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沼气生物脱硫原理范文1
关键词秸秆；综合利用；原理；安徽省
中图分类号 S216.2 文献标识码A文章编号 1007-5739（2012）08-0264-02
安徽省是农业生产大省，农作物秸秆产量大，分布广，种类多。近年来，全省认真落实农业可持续发展战略，大力支持发展循环农业，积极探索秸秆综合利用的有效途径，推进农作物秸秆综合利用。
1安徽省秸秆综合利用现状
调查统计表明，2011年全省秸秆资源总量逾4 000万t，秸秆类型主要有水稻、小麦、棉花、玉米、大豆等。目前，秸秆主要有以下几种利用方式。
1.1秸秆还田
将收获后的农作物秸秆刈割或粉碎后，翻埋或覆盖还田，一般秸秆还田数量不宜过多，以2 250～3 000 kg/hm2为宜，秸秆粉碎（切碎）长度小于10 cm，含水量30% 以上时，还田效果好。耕深20 cm以上，保证秸秆翻入地下并盖严，一般可增产10%左右。秸秆还田能增加土壤有机质含量，改善土壤物理性质，使土壤耕性变好，提高土壤酶活性，缓解安徽省土地中氮、磷、钾比例失调的矛盾，而且后效十分明显，有持续的增产作用。2011年，安徽省秸秆作为肥料还田使用量逾500万t（不含根茬还田），占可收集资源量的13%。
1.2秸秆青贮养畜
农作物秸秆是草食性家畜重要的粗饲料来源。据测算，1 t普通秸秆的营养价值平均与0.25 t粮食的营养价值相当。秸秆切碎填入密闭的青贮池中，经过微生物发酵作用青贮科学处理，秸秆的营养价值可以大幅度提高，形成营养更加丰富的秸秆饲料。2011年，安徽省秸秆作为饲料使用量逾300万t，占可收集资源量的10%[1]。
1.3秸秆能源化利用
秸秆能源化利用的主要方式有秸秆固化成型燃料技术、秸秆气化和秸秆联户沼气技术等[2]。近年来，安徽省积极支持开展秸秆沼气、秸秆气化、秸秆固体成型等技术和产品的研发、标准的制定等工作，建立了一批试点。截至2011年底，安徽省农村地区已累计建设秸秆沼气集中供气工程1处，秸秆热解气化站6处，固体成型加工点19处，年可产成型燃料约11.4万t。2011年，安徽省秸秆能源化利用量约400万t，占可收集资源量的11%。
1.4秸秆种植食用菌
秸秆中含有丰富的碳、氮、矿物质及激素等营养成分，且资源丰富，成本低廉，适合作多种食用菌培养料。2011年，安徽省食用菌秸秆利用量约30万t，占可收集资源量的1%。
1.5秸秆作为工业原料
秸秆纤维作为一种天然纤维素纤维，生物降解性好，可以作为工业原料，如纸浆原料、保温材料、包装材料、各类轻质板材的原料，可降解包装缓冲材料、编织用品等，或从中提取淀粉、木糖醇、糖醛等[3]。2011年，安徽省秸秆作为工业原料使用量约70万t，占可收集资源量的2%。
1.6秸秆废弃及焚烧
随着农村经济条件和生活水平的提高，煤、液化气等商品能源在农村地区的应用越来越广泛，导致不少秸秆被弃于田头和路边或者被焚烧，严重污染环境，影响工农业生产和人民生活[4]。安徽省每年废弃焚烧的秸秆总量约2 265万t，主要为小麦、水稻和玉米秸秆，占可收集资源量的63%。
2秸秆利用的相关原理分析
2.1秸秆还田的利用原理
秸秆还田有堆沤还田、过腹还田、直接还田等多种方式。由于长期使用单一的耕作制度，土壤的肥力基本耗尽，土壤已经板结，光靠石油、煤炭制成的化肥解决不了根本问题。农作物光合作用的产物有1/2以上存在于秸秆中，农作物的秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等。秸秆还田可以提高土壤氮、磷、钾养分含量；提高土壤活性有机质，增加土壤有机质含量，降低土壤容重。同时，农作物秸秆提供的养分占有机肥总养分的13%～19%，是农业生产重要的有机肥源。经测算，每1 t秸秆中的氮、磷、钾养分含量相当于8 kg尿素、13 kg过磷酸钙、13 kg硫酸钾。秸秆还田后土壤中氮、磷、钾养分含量都有增加，其中尤以钾素的增加最为明显。根据定位试验结果，全氮平均比对照提高0.005%～0.090%，速效磷增加0.75～12.00 mg/kg，速效钾增加8.6～38.8 mg/kg。据统计，安徽省水稻播种面积约231.33万hm2，年产水稻约1 832万t，谷草比按0.8计，年可产秸秆1 286万t；小麦播种面积约230.2万hm2，年产小麦约1 727万t，谷草比按0.88计，年可产秸秆1 023万t。水稻秸秆还田量以3 000 kg/hm2为宜，早、中稻按一季，晚稻按一季计算，年水稻秸秆可还田逾690万t，占水稻秸秆资源的54%；小麦秸秆还田量以3 000 kg/hm2为宜，年小麦秸秆可还田逾400万t，占小麦秸秆资源的39%，占小麦秸秆资源的36%，加上过腹等还田14%，总计占50%左右。
2.2秸秆能源化利用原理
秸秆能源化利用从低效燃烧发展到秸秆沼气、秸秆固化和秸秆干馏气化等高效利用。秸秆作为优质的生物质能可部分替代煤炭和石油，节约能源，有利于改善能源结构，减少二氧化碳排放，缓解和应对气候变化。
2.2.1秸秆沼气。以农作物秸秆为主要原料，利用厌氧发酵技术制取沼气，获取能源、有机肥料和治理环境污染的农村能源工程技术。目前，有以河北省为代表的中温发酵技术和以河南省（安徽省农村能总站参与研究）为代表的常温发酵技术。其中，中温发酵工艺流程为：以搅拌机为动力，将秸秆同其他辅料按照一定比例混合均匀加水搅拌后，经过进料口，通过泥浆泵将发酵原料打入沼气发酵罐，在30～55 ℃和pH值6.8～7.5的环境下进行发酵产气。其过程如下：秸秆—粉碎—加菌种及添加剂—加入40～55 ℃热水—搅拌—打入发酵罐—产气—脱水—脱硫—入储气罐—输配系统—农户使用。常温发酵技术工艺流程为：秸秆—粉碎—专利进料装置—厌氧发酵（特殊培养）—产气—脱水—脱硫—入储气罐—输配系统—农户使用。采用秸秆沼气工程技术，每2 kg干体秸秆或5.5～7.5 kg鲜体秸秆可产生1 m3沼气，每1 hm2耕地所产生的作物秸秆可生产出3 000 m3的沼气，相当于1 500 kg液化石油气。
2.2.2秸秆固化成型燃料。目前，农作物秸秆成型的主要技术方式有颗粒型成型机、螺旋连续挤压成型机、机械驱动活塞式成型机和液压驱动活塞式成型机。秸秆成型燃料是一种无污染、清洁又可再生的环保型燃料。将农作物秸秆粉碎，堆积密度一般为0.10～0.25，而加工后的燃料块密度为0.7～1.2，该过程完全是通过设备产生的强大的压力或挤压式克服秸秆的弹性进行强制压缩堆积来完成的。经测算，每2 t秸秆利用热值可替代1 t标准煤，可有效减少一次能源消耗。
2.2.3秸秆干馏气化。安徽省农村能源总站和芜湖恒久公司联合开展试点试验，进行技术创新，此项目获得3项国家专利。利用秸秆类生物质为主要原料，采取干馏热解气化装置和净化系统，平均1 t稻草产300 m3气体，产出热值达15 480.8～17 572.8 kJ，副产品为500 kg 80%的纯碳粉，通过供气管网（要求农户相对集中）可为1个村或800户以上输送高热值的秸秆燃气。目前，此项目正在调试阶段，产气量低，目标是每1 t秸秆产气达到400～500 m3。
2.2.4秸秆液化。秸秆在一定温度和压力下，产生液体物质，生产石化产品。安徽省科技大学朱席锋教授正在中试研究阶段。
2.2.5秸秆发电。目前，安徽省装机3台共6.6万kW·h，消耗60万t作物秸秆，占秸秆资源的1%。
3展望
目前，全省秸秆50%用于还田，45%用于能源利用，5%用于其他综合利用。在当今能源短缺的背景下，加强秸秆能源化利用的研究意义重大。在秸秆气化和秸秆制沼气上下功夫，增加投入，可提高秸秆利用量至70%。此外，加大秸秆还田财政投入，在稻、麦收割时进行直接还田。同时，提高收割、粉碎、深埋秸秆的机械技术创新，降低机械运行成本，提高机械的运行经济性和可靠性。
4参考文献
[1] 高翔.江苏省农作物秸秆综合利用技术分析[J].江西农业学报，2010（12）：130-133.
