⑴ 污泥發電技術
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以下只是其中一篇的部分
三種典型的污泥發電工藝
Three Typical Proce sse s of Electricity Generation by Sewage Sludge
蘇 丹1 王 鑫2 劉一威1
(1. 遼寧省環境科學研究院 沈陽 110031) ; (2. 沈陽大學沈陽環境工程重點實驗室 沈陽 110044)
摘要 污泥發電是城市污水處理廠進行污泥合理開發利用的技術措施之一,是污泥實行減量化、穩定化、無害化、資源
化的良好方法,本文介紹了3 種典型的污泥發電工藝:污泥焚燒發電;污泥厭氧消化產生沼氣、通過燃氣輪機組發電;污泥
厭氧消化產生沼氣、進而通過改質製造氫氣,經燃料電池發電。對污泥合理利用的規范化、科學化有一定的借鑒意義。
關鍵詞 污泥發電 污泥焚燒 污泥厭氧消化 沼氣發電 燃料電池
1 引言
污泥作為污水處理的伴生物,占污水總量的
015 %～1 %。據統計,我國城市污水處理廠每年污
泥發生量(乾重) 約為130 萬t ,且以每年10 %的速
度增長[1 ] 。污泥如果處置不當則會產生二次污染,
對環境和人類造成很大的危害。因此,尋找和探索
城市污泥無害化、資源化途徑,已成為污水處理行
業亟待解決的一個重要課題。
污泥中含有近40 %的有機生物質,具有可燃
性,所以污泥既被視為廢棄物,又被視為一種生物
質資源。合理利用污泥發電已成為污泥有效利用
的一個新的發展趨勢。污泥發電不但可以實現污
泥安全處理,同時還可以從污泥中抽取能量,替代
部分化石燃料,即節約資源和能源,又保護環境,有
利於促進我國向可持續的循環型社會的轉變。
2 典型的污泥發電工藝
污泥發電主要有以下2 種方式:
(1) 污泥燃料燃燒發電。
(2) 污泥厭氧消化產生沼氣發電。
2. 1 污泥燃料燃燒發電
2. 1. 1 污泥焚燒發電原理 污泥焚燒是在一定
溫度和氧氣存在條件下,使污泥中的有機質發生燃
燒反應,生成CO2 、H2O、N2 等。焚燒處理的產物
是灰渣和煙氣[ 2 ] 。污泥的低位熱值與其可燃分(揮
發分) 的含量、含水率和可燃分的熱值有關,如下式
所示。
L CV = (1 - P
100
) ×V S
100 ×CV - 215 × P
100
式中:L CV - 污泥的低位熱值,MJ / kg ; P ,污泥
的含水率, %;VS - 污泥的干基揮發分含量, %DS ;
CV,污泥揮發分的熱值,MJ / kg。根據上式計算得燃
燒最高限含水率為6717 %,超出了一般污泥機械脫
水設備的水平,因此直接以脫水污泥為燃燒處理對
象的焚燒爐,大多需要使用輔助燃料。污泥燃料有
多種形式,如將濕污泥與煤粉、重油等燃料一起混合
形成的污泥燃料;污泥與城市有機垃圾混合形成的
污泥燃料;濕污泥干化後形成的污泥燃料。污泥燃
料燃燒所釋放出的熱能通過熱回收系統和發電系統
實現能量的轉化,見圖1。
化學能
鍋爐
熱能
汽輪機
機械能
發電機
電能
圖1 能量形式的轉化
2. 1. 2 污泥燃料焚燒發電應用實例 以污泥燃
料焚燒為核心的污泥發電是一種很好的處理污泥
方法,污泥焚燒具有減容、減重率高,處理速度快,
無害化較徹底,余熱可用於發電,焚燒後產生的灰
渣可以用於改良土壤、築路、制磚瓦、陶瓷、混凝土
填料等優點。
漿狀污泥燃料可以通過管道用泵輸送,美、日、
