换一次油(200L)及过滤器，花费6800元/次。若综合考虑设备检修、冬季气量不足以及两台发动机互为备用等因素，全年运行时间按9个月计(6480h)，则费用为8.8万元/a；?
　　火花塞、温度继电器等配件损耗：3万元/a；?
　　脱硫塔填料：2万元/a；?
　　则I2=13.8万元/a。?
2.2　节能效益
　　①节电(S1)?
　　沼气发动机的满负荷功率为450kW，正式运行以来的平均负荷率为60%，则平均功率为270kW，扣除冷却塔、自控件等附属设备的耗能(约为10kW)，所以可节电260(kW·h)/h，电费按0.75元/(kW·h)计，则S1=126.4万元/a。?
　　②节热(S2)?
　　沼气发动机的油路、汽缸和尾气等处通过热交换器回收的热量又以热水的形式通过热力管道输送至消化池为污泥加热，以维持污泥中温消化所需要的温度；消化池冷却后的低温水又被输送回沼气发动机用于冷却，形成热能循环利用(如图3所示)。

　　若按冷热水温差为30℃、循环水量为50m³/h计，则回收热量Q=50m³/h×1000kg/m³×4.18kJ/(kg·℃)×30℃=6.27×10⁶ kJ/h，则总节热量为2.7×10¹⁰kJ/a(全年按9个月计，因夏季不需利用回收热量)，若换算为柴油消耗量则为635t/a(柴 油的燃烧热为42500kJ/kg)，柴油单价按3000元/t计，则可节约费用S2=190.5万元/a。?
2.3　投资回收期
　　 折旧年限按14年计，净残值率为3%，则折旧为D=(1-3%)×592/14=41万元/a。?
　　采用静态投资回收期法进行经济分析，即投资回收期=总投资(I1)/(年平均现金流入量+折旧D)，其中年平均现金流入量=S1+S2-I2。则考虑折旧时投资 回收期为1.72a；不考虑折旧时投资回收期为1.96a。

3　环境效益分析

　　为减轻腐蚀，沼气发动机对沼气中的硫含量有较高的要求，因此必须在沼气管路上设置脱硫塔。团岛污水处理厂的干式脱硫塔脱硫率达92%，可使硫的含量从6246mg/m³降为450mg/m³，沼气脱硫后既保护了发动机又可以大大降低尾气中的SO₂排放量，可削减的SO₂排放量达25t/a。?

4　结论

　　①在进水浓度高、污泥量较大、设有污泥消化池的城市污水处理厂，一次性投资直联式沼气风机系统是经济可行的，在正常情况下两年内即可收回投资。
　　②与沼气风机配套的脱硫装置可大大削减SO₂的排放量，同时可减轻恶臭气味，环境效益显著。
　　③要充分发挥直联式沼气风机的经济和环境效益，关键是要做好系统的运行管理和维护保养，确保沼气风机的正常运转。?

---

　　电　 话：(0532)2659901
　　收稿日期：2001-06-08