[2] 王激清，张宝英，刘社平，等.我国作物秸秆综合利用现状及问题分析[J].江西农业学报，2008，20（8）：126-128.
沼气生物脱硫原理范文2
关键词：基础化学；电力知识；探索
作者简介：廖强强（1971-），男，江西新干人，上海电力学院环境与化学工程学院，教授；杨延（1962-），女，上海人，上海电力学院环境与化学工程学院，副教授。（上海 200090）
基金项目：本文系上海市高等教育学会重点课题（课题编号：ZDGJ4-10）、智能电网储能技术上海高等教育“085”工程建设项目资助的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0094-02
基础化学包括无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、普通化学。基础化学是环境工程系学生必修的课程，是学生进一步学习专业课程的垫脚石。笔者结合学校的工科背景、电力特色，跟踪国内外现代科技发展，在基础化学教学中引入和渗透与电力行业、新能源相关的化学知识、应用案例，使基础化学课程中的理论知识与电力、新能源的专业应用有机地结合起来，做到理论紧密联系实际，开展了具有电力特色的基础化学教学活动。
一、氢燃料电池
在“无机化学”的氢气一节中，增加了氢气作为清洁能源的新用途的教学内容。因为氢气在氧气中燃烧后只生成水，再无其它生成物，所以用氢燃料电池作汽车动力，对环境无污染。因此，用氢燃料电池的汽车是名副其实的绿色汽车。世界上一些先进国家都在研究开发氢燃料电池。1999年初，戴姆勒－克莱斯勒公司和壳牌公司在冰岛政府的支持下公布了“氢经济”的国家计划——用无污染的氢能源代替所有小轿车、公共汽车上使用的柴油和汽油。目前，德国也已经推出了各种氢燃料电池汽车。
氢燃料电池的工作原理是将氢气输送到电池的负极，经过铂等贵金属催化剂的作用，氢原子中的一个电子被解离出来，失去电子的氢离子（即的质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池的正极，而这个电子则只能经过外部电路，到达燃料电池正极板，从而在外电路中形成电流。电子到达正极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。只要源源不断地给负极板供应氢，给正极板供应空气，并及时把水蒸气带走，就可以不断地产生电能。燃料电池车的能量转化效率比传统汽车高60%～80%，是内燃机的2～3倍。燃料电池的燃料是氢气和氧气，生成的是清洁的水，能量转换过程中不产生CO和CO2，也没有其他污染物排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放的绿色交通工具，氢气是完美的汽车能源。
二、碘离子的缓蚀协同作用
在“无机化学”的卤素元素一章中，讲到碘化物有许多功用，比如碘和碘化物的酒精溶液（碘酒）用作消毒剂，碘仿（CHI3）用作防腐剂，碘化银用于人工降雨等。除此以外，碘离子还可以用作锅炉酸洗时碳钢的缓蚀剂。在用氨基磺酸作为锅炉的化学酸洗剂时，单独加入烷基咪唑啉时缓蚀效率可达90%，单独加入碘化钾时缓蚀效率可达76%，如果在烷基咪唑啉中添加少量的碘化钾，则缓蚀效果可显著提高，达到97%。[1]这是因为碘离子首先和带正电的铁表面吸附，而使铁表面带负电荷，带正电荷的咪唑啉阳离子再和负离子作用吸附于铁表面，提高了咪唑啉的缓蚀效果。碘负离子在介质中的溶剂化程度较低，越容易被金属表面吸附，因此称之为特性阴离子。缓蚀剂借助特性阴离子与金属表面的吸附如（图1）所示。图1中M为金属，X-为特性阴离子，L+-R为阳离子型缓蚀剂。将碘离子的功用与锅炉化学清洗联系起来，既加深了同学们对元素化学知识的理解，又引入了电厂化学的专业知识。
三、烟气脱硫
在“无机化学”的氧族元素一章中，介绍了硫的各种化合物，其中讲述了SO2排放是造成我国大气污染及酸雨情况不断加剧的原因，烟气脱硫（FGD）作为控制以高硫煤为燃料的锅炉烟气污染的有效措施，正被越来越多的国家接受和采用，采用最多也最成熟的是以石灰石浆为吸收剂的湿法烟气脱硫技术。脱硫过程主反应为：
SO2 + H2O H2SO3 吸收
CaCO3 + H2SO3 CaSO3 + CO2 + H2O 中和
CaSO3 + 1/2 O2 CaSO4 氧化
CaSO3 + 1/2 H2O CaSO3·1/2H2O 结晶
CaSO4 + 2H2O CaSO4·2H2O 结晶
CaSO3 + H2SO3 Ca（HSO3）2 pH控制
同时烟气中的HCl、HF与CaCO3的反应，生成CaCl2或CaF2。吸收塔中的pH值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般pH值在5.5～6.2之间。
通过引入烟气脱硫工艺的介绍，学生们不但了解了SO2是大气污染的主要原因之一，而且了解到火电厂为了控制SO2排放采取了切实可行的措施。
四、钠硫储能电池
在“无机化学”的氧族元素一章中，介绍了一种多硫化合物，学生们觉得是一种不稳定的物质，好像没有实际用途，其实不然。钠硫电池（含多硫化钠）作为新型化学电源家族中的一个新成员出现后，已在世界上许多国家受到极地重视和发展。钠硫电池具有许多特色之处：一是比能量高，其次是可大电流、高功率放电，再次是充放电效率高。由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应，充放电电流效率几乎100％。国外重点发展钠硫电池在固定场合下（如电站储能）应用，其优越性越来越明显。如日本东京电力公司（TEPCO）和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池，其应用目标瞄准电站负荷调平、UPS应急电源及瞬间补偿电源等，并于2002年建成容量为8MW的储能钠硫电池装置。上海硅酸盐研究所在钠硫电池的研发方面也取得了重大进展，研发出世界上最大的钠硫单体电池。
五、渗透压发电
在“物理化学”课程中讲了渗透压的概念后，补充了海水渗透压发电技术，这是一种新颖的可再生能源发电技术，利用液体具有渗透压的原理，当河流汇入大海时，由于河水与海水分别含有不同浓度的盐分，会促使“河流淡水”与“海洋咸水”相互渗透，产生很大的海水渗透压，从而推动涡轮机进行发电。
海水渗透压发电非常环保。因为海水渗透压是一种从自然物理过程中获得的能源，不会产生任何污染物，更不会排放出CO2。而且，由于海洋与河流是现成的资源，所以海水渗透压的收集成本相对比较低，也比较容易获得，而且海水发电也不会受到天气因素的制约。