英的污泥燃料多為固態顆粒狀[3 ] 。美國近200 家
污水處理廠採用焚燒方式處理污泥,佔全美處理總
量的20 %[4 ] 。日本東京電力公司、東京政府和生
物燃料公司用下水道污泥發電,2007 年正式投入
運行,東京每年產生130 萬t 下水道污泥, 其中
9900t 污泥製成燃料污泥送火力發電廠發電。
1998 年,英國倫敦開始將污泥進行脫水、乾燥、粉
碎,然後利用污泥燃燒的熱能作為能源進行發電。
2005 年,浙江紹興採用具有我國自主知識產
權的「煤助燃循環硫化床」技術興建了國內首座污
泥焚燒發電大型示範項目,日處理污泥1500t 以
上,污泥處理價格為80 元/ t ,年上網電力2166 ×
108 kW ·h ,供蒸汽150t/ h 。1 天可節約原煤450t ,
相當於每年節約原煤1315 萬t 。2006 年,浙江省
富陽市某污水處理廠將污泥(600t/ d) 焚燒發電,焚
燒灰渣製成建材替代紅磚。2007 年1 月,寧波污
泥處理一期工程已正式投運。該工程日處理污泥
400t ,年發電量達730 萬kW ·h 。2007 年6 月在
合肥投產運行的污泥發電供熱項目, 日產污泥
300t ,燃燒後灰渣用作修路。
可見,國外的污泥發電技術已基本成熟,國內
污泥發電技術處於成長階段,工程方興未艾。
2. 2 污泥厭氧消化產生沼氣發電
污泥消化可以抑制病菌,改善污泥的衛生狀
況;脫水後的消化污泥還可作為發電廠或水泥廠的
輔助燃料。污水處理廠污泥厭氧消化產生的沼氣,
主要組分為CH4 和CO2 ,以及H2 S、氨等微量有害
氣體。與其他燃氣相比,沼氣是一種性能優良的清
潔燃料[5 ] 。沼氣發電以其低排放、低污染、節約能
源、廢物資源化等優點而倍受關注,開發沼氣發電
成為建設綠色環保工程的一項重要措施。
利用污泥消化產生的沼氣發電,發電設備主要
有兩種:一種是燃氣機- 發電機系統;另一種是污
泥厭氧消化產生沼氣通過改質器轉化為氫氣,經燃
料電池發電。
2. 2. 1 燃氣機- 發電機系統 消化氣體發電設
備的系統流程見圖2 。消化氣經精製(脫硫、除濕、
脫碳酸) 後送入燃氣機燃燒,帶動發電機發電。同
時,以水為熱介質將燃氣機所排出的高溫尾氣余熱
回收,加熱消化池。消化氣中硅氧烷在燃燒室內燃
燒時損害燃氣機的零件和排氣脫氮用觸媒的耐久
性,影響消化氣體發電設備的經濟性和可靠性[ 6 ] 。
因此,沼氣在進入發電機前,須進行凈化處理,採用
活性炭吸附技術可保證凈化後沼氣含Si 有機物濃
度< 016mg/ L 。消化後污泥經脫氣、濃縮、脫水後
外運送往焚燒場或電廠和水泥廠作為輔助燃料焚
燒,或農用堆肥。
圖2 消化氣體發電設備的系統流程
德國城市污水處理廠對污泥處理有8514 %以
上採取中溫厭氧消化,利用產生的甲烷發電,基本
保證了污水處理廠的供電要求。如: 德國KA 2
helmstedt ( sewagen t reatment plant helmsstedt )
污水處理廠(處理污水10 ×104 t/ d) 污泥發電系
統[ 7 ] 。污泥消化後產沼氣6000m3 / d , 其熱值為
23MJ / m3 。年發電量120 ×104 kW ·h ,相當於污
— 55 —
三種典型的污泥發電工藝 蘇 丹
水處理廠全年運行耗電量的90 %～95 % ,同時還
可滿足處理工藝中的供暖及冬季全廠車間、辦公室
的供暖。
海口市白沙門污水處理廠借鑒了德國處理污
泥的經驗和技術[8 ,9 ] 。該廠消化池產氣量為4800