挪威国营电力公司Statkraft在2009年11月宣布在奥斯陆峡湾岸边建造了全球第一座渗透压（osmotic）发电厂原型，并希望在2015年之前建造一座可投入商业使用的发电厂，生产约25MW的电力，足以为1万户家庭供电。
六、沼气发电
在“有机化学”中讲到最简单的有机化合物就是甲烷。甲烷作为一种清洁能源，受到人们的广泛重视。甲烷的一个重要应用就是沼气发电。将人畜粪便、秸秆等有机物在隔绝空气并且适宜的温度和湿度下，通过微生物的发酵作用就可以产生沼气。甲烷是沼气的主要成分，约占所产生的各种气体的60%～80%。甲烷气体无色无味，是一种理想的气体燃料，与适量空气混合后即可燃烧。纯甲烷的发热量为 34kJ/m3，每立方米沼气的发热量约为20.8-23.634kJ/m3。1m3沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7kg无烟煤提供的热量。
沼气燃烧发电是一项大规模沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气过滤后密闭输送到燃烧设备，燃烧发电。图2为 沼气发电装置示意图。沼气发电具有高效、节能、安全和环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式发电方式。
七、十八烷基胺停用保护技术
在“有机化学”中烷基胺是一类重要的化合物。十八烷基胺停用保护技术是火电厂热力设备停用防腐保护的一种重要措施。如果没有良好的停用防腐保护措施，热力设备停运期间的腐蚀比运行期间严重得多。十八烷基胺，属于脂肪胺类，分子式为白色蜡状固体结晶，具有碱性，易溶于氯仿，溶于乙醇、乙醚和苯，微溶于丙酮，难溶于水。在火电厂机组滑停时将十八烷基胺加入热力系统后在高温下气化，气态十八胺随蒸汽进入锅炉、汽机及整个热力系统，在金属表面形成一层憎水性保护膜，将空气与金属隔绝，从而防止水及大气中的氧气及二氧化碳对金属的腐蚀。图3为某电厂过热器管经十八烷基胺保护后表现出很好的憎水性，可以减缓过热器管的腐蚀速度。[2]这段知识的引入让学生认识到烷基胺不再是一种只停留在书本上、触摸不到的物质，它是实实在在的、有具体应用的东西。
八、结论
在确保基础化学基本教学内容的前提下，引入和渗透在电力行业、新能源技术领域有具体应用的基础化学知识点，不但可以加深同学们对基础化学知识的理解，而且拓展了在专业知识方面的认识领域。
参考文献：
沼气生物脱硫原理范文3
本文通过对石河子地区大中型沼气工程进行实地调研，总结研究出石河子地区大中型沼气池冬季适宜的保温、增温模式，为石河子地区沼气工程全年使用提供参考。
1研究区概况
1.1气候条件
石河子垦区地处天山北麓中段，属典型的大陆性温带干旱气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热。极端高温42.8℃，极端低温-38.9℃。
石河子垦区沼气工程项目示范推广自2004年-开始启动，现在已进入快速发展阶段，自2008年底，北泉镇、石河子乡共建设沼气池172座，其中：“四位一体”的73座；“一池三改”的99座；新型的膜厌氧反应器加太阳能两座，其余为现浇混凝土。大中型沼气池容积有60m。、120m3、500m3等。
1.2石河子地区大中型沼气池存在的主要问题
1.2.1部分沼气池池型不利于沼气池保温
石河子部分地区大中型沼气池池型选择不当，不适合当地使用；设计建造没有严格按畜禽养殖业规模大小设计配建相应容积的沼气池；沼气池水压问容积与主池容积比例严重失调，水压间相对太小；设计时未充分考虑沼气池荷载等。
1.2.2部分沼气池保温不可靠、无增温措施等
北方寒冷地区冬季漫长，由于气温低，沼气的生产存在产气率低、使用率低、原料分解率低、沼气使用综合效益差等问题，沼气每年只能使用几个月，全年大部分时间不能正常使用，这种状况在一定程度上限制了石河子地区沼气的发展。
石河子冬季极端低温达到零下30℃以上，甲烷茵群活性急剧下降，因此必须对沼气池做相关保温措施和增温补温改进。石河子地区部分大中型沼气池保温不可靠，无增温措施，这是石河子地区大中型沼气池利用效率偏低的原因之一。
1.2.3建池材料选择不当、施工粗放，造成渗漏
沼气池建池材料要选择高标准的建筑材料，混凝土、水泥、砂、卵石、碎石和粘土砖的选用都应按沼气池施工标准严格选用。石河子地区部分沼气池施工粗放，存在渗漏现象，这些都严重影响了沼气池的产气率。
2石河子地区沼气池保温、增温设计方案
2.1池型选择与优化
沼气池的设计规模完全取决于畜禽养殖场粪污的排放量，再根据沼气池反应器的工作原理和实际运行经验确定沼气池池型。沼气池有很多种不同的类型，目前常见沼气池池型有：水压式沼气池、预制钢筋混凝土板装配式沼气池、半塑式沼气池、圆筒形沼气池、椭球形沼气池、分离贮气浮罩沼气池。通过调研，依据石河子地区地下水位和气候具体情况要求，笔者认为石河子地区宜选用固定拱盖水压式沼气池、曲流布料水压式沼气池和分离贮气浮罩沼气池三种适宜池型。
2.1.1固定拱盖水压式沼气池。如图1所示，池体结构受力性能良好，结构简单，充分利用土壤的承载能力，省工省料，成本较低。通过调研发现，该沼气池在严寒气候产气率急剧下降，保温效果差。在石河子地区小范围可以使用，不宜大面积推广。为了提高冬季的产气率，笔者进行了以下结构的优化：(1)活动盖与沼气池结合处增加保温材料，防止冷气渗入。(2)进料口内壁铺设加热盘管，冬季极端严寒气温时，由辅助加热防止进料口冻塞。
2.1.2曲流布料沼气池。如图2所示，主要由圆筒形池身、削球壳池拱、5。斜底和水压问组成。笔者通过对石河子垦区大中型沼气池进行调研，发现标准的曲流布料沼气池工程图并不能完全的适应石河子垦区冬季严寒的极端低温，因此需要对其改进优化：(1)进料口、天窗盖是冬季最容易结冰堵塞的关键部位，可依标准图集将进料口缩小，增加进料口盖。(2)布料器设置增温结构，冬季过冷可打开增温装置，提高池容负载能力，提高池容产气率。(3)破壳搅拌系统设计为可升降结构，沼气池不用或者维修时可以将破壳搅拌系统升至沼液以上。(4)出料口及出料管加强进行保温防护。
2.1.3分离贮气浮罩沼气池。如图3所示，主要由圆筒形池身、削球壳池拱、斜底和贮气浮罩及配套水封池组成。分离贮气浮罩沼气池造价不高，管理操作简便易行，小型高效、自身耗能少，适合石河子地区推广使用。通过调研发现，该池型冬季产气效果明显，但也存在着不足，笔者建议从以下进行优化设计：(1)分离贮气浮罩沼气池发酵池与气箱分离，调配池与浓缩池可以选址放置在供暖室内。(2)水封池与沼气池的结合处应该进行严格保温，增加防漏装置。