～6000m3 / d。發電量相當於廠內平均用電量的
27 % ,每月節省電費約15～18 萬元。沼氣發動機
產生的廢熱用於加熱消化池中污泥,在正常運行的
2 、3 月產生的廢熱用於加熱污泥後仍有剩餘。
北京高碑店污水處理廠, 日處理污水100
萬m3 ,日產污泥4000m3 ,全部進行高溫消化處理,
沼氣產量118 萬m3 / d 。按沼氣發電11 7kW ·h/
m3 計算,每天發電量為3 萬kW ·h ,1 年節約電費
500 萬元。年發電量近1000 萬kW ·h ,相當於
5000 戶家庭1 年的用電量。
2006 年北京小紅門污水處理廠污泥發電裝置
建設完成,2007 年開始利用污泥發電。小紅門污
水處理廠是北京第二個裝備「污泥消化、沼氣發電」
系統的污水處理廠,每天可從約2000m3 污泥中提
出沼氣,年最高發電量118 萬kW ·h 。
2. 2. 2 沼氣凈化後通過燃料電池發電 燃料電
池是利用氫和氧化合產生電能的裝置[10 ] 。見圖3 。
使甲烷轉換成氫氣的改質器是燃料電池系統的關
鍵組成之一。
圖3 PEFC 燃料電池構造示意
近年來,日本政府在推行「有機質資源高效能
源轉換技術開發」工程( High Efficiency Bioenergy
Conver sion Project ) 的基礎上,通過將燃料電池與
沼氣發酵系統有機地結合在同一系統中的技術手
法,實現了污泥高效發電。從2002 年日本政府頒
布新能源政策基本法以來,日本新能源產業技術綜
合開發機構(NEDO) 先後在日本各地資助了多項
以污泥為原料的生物質高效發電工程的建設[ 11 ] 。
其中,頗具代表性的為山形市水道部凈化中心以下
水道污泥為原料,通過沼氣發酵方式製造沼氣,進
而通過利用燃料電池,實現污泥高效發電,系統流
程見圖4 。
圖4 污泥沼氣通過燃料電池發電流程
東芝公司和橫濱市下水道管理局合作,先將污
泥厭氧消化處理,所得沼氣(含甲烷60 %～80 %) 經
乾式脫硫和活性炭吸附凈化後,送往燃料電池系統
的改質器。沼氣產出量為90m3 / h。磷酸型燃料電
池PC25TMC ,功率200kW。此種燃料電池可用於
含甲烷、CO2 的低熱值(22～25MJ/ m3 ) 的沼氣發電。
美國政府積極支持沼氣燃料電池的商業應用,
並給予政府補貼。目前,美國已有多家下水道污泥
處理場引進燃料電池技術,並建成投產。紐約州
N YPA 電力公司沼氣產出量3000m3 / d。加州一
項同類工程,沼氣量4000m3 / d ,其燃料電池產生的
熱氣體,返回用於加熱厭氧消化罐。在馬薩諸賽州
和俄勒岡州也有類似裝置。
國內還未見工程應用實例。
3 3 種工藝比較
利用污泥進行發電的3 種工藝各具優缺點,
城市污水處理廠3 種方案的基本性能指標見表1 。
表1 3 種污泥發電工藝比較
項 目污泥燃料燃燒發電
污泥厭氧消化產生沼氣發電
燃料電池燃氣發電
發電效率/ %L HV 3 30 (送電端) 38 (送電端) 30 (送電端)
排熱回收效率/ %L HV 20 40 36
熱供應形態100/ ℃蒸汽(或80/ ℃熱水) 標准60/ ℃水100/ ℃蒸汽(或80/ ℃熱水)
— 56 —
環境保護科學 第35 卷 第1 期 2009 年2 月
(續表)
NO/ mg ·m3 - < 7 < 122
SO2 / m3 - 微< 44
CO2 年排放比值210 1 1125