2.2沼气池建筑材料选择
大中型沼气池常采用的结构形式为现浇钢筋混凝土结构和砖混结构，建造沼气池需用的建筑材料有混凝土、水泥、砂、卵石、碎石和粘土砖。为保证沼气池的强度和刚度要求，发酵罐池现浇混凝土应采用C20以上；普通粘土砖采用MUlO以上；混凝土预制板采用C20以上；砌筑砂浆采用MUlO以上；进、出料管采用C20号混凝土预制，亦可采用成品管；各种活动盖及其他盖板均采用钢筋(钢丝、铅丝)C20混凝土预制；相关部位用沼气池专用材料进行防漏、防渗处理。
3工程应用
3.1工程概况
石河子西部牧业股份有限公司大型能源沼气工程于2010年建成，如图5所示，由青岛天人环境股份有限公司设计、施工并指导测试，以规模化厌氧消化为主要技术，集沼气生产、资源化利用为一体的系统工程。采用中温CSTR一体化反应器工艺为核心采用改良型的USR厌氧发酵工艺的沼气制备和利用技术，以牛粪为原料制备沼气，沼气用于站内锅炉燃用，沼液沼渣作为农肥用于周边农田。主要设计包括：容积296m。的一体化厌氧罐两套及配套脱硫等设施；容积38.91 m3的调粪池；容积900m。沼渣沼液池；容积30.7m。集污池；其它工程配套设施。
该工程沼气主要用于规模化奶牛养殖场自备锅炉。日处理牛场鲜粪约45t，污水约60m 1m。沼气热值相当于标准煤0.75kg，项目建成后达到节能550t标准煤。
该沼气工程调配池、浓缩池、固液分离机均建于室内，有效保证了进料口冬季不冻冰堵塞；同时沼气沼渣运输管道进行了外粘泡沫保温，达到了冬季管道由于气温太低冻裂的问题；沼气发酵罐外壁设计为深蓝色，能有效利用太阳能集热，为发酵罐提供热量；发酵罐内壁有加热盘管，池壁嵌有岩棉和苯板保温材料，保证冬季罐内温度能持续产气。
3.2工程存在的问题
该沼气工程在克服石河子垦区冬季极端严寒气候上，保温、增温措施还存在不足：(1)调配池
和浓缩池虽然建于室内，但其室内没有进行冬季供暖。(2)室内布置有沼气池进料输送管道，室内管道没有进行保温措施。(3)2个沼气池建造间距偏近。(4)沼气反应池内加热盘管稀疏。(5)沼气反应池建于露天室外。
3。3工程保温、增温改进
针对西部牧业沼气工程存在的问题，笔者提出了3项改造措施：(1)室内调配池和浓缩池进行冬季热水供暖。(2)沼气池进料输送管道包被玻璃丝棉或者泡沫材质进行严格保暖。(3)2个沼气发酵罐间距增大，防止罐体遮挡阳光。(4)沼气反应池内增加加热盘管数量。(5)将沼气反应池置于密闭玻璃温室中或建于地下。
4石河子地区沼气池保温、增温模式探讨
依据石河子地区冬季严寒的地理气候条件，为解决石河子地区大中型沼气池冬季产气率低的问题，提出以下石河子地区的大中型沼气池保温、增温模式：
4.1
石河子地区沼气池的保温模式
4.1.1
池址、池型选择。防止冬季低温影响沼气利用率，充分利用太阳能资源，选择在背风向阳、地下水位低的地方修建沼气池。沼气池的主池和水压间必须选择在背风向阳处，发酵间建于冻土层以下。为了取得更好的保温效果，一般储气问也建于冻土层以下。池型方面，结合石河子地区地质构造和气候条件，宜选用固定拱盖水压式沼气池、曲流布料沼气池、分离贮气浮罩沼气池。
4.1.2进、出料口及管道优化。进、出料口不要过大且要加盖，避免发酵间料液大量溢到进料口和出料间导致料温降低。石河子冬季气候严寒，进、出料口可考虑置于室内并提供采暖，室外沼气运输管道进行严格的保温构造处理。
4.1.3池壁采用防寒沟。沼气池池壁采用XPS挤塑板等保温材料进行严格保温，沼气池周围挖防寒沟，沟宽0.2～0.3m，距沼气池内壁1.0m，沟深与沼气池深度相同，防寒沟内填充透气、导热率小的材料，如炉渣、干牛粪、干马粪、秸秆等。
4.1.4以料补温。冬季管理要注意勤出料、勤进料，每次进出料量要少，进料要适当添加一些热性原料，如经过沤制的作物秸秆、牛粪、马粪等，以提高发酵物浓度，增加池温，在入料前将6％的料液浓度提高到10％左右，采取以料补温的方法。石河子地区气候寒冷，要特别注意晚上沼气池的保温，可将杂草、秸秆等堆在沼气池上，也可以在沼气池上铺1层草木灰、黑煤渣等，然后再在上面覆盖双层塑料薄膜，达到白天集热、晚上保温的效果。有条件的可覆盖酿热物保温防寒。
综上所述，石河子地区宜采用的保温模式有：适宜的沼气池工程选址及池型、进出料口及管道防冻处理保温、沼气池池壁保温构造保温、以料补温保温模式。
4.2石河子地区沼气池的增温模式
4.2.1利用生物质发酵。此项技术是提高沼L气池池温的有效措施，其依据是利用秸秆堆沤发酵产生热量的原理。具体做法是把沼气池顶上部覆盖30～40cm厚的小麦秸秆，加足量水，在秸秆外面覆盖农膜和土层。既能增温，还能达到保温的作用。
4.2.2利用太阳能。把沼气池建在太阳温室(大棚)内，充分利用光照提高沼气池池温。太阳能热水器中热水流人池内热交换管道，进行热循环，以提高料温。如太阳能加热型玻璃钢沼气池的研制，能利用太阳能热水循环系统提高玻璃钢沼气池的罐体温度，能较好地解决寒冷地区冬季由于低温而导致不产气的问题。
4.2.3利用辅助燃烧式沼气池。在原有沼气池的基础上建造燃烧池，集燃烧池、沼气池为一体。利用生物质能资源，在燃烧池内有序燃烧，给池内持续输送热能，提升沼气池内温度，增强池内细菌、甲烷菌的活性，能有效解决高寒地区冬季沼气池由于气温低池内发酵放缓或停止，导致沼气池不能正常使用的难题。
4.2.4利用电伴热。电伴热作为沼气工程有效的管道(储罐)保温及防冻方案一直被广泛应用。通过伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换，补充管道、沼气罐的热损失，以达到升温或防冻的正常工作要求。
5结语
科学设计、建池，选用适宜的沼气池池型是沼气池产气率提升的关键因素，根据具体情况采取综合的技术措施，改进沼气池保温、增温构造，加强沼气池运行维护管理，石河子地区完全可以进一步提高原料利用率、产气率和沼气池的产气量，实现全年使用沼气的目标。
参考文献
[1]隋文志，胡广明等，北方寒区生物质热能沼气池越冬产气技术研究，中国沼气，2009，27(6)
[2]蒲云锦，韩春光，干旱区绿洲气候变化及影响以新疆石河子为例，内蒙古气象，2011，2(23)
[3]刘伟，高海，刘晓莉，寒冷地区户用沼气冬季产气存在的问题及解决方法，现代农业科技，20lo，24
沼气生物脱硫原理范文4
绿色化工技术是通过改进改良现有的化学技术及方法，对化学原理的应用和使用工程技术来减少甚至消除化工原料、催化剂、溶剂、化学废物或化工产品等能够污染环境的物质，实现废物零排放，减少其对人类健康和生态环境的危害，建立友好环境。用“资源-产品-再生资源”这种全新的循环物质流动过程替换掉过去的“资源-废物”方式排放的流动过程。利用先进的绿色化工技术，研究出新型环保产品，及绿色工艺技术的运用实现清洁生产，从而大幅度降低三废排放量【1】。21世纪，绿色化工技术已经被国际发达国家在化学有机合成、生物化学、分析化学、催化等领域列为主要的研究发展方向之一。在我国制定的“九五”发展规划中，绿色化学与技术在酿造、制药、造纸、印染、海水淡化等行业作为应逐渐补充及开发应用的重大研究项目。
2绿色化工技术的开发
2.1原料的选用
绿色化工科技的发展，如果不从化工污染、化学反应的源头着手，那么始终是治标不治本而且十分被动的措施。那么化工科技及工艺发展过程中，选择无毒害溶剂、原料、催化剂等化学原料来进行化工生产、制作化工产品可实现零排放、零污染的清洁生产和加工原则，有效防止和控制化学污染的产生。近年较为常见的无害化学原料为：野生植物、农作物等生产物质。将芦苇、树木等天然野生植物纤维，以及稻草、麦秸和蔗渣等农副产品的废弃物作为原料加工糠醛、醇、酮、酸等化工原料。还有利用生物质气化产生氢气等，都是绿色化工技术中原料选择应用的非常好的例子。
2.2无毒害催化剂的选用
在百分之九十的化工生产中催化剂是提高反应速率的必需品。然而在绿色化工科技的开发过程中，无毒害的烷基化固相催化剂是国内外研发工作的重点。南京大学徐国际【2】利用环境友好性绿色化合成过程对烯丙基醇类化合物作为烷基化试剂，在无溶剂的条件下对1，3-二羰基化合物进行直接烷基化反应，反应后处理步骤简单，且催化体系可以循环使用，四次催化循环后收率仍然能大于84%。
3绿色化工技术在化学工业中的应用
3.1清洁生产技术
清洁生产技术是无毒、无害、无污染、无废物排放的绿色化工技术，包括辐射热加工技术，绿色催化技术，临界流体技术等。在冶金工业、印染工业、煤气化、制甲醇、垃圾处理、海水淡化等行业都得到了很好的运用。此外先进的脱硝脱硫技术、垃圾制沼气技术、高效清洁的煤气化技术、利用风能太阳能等自然能发电技术等等这些都利用了清洁生产技术。例如，海水淡化技术的应用不仅解决了我国淡水资源匮乏的现状，还利用有效的化学方法将海水中的盐水分离，在海水淡化的预处理过程中不会产生任何对环境状况的不良影响，也没有对生态环境造成伤害。而且，在海水淡化预处理过程中所产生的氢氧化镁作为一种成本低廉、工艺简单、不产生二次污染的清洁化工产品，具有非常广阔的发展前景。
3.2生物技术
生物技术领域包含细胞、基因、微生物和酶等技术范畴，其主要应用在化学仿生学和生物化工两个方面。生物酶在作为一种在生物体内的催化剂，具有高效、转移性，可以参与到各个生物化工的合成过程中。另外，化学仿生学中的膜化学技术也是这一领域中广泛应用的生物技术。在绿色化工技术中采用生物技术，可以利用再生资源合成化学品。从早期来源于动植物中的有机化合物原料，到后来以石油和煤炭作为原料。例如，在绿色化学工程与工艺中，制备丙烯酰胺，利用自然界中的酶替代丙烯腈催化合成丙烯酰胺后，大大降低能耗，且没有污染环境副产物产生。由此可见，利用广泛存在于自然界中的酶当做催化剂，与工业酶及一般的化学催化剂相比，自然界中的酶具有无污染、反应条件温和、产物性质优良的特点。
3.3生产环境友好型产品
沼气生物脱硫原理范文5
关键词: 化学需氧量；生化处理；序批式活性污泥法；折流式厌氧反应器
0 引言
中海石油（中国）有限公司湛江分公司涠洲终端处理厂于1998年8月正式建成投产，是中海油湛江分公司第一个自营综合性油气处理终端。涠洲终端厂原有的电解法污水处理工艺在除油、脱硫、悬浮物等方面有较好的处理效果，曾一度满足了小排量污水COD（化学需氧量）处理的要求。但是旧的COD电解处理方法存在处理量少（日处理量80立方米左右）、维修工作量大、维修成本高、操作不方便等缺陷。随着油气田不断地勘探开发生产和油田综合含水的上升，生产污水量也逐年增加（2005年已达1000立方米），原来的COD电解处理工艺已满足不了实际生产的需要，对污水处理系统进行扩容和寻求新的处理技术势在必行。
1 终端污水特性的试验研究
污水生物处理技术是利用污水中的细菌、真菌以及原生动物、后生动物等微生物的作用，分解污水中的污染物，从而实现污水净化。按照污水生物处理的条件，又可分为：厌氧生物处理和好氧生物处理两种。
中海油湛江分公司与桂林工学院于2002年7月22日签定了关于“涠洲终端处理厂污水CODCr环保达标研究”的合同。桂林工学院资源与环境工程系随后成立了研究项目组，并根据合同的要求立即开展工作。经过多次采集涠洲终端处理厂污水，分析化验、在实验室完成了多项实验后，又在现场开展了两个多星期的试验。为获得更加全面、准确的资料，研究项目组于2004年先后3次采集涠洲终端处理厂污水，系统研究了温度和厌氧处理时间对污水处理效果的影响。研究表明：
（1）涠洲终端处理厂污水COD为150～400mg/L，并具有盐度高，含硫化物高，水质水量均变化较大的特点。
（2）污水中BOD/CODcr的比值为0.38，具较好的可生化性，通过对微生物的驯化，可 以用生化法处理污水。但单一的厌氧生化处理和好氧生化处理均不能达标。而厌氧—好氧联合处理后的出水CODcr为15～85mg/L，完全可以实现CODcr达标。
（3）化学混凝可去除20%的COD，化学混凝—活性碳吸附联合处理可去除44%的COD，但处理后的出水均不能达标。
（4）在30-50度的范围内，温度对厌氧处理效果无明显影响。
2 污水处理技术方案的对比研究
厌氧+好氧组合工艺目前广泛的应用于中高浓度、难降级的有机废水。目前国内外厌氧反应器应用的主要类型有厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧折流板反应器（ABR）、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器（EGSB）等。好氧反应器主要有接触氧化池、SBR反应器、氧化沟。曝气生物滤池等。鉴于本设计的水质水量特征，设计初步确定两个处理方案，并通过实验运行，评价其处理效果。
（1）方案一：UASB＋SBR组合工艺处理含油废水
UASB反应器和SBR反应器串连运行。升流式厌氧污泥床反应器是荷兰的Lettinga教授研究开发的一种高效厌氧生物处理反应器，其上部设置气、固、液三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区，废水用泵连续或脉冲由反应器底部均匀进入污泥床区，与厌氧颗粒污泥充分接触反应，有机物被厌氧微生物分解成沼气。液体、气体与固体形成混合液流上升至装配式三相分离器，使三者很好地分离，颗粒污泥回流到污泥床内，沼气通过导管流入沼气柜，处理过的水由出水槽排走。反应过程约80％以上的有机物被转化为沼气，完成废水处理过程