雜訊/ dB(A) 95 65 95
啟動時間15s 3h 15s
維修檢查
停機檢修1/ 次·月- 1 ;
大修1/ 次·a - 1
運行檢修1/ 次·3 月- 1 ;
停機檢修1/ 次·月- 1 ;大修
1/ 次·5a - 1
停機檢修1/ 次·月- 1 ;
大修1/ 次·a - 1 ,
優 點
減容、減重率高,處理速
度快,無害化較徹底,節約原
煤,降低發電燃料成本。
回收能源;穩定污泥,抑
制病菌,改善污泥的衛生狀
況;消化污泥可綜合利用。
回收能源;穩定污泥,抑
制病菌,改善污泥的衛生狀
況;消化污泥可綜合利用。
缺 點
需煙氣處理;污泥燃料燃燒
會產生含重金屬的飛灰。
對沼氣純度要求較高;工程
應用實例較少;燃料電池提
供的是直流電。
對沼氣純度要求高,沼氣需
經過脫硫等凈化處理;需煙
氣處理。
技術條件較高高相對較低
投資成本高較高相對較低
環境效益相對較低高較高
社會效益相對較低高較高
3 注:L HV 為燃料低位熱值。
4 結果與討論
我國城市污水處理廠每天產生大量的污泥,給
城市環境帶來沉重的壓力。以往的處理方式日益
顯示其弊端,將污泥轉化成能源用於發電供熱,符
合我國新時期循環經濟建設的要求,符合我國「十
一五」節能減排的要求,更可為短缺的能源現狀開
辟蹊徑,減輕甚至避免對環境產生二次污染。污泥
發電是目前處理污泥最理想的途徑,3 種污泥發電
工藝各具優缺點, 在工程應用中,應根據實際需
要,依據現場條件,綜合考慮運行費用的前提下,因
地制宜地選擇合理的發電技術。雖然污泥發電的
基本建設總投資比燃煤和燒油發電高,但一旦將環
境成本內化,並合理實施鼓勵新型能源及可再生能
源的財政、稅收、信貸政策,與發達國家看齊,鼓勵
全社會積極參與固體廢棄物利用事業,污泥發電技
術將非常具有優勢。
參 考 文 獻
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10. 楊欽慧. 利用污泥、廢水、生活
⑵ 用污水廠廢氣發電利與弊是什麼
污水處理廠雖能凈化水，但也會污染空氣，排放出甲烷、硫化物和氮氧化物的羽狀煙雲，這些廢氣不僅味道難聞，而且是造成煙霧和導致全球變暖的禍因。如今，紐約的一家污水處理廠正在把廢氣轉變為電力和熱力。有關負責人說，在此過程中唯一的副產品就是熱水。
紐約電力局的負責人說，設在北美的一家污水處理廠首次採用新的燃料電池裝置，經過一年的運行之後證明效果良好。據他們介紹，該系統可生產200千瓦的電力，足以滿足60戶標准家庭所需的電力供應。
紐約電力局負責研究工作的沙洛姆·策林格說，在1998年實施的發電工程中，他們把原本將在空氣中自白燒掉或隨風飄走的20多噸廢氣轉化成了電力，同時生成的熱水可用來加熱有助於廢物分解的菌類。
策林格說，燃料電池採用的燃料是氫，諸如天然氣和汽油之類的標准礦物燃料以及甲烷中都含有氫。由於燃料電池是利用一種化學反應從氫中獲取能源，而不是燃燒氫，因此它們不會產生任何大的污染。
電力局的負責人說，從中獲益最大的是污水處理廠，廠里的設備可利用大量不花錢的甲烷廢氣，替代天然氣或其它一些必須花錢購買的燃料。這些設備還可以用來自垃圾填埋場的沼氣發電。
紐約市負責環境的官員在檢查了這些新型設備後表示，他們希望在紐約14家污水處理廠的一些廠里安裝燃料電池，以期對一部分廢氣加以循環利用。目前這些污水處理廠每年產生16億立方英尺的廢氣，但大部分都在廠內白白燒掉。
⑶ 能否用生活污水進行小型水力發電
解決以下問題就可行.
生活污水的成分,如何解決污水中的成分不會堵塞發電設備,不會腐蝕發電設備.
是否有足夠量的污水連續不斷的流經發電設備,且流經的污水是否有足夠的功來使發電設備運轉.
是否會對原本污水排放造成影響(發電設備從水流中獲得的功,是否會使污水流通能力降低,增加管道堵塞的可能性)
發電設備安裝及維護的費用與獲得的電力是否等價.
⑷ 為什麼污水處理廠可以發電
這個分兩種情況，一種是有厭氧發酵的，產生沼氣，採用沼氣發電機發電。一種是出水是大落差的，採用水力發電
⑸ 污水發電一舉兩得
日本東京大學發明了一種使污水沉積物固體化的方法。據稱，這種固體沉積物具有4000～4500大卡/千克的發熱量。利用它進行發電，既可節約能源，又可保護環境，真是一舉兩得。日本打算利用城市地下水道的污水沉澱物作為能源，建造一座世界獨有的發電站。
⑹ 我在家裡安裝一個小型的生活污水發電機，用什麼材料的做水車來帶動轉子比較好輕便又不會特別容易被腐蝕
別裝了，發電是要講求能量密度的。估計你發的電沒等你把成本收回呢整套裝置就壽終正寢了
除非。。。。你家是幾十口人的大家大戶，這個可以考慮
要說防腐輕便，那就非塑料莫屬了，現在的工程塑料的比強度很高的。單件自製可以考慮找5軸CNC做一個尼龍或特氟龍的。找不到加工中心也可以用白鋼板找鈑金工刨制一個
⑺ 污水發電是什麼
日本東京大學發明了一種使污水沉積物固體化的方法。據稱，這種固體沉積物具版有4000～4500大卡/千克的發熱量權。利用它進行發電，既可節約能源，又可保護環境，真是一舉兩得。日本打算利用城市地下水道的污水沉澱物作為能源，建造一座世界獨有的發電站。
⑻ 污水處理廠為什麼可以發電
污水處理廠與發電似乎毫無關系。然而，隨著科學技術的發展以及人們環境保護意識的增強，污水處理廠不僅能處理污水，而且能將污水中的有機物變成能源。
1980年，美國環保局通知洛杉磯市政當局，要求他們提高污水的處理質量，否則將禁止該市向太平洋排放經過處理的廢水。於是，洛杉磯市政當局便大規模地改造擴建污水處理廠，投入了幾億美元。經改造後的污水處理廠處理後排放的污水完全達到標准。更可貴的是，他們利用了污水處理後留下的污泥發電，真正做到了變廢為寶。
1985年投入運行的洛杉磯污水處理廠，每天可以處理1億加侖(37.85萬立方米)的污泥(從最初的污水處理中得到的黏性剩餘物)，然後再將這些污泥加工成燃料；同時，當污水通過18個微生物消污池時，還能產生大量甲烷。以上兩種燃料可用作火力發電，共可發電25000千瓦，生產的電力除60％污水處理廠自用外，還有40％可提供給其他企業。
把污泥加工成燃料，須安裝蒸發器。使用蒸發器比使用一般的乾燥器節能25％～30％。污泥經蒸發器乾燥後成為粉末狀，這種粉末就是很好的燃料。污泥再生燃料被送進一個流體化床反應器內進行汽化，然後在缺氧的條件下燃燒，利用它產生的能量來發電。用這種方法燃燒，能更好地提高熱效率，並大大減少廢氣中的氮氧化物。
⑼ 污水是否可以發電
污水和別的水一樣都可以進行發電的。水力發電是通過水的流動從而產生動能，然後轉化為電能。所以污水可以發電，但是污水必須經過處理達到環境容納范圍或相關標准才可以排入環境當中，對於水力發電，對水質肯定得有要求，例如酸性、鹼性污水會腐蝕發電裝置，大的雜物會堵塞設備，還有水力發電一般都利用水位差，也造價很高，必須得有源源不斷的水才可以保證它的可行性！
總結：
污水可以發電，但是得先進行處理達到一定標准後方可用於發電。