序批式活性污泥法（简称为SBR工艺）是近年来引起国内外广泛重视、研究和应用日趋增多的好氧生化工艺之一。其工作核心是SBR反应池，该池集水质均化、初次沉淀、生物降解、二次沉淀等功能于一体，整个工艺简洁，运行操作可通过自动控制装置完成，管理简单，投资省。
SBR工艺的序批式包含两层含义：一是运行操作在空间上按序列、间歇的方式进行，由于污水大都是连续或半连续排放，处理系统中至少需要两个或多个反应器交替运行，因此，从总体上污水是按顺序依次进入每个反应器，而各反应器相互协调作为一个有机的整体完成污水净化功能，但对每一个反应器则是间歇进水和排水；二是每个反应器的运行操作分阶段、按时间顺序进行，典型的SBR工艺的一个完整的运行周期由五个阶段组成，即进水阶段、反应阶段、沉淀阶段、排水阶段和闲置阶段，从第一次进水开始到第二次进水开始称为一个工作周期。
进水阶段是反应池在短时间内接纳需要处理的污水，同时起到调节和均质的作用，此阶段可曝气或不曝气。反应阶段是停止进水后的生化反应过程，根据需要可在好氧和缺氧条件下进行，也可两种条件下交替进行，但一般以好氧为主。沉淀阶段停止曝气，进行泥水分离。经过一定时间的沉淀，进入排水阶段，利用排水装置将上清液排出反应池。排水结束到第二次进水的时间间隔为闲置阶段，这一阶段曝气或不曝气均可，此时通常不进水，而是通过内源呼吸作用使微生物的代谢速度和吸附能力得到恢复，为下一个周期创造良好的初始条件。在每一个运行周期内，各阶段的运行参数都可以根据污水水质和出水指标进行调整，并且可根据实际情况省去其中的某一阶段，还可以把反应期与进水期合并，或在进水阶段同时曝气等，系统的运行方式十分灵活。
（2）方案二：ABR＋SBR组合工艺处理含油废水。
厌氧挡板式反应器和SBR反应器串连运行。折流式厌氧反应器（Anaerobic Baffled Reactor）是Bachman和McCarty等人于1982年前后提出的一种新型高效厌氧反应器。厌氧挡板式反应器内部垂直于水流方向设多块挡板来保持反应器内较高的污泥浓度以减少水力停留时间。挡板把反应器分为若干个上向流室和下向流室。上向流室比较宽，便于污泥聚集，下向流室比较窄，通往上向流的导板下部边缘处加 60°的导流板，便于将水送至上向流室的中心，使泥水充分混合保持较高的污泥浓度。当污水COD浓度高时，为避免出现挥发性有机酸浓度过高，减少缓冲剂的投加量和减少反应器前端形成的细菌胶质的生长，处理后的水进行回流，使进水COD稀释至大约5～10g/L，当污水COD浓度较低时，不需进行回流
虽然在构造上ABR可以看作是多个UASB反应器的简单串联，但工艺上与单个UASB有显著不同。UASB可近似地看作是一种完全混合式反应器，而ABR则更接近于推流式工艺。与Lettinga提出的SMPA[1]工艺对比，可以发现ABR几乎完美地实现了该工艺的思路要点。首先，挡板构造在反应器内形成几个独立的反应室，在每个反应室内驯化培养出与该处的环境条件相适应的微生物群落。例如ABR用以处理葡萄糖为基质的废水时，第一格反应室经过一段时间的驯化，将形成以酸化菌为主的高效酸化反应区，葡萄糖在此转化为低级脂肪酸（VFA），而其后续反应室将先后完成各类VFA到甲烷的转化。通过热力学分析可知，细菌对丙酸和丁酸降解只有在环境H2分压较低的情况下才能进行[2]，而有机物酸化阶段是H2的主要来源，产甲烷阶段几乎不产生H2。与单个UASB中酸化和产甲烷过程融合进行不同，ABR反应器有独立分隔的酸化反应室，酸化过程产生的H2以产气形式先行排除，因此有利于后续产甲烷阶段中丙酸和丁酸的代谢过程在较低的H2分压环境下顺利进行，避免了丙酸、丁酸过度积累所产生的抑制作用。由此可以看出，在ABR各个反应室中的微生物相是随流程逐级递变的，递变的规律与底物降解过程协调一致，从而确保相应的微生物相拥有最佳的工作活性。其次，同传统好氧工艺相比，厌氧反应器的一个不足之处是系统出水水质较差，通常需要经过后续处理才能达标排放。而ABR的推流式特性可确保系统拥有更优的出水水质，同时反应器的运行也更加稳定，对冲击负荷以及进水中的有毒物质具有更好的缓冲适应能力。值得指出的是，ABR推流式特点也有其不利的一面，在同等的总负荷条件下与单级的UASB相比，ABR反应器的第一格不得不承受远大于平均负荷的局部负荷。以拥有五格反应室的ABR为例，其第一格的局部负荷为其系统平均负荷的5倍，如何降低局部负荷过载的不利影响还有待于深入探讨。
ABR的工艺特性与其水力特性紧密相关。对于ABR的水力学特性，A.Grobicki、D.C.Stuckey和天津大学的郭静[3]研究表明：ABR反应器在没有回流和搅拌的条件下，混合效果良好，死区百分率低。反应死区可以分为生物死区和水力死区，生物死区来源于污泥所占的体积以及污泥对水力条件的改变；水力死区则可通过改善反应器构造设计而减小。在单个反应室内，水力特性接近于完全混合式，而从整体效果上看，则近似于推流式。由于ABR的水力特性较复杂，二者均未能就其流态提出一个较好的数学模型。其水力死区的计算借用了化学反应工程中反应器的流态模型，其合理性尚待进一步考证。
关于ABR的工艺特性研究，最早是由A.Bachman和P.L.McCarty等人所做。ABR反应器运行时污泥床层（常为颗粒污泥）处于流化状态，废水中基质的降解和微生物代谢产物的排除均须经由颗粒污泥表面通过扩散作用完成。试验中ABR的负荷可高达36gCOD/L。此外W.P.Barber和D.C.Stuckey[4]研究了ABR的启动特性，结果表明，固定进水基质浓度而逐步缩短HRT的启动方式优于固定HRT而逐渐增大进水基质浓度的启动方式。另外，ABR对水力负荷冲击响应迅速但恢复却快于浓度负荷冲击。在高水力负荷条件下，反应器内的短流现象是造成污泥流失的主要原因。A.Grobicki和D.C.Stuckey[5]研究了以葡萄糖为基质的ABR在稳定状态和冲击负荷情况下的运行特性，系统分析了酸化过程以及甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等中间产物在不同运行状态下沿流程的分布积累状况。与其它反应器在冲击负荷条件下不同的是，ABR中甲酸并非是很重要的电子受体。此外，无论是在水力或是在浓度负荷冲击下，ABR均表现出良好的稳定性能，因此有可能适用于工业废水处理。
（3）方案比选。
根据涠州终端处理厂污水平流式厌氧处理实验报告，UASB+SBR联合处理含油废水实验结果，ABR+SBR联合处理实验结果
对比UASB+SBR组合工艺、ABR+SBR组合工艺处理含油废水实验结果，从工艺的运行管理，处理效果、耐冲击负荷等方面对两个方案进行比较。比选方案的主要区别在厌氧处理反应器的选择上，两种不同厌氧反应器比较如下：
①构筑物结构：UASB池体结构较复杂，其三相分离器对设计要求较高，且单反应器存在明显的床体水流沟流的现象；ABR反应器采用多格室结构代替单室反应器结构，无专用的气固液分离系统，结构简单。
②反应启动时间：UASB污泥驯化期40天以上，不宜间歇运行，污泥床破坏后重新启动困难；ABR污泥驯化期在20天左右，各隔室的微生物随流程逐级递变，可间歇运行。
②设计、运行管理：UASB的三相分离器对设计和运行的要求较高，处理低浓度污水时，有机物浓度低，产气量少，污泥间无良好的间隙性，有机物和污泥的传质作用较差，处理效率受到一定限制，且为使UASB布水均匀，反应需设搅拌器使泥水充分接触，这在实际工程中较难控制。ABR不需要专门的布水系统，也不需要设置专用三相分离器，其运行管理简单。
④成本及运行费用：根据有关资料显示，在处理相同负荷的有机废水，UASB与ABR相比，一次性成本和常年运行费用均较高。
综合以上分析研究成果及现场试验，虽然实验结果说明UASB+SBR组合工艺、ABR+SBR组合工艺都能有效地处理本设计含油废水，但厌氧段宜采用处理原理和效果相似，且运行管理方便的ABR反应器。最后确定了处理的最佳方案为：原水调节池厌氧生化好氧生化沉淀（过滤）出水。其中，反应体系中，厌氧生化处理采用了平流式厌氧处理法。
3 污水生化处理系统工艺原理
根据涠州终端处理厂污水处理小试、中试报告，污水通过采用化学混凝法处理、好氧处理、厌氧+好氧组合工艺对比实验确定污水处理以生物处理技术为主体，采用“厌氧+好氧＋过滤”工艺，污水首先进入厌氧池进行厌氧处理，厌氧池设计采用“折流板式厌氧反应器”（ABR），该反应器的设计水力停留时间为36小时，原污水利用厌氧微生物（主要是厌氧菌）将废水中的可溶性的高分子有机物和不溶性有机物降解为低分子的有机酸、醇及二氧化碳、氨、硫化氢等气体，并放出细菌生长、活动所需的能量。污水中的有机物得到降解的同时废水的可生化性得到改善，COD去除率为20%～30%。厌氧出水再泵入“序批式生物反应器”（SBR）内进行好氧生化处理，SBR设计的运行周期为12h（进水1h，曝气8h，沉淀2h，排水1h）。剩余污泥进入浓缩池浓缩处理后经过脱水处理后将泥饼外运填埋处理。SBR处理出水通过滗水装置排入过滤池，经过滤池的滤料层后截留了SBR池出水中可能残留的悬浮颗粒。过滤池处理后出水经储水池后达标排放
（1） 本工艺采用生化（ABR+SBR）组合工艺对污水进行处理。污水进入厌氧池进行厌氧处理，再泵入SBR池内好氧生化处理，污泥回流至厌氧反应池，多余污泥进入浓缩池浓缩处理后经过脱水处理后将泥饼外运填埋处理。处理后出水经贮水池后达标排放。
（2）工艺采用了处理技术工艺成熟，所设各构筑物的功能明确，组合合理，处理过程中运行稳定，操作简单，便于管理，通过各构筑物的综合处理，相关指标可达到国家污水综合排放的一级标准。
（3）SBR反应池特点：SBR反应池设置多个反应池，其运行操作在空间上按序列、间歇的方式进行，污水采用连续处理排放；反应池运行灵活，在一个运行周期内，各阶段的运行参数都可以根据污水水质和出水指标进行调整。
（4）ABR反应池特点：采用多格室结构代替单室反应器结构，无专用的气固液分离系统，结构简单；不需要专门的布水系统，也不需要设置专用三相分离器，其运行管理简单；反应启动时间，ABR污泥驯化期在50天左右，各隔室的微生物随流程逐级递变，可间歇运行。
（5）成本及运行费用：根据有关资料显示，在处理相同负荷的含油有机废水，SBR＋ABR工艺，一次性成本和常年运行费用均较低。
4 污水处理效果分析
涠洲终端污水处理项目于2005年8月1日正式开工建造，2006年4月28日全面竣工投用，采用的“厌氧 + 好氧 ＋ 过滤” 处理含油污水工艺，是集各成熟、高效处理单元的合理组合，经过三年时间的运行证明，本污水处理流程耐冲击负荷、操作简便、运行稳定。同旧的污水处理装置相比较，污水处理量满足了现场的实际需要，节约了大量的电力资源、减轻了操作难度、减少了大量的设备维修和维修成本。经当地环境监测站的多次监测结果表明，经过生化处理后的污水水质达到设计排放标准，符合国家一级排放标准的指标要求。
参考文献
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[2]Perter N Hobson，Andrew D Wheatley.Anaerobic Digestion—Modern Theory and Practice.1994.
[3]郭静，李清雪，马华年等.ABR反应器的性能及水力特性研究中国给水排水，1997.
沼气生物脱硫原理范文6
关键词：市政排水管道；硫化氢；危害；预防
Abstract: hydrogen sulfide is a rotten egg smell, flammable colorless, highly toxic gas, thermal stability, as the pressure is reduced, reducing the solubility in the water, volatile, in the municipal drainage pipeline construction and maintenance activities, if no protection or safety protection does not reach the designated position, tends to cause personal injury. Drainage pipes in this paper, the mechanism of hydrogen sulfide, harm and prevention and so on has carried on the analysis discussion, hope to be able to cause the attention of related units, completes the safety in production work earnestly.
Keywords: municipal drainage pipe; Hydrogen sulfide; Harm; To prevent
中图分类号：S276.3文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
硫化氢（H2S）是一种可燃性无色剧毒气体，具有典型的臭鸡蛋味，易溶于水，也溶于醛类、二硫化碳、石油溶剂和原油中，有时由于温度作用也随着溶剂带出。下面仅就市政排水管道中产生的硫化氢的危害、预防等进行探讨。
一、排水管道中硫化氢的形成机理
排水管道中产生硫化氢的原因，主要为污水中的硫化物、硫酸盐等在一定的浓度、温度、湿度、酸性和缺氧条件下，经厌氧性微生物发酵，有机物质会腐烂分解而产生。这类有毒有害气体无色、热稳定性差，随着压力降低，在水中的溶解度降低，挥发性增强，在新老管道碰接施工及维护作业中不易发现，一旦出现中毒症状往往就到了无法自救的地步，有“闪电中毒”之说，因此被称为“杀人气体”。根据外界条件如温度升高、压力释放，硫化氢在水中的溶解度降低，挥发性增强（见下表）：
T——温度
a——标准状况下压力
q——100克水中所能溶解H2S的克数
污水中的硫化物分为溶解性硫化物和非溶解性金属硫化物。溶解性硫化物包括硫化氢、硫氢根离子、硫离子，在污水中进行如下的电离平衡：
H2S H++HS-
HS-H++S2-
这些硫化物在酸性条件下平衡向左移动，生成硫化氢，从污水中溢出；在碱性条件下，平衡向右移动，以HS-或S2-形态存在。
非溶解性金属硫化物如硫化铁、硫化铅等，在酸性条件下也产生硫化氢气体：
FeS+2H+H2S+Fe2+
PbS+2HH2S+Pb2+
扩散到排水管道中的硫化氢除与污水中硫化物的浓度有关，还与污水的酸碱度有密切关系。排水管道中的硫化氢除由污水中的硫化物产生外，大部分由于有机物的分解及污水中的微生物分解硫酸盐产生。在好氧条件下，污水中的HS-在硫氧化菌的作用下氧化成亚硫酸盐，降低了水中HS-的浓度，从而阻止硫化氢气体的产生；在厌氧条件下，污水中的脱硫弧菌还原污水中的硫酸盐生成硫化氢，进入污水管道中的硫化氢进一步氧化成硫酸，主要吸附在污水管道的上部，造成对污水管道的酸腐蚀，这就是通常污水管道上部比下部腐蚀严重的原因[1]。
2HS－+O2硫氧氧化S2O32-+H2O
SO42― 脱硫弧菌H2S
H2S+2O2硫氧氧化 H2SO4
二、硫化氢气体在排水工程施工中的危害
1、封口的管道及有堵塞的管道。由于管内污水长期密封，水体中有机物经分解形成硫化氢气体，储存积压在管道内，一旦封头启封或堵塞物清除，硫化氢气体顺势冲出。硫化氢气体的比重比空气的大（约为1.19），因此失去压力的硫化氢气体一旦冲出管道，就立即占据了检查井井底的所有空间，没有外界动力作用下很难散发出去。大量的硫化氢气体密布对施工作业人员造成极大的生命威胁。若没有防护措施，不仅现场作业人员很难幸免中毒伤亡，往往还造成施救人员同时伤亡。如2009年在新市区某工地进行新老排水管道碰接时，由于用户支管长期淤堵，当施工人员扰动了淤堵的支管内淤泥时，封堵在管道内的硫化氢气体涌出，当场造成一人中毒死亡，工友在进行施救时，又造成一死一伤的安全事故。
2、久积不排的污水池（坑）。长期未清理的沼气池、污水坑、化粪池等，由于长期对沉积物不进行清理，往往在表面上有较厚的覆盖层。长期以来有机物分解产生的硫化氢等有害气体，储集在覆盖层下。这种表面现象容易使人们疏忽对有害气体的防范。一旦捅开表面覆盖层，硫化氢等气体立即从突破口冲出伤害现场作业人员。如2012年5月新疆医科大学附属肿瘤医院在检修污水池潜水泵时发生硫化氢中毒事故，造成一人死亡，另有2人在施救时相继中毒死亡。
3、在城市排污管道检查、抢修施工期间，往往都是带水作业，这些污水中的有害物质是维护作业人员的安全隐患，如：硫化合物、硒化合物、酚化合物等等，这些化合物随水条件的变化不断产生有害气体，因此必须强化安全操作技术规程，杜绝人身伤害。
三、硫化氢气体的检测
硫化氢气体的特殊气味往往混和在污水的混杂气味中，当其在空气中的浓度在0.001~0.002mg/L时，就能闻到臭鸡蛋味，当达到1mg/L时，就能使人瞬时中毒死亡。
目前较为常用且较适合现场使用的是一种“四合一”复合气体检测仪，可同时检测排水管道中最常见的四种气体：硫化氢、一氧化碳、可燃气、氧气。在此强调指出，在仪器使用过程中，必须对仪器的性能、灵敏度、有效使用期等实际检测性能做全面了解，确保仪器的日常使用，保证施工现场的安全。目前，我们使用的气体检测仪均利用库伦电解定律的原理，根据检验的电位差测定气体含量的高低。由于仪器在保存使用期间，探头电极（铂金片）在酸性电介质中随时间、温度的变化而不断腐蚀损耗。这种自损现象使气体检测仪的使用有效期显的尤为重要。仪器使用单位对过了有效期的探头，必须采用标准气体进行标定检验（或请有相应资质的单位进行鉴定、更换），缓解探头自损，延长仪器使用寿命，提高仪器使用率。另外，仪器不用时要放在恒温箱内，温度控制在40C左右。
排水工程施工作业现场如何预防硫化氢等有毒有害气体
在有可能出现硫化氢气体的作业现场，必须注意预防，并采取必要的措施，防止有害气体对人身安全的威胁。
1、污水管道内拆除封头或疏通堵塞时要了解管内有没有积水？积水的基本情况如何？有无化学物质排入等？
2、下井作业及进管检查或疏通时，必须先进行有毒有害气体检测，如将相邻两个检查井的井盖打开通风一段时间，或用抽风机进行强制通风。即使确认有毒气体已排除，下井作业时仍应有适当的预防措施，并填写“下井作业票”；必须使用供压缩空气的隔离式防护装具作为防毒用具，严禁使用过滤式防毒面具和隔离式供氧面具。有流动水的场所作业期间应不断进行硫化氢气体检测。
3、对于久蓄不排的污水及长时间未清理的沼气池等，在清池时发生硫化氢等有害气体中毒的概率较高。因此，在清池作业时必须作好充分的防范工作。在这些危险性较大的作业场所，建议作业前准备充分的20%氢氧化钠，将碱溶液倒入污水覆盖层表面，逐渐捅开覆盖层让氢氧化钠溶液进入，让充足的氢氧化钠与硫化氢溶液反应，尽管含有硫化钠的污水具有腐蚀性，但是可以免去硫化氢对作业人员的生命威胁。
结束语
硫化氢是一种剧毒气体，广泛存在于排水管道中。市政排水管道作业环境差，有毒有害气体对作业人员身体健康带来危害，对生命安全存在极大隐患。如何提高市政排水管道施工及维护作业的环境质量，防止有害气体的伤害，保证作业安全，是值得探讨和研究的课题。我们在进行排水管道相关施工作业时，一定要严格遵守有关安全规定，切实提高防范意识与水平，杜绝安全事故的发生。
