探析造紙廠沼氣回收發(fā)電項目的環(huán)境影響

摘要：2017年1月發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知》中指出，在造紙廠中推行清潔生產(chǎn)不但可以減少對環(huán)境的污染，而且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。故造紙廠在生產(chǎn)過程中對大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境等都會產(chǎn)生污染，但在治理這些環(huán)境污染的同時可以通過提升污染治理工藝的技術(shù)水平，將隱藏在廢棄物中的有效資源經(jīng)簡易處理后利用，實現(xiàn)建設(shè)單位的資源化再利用。其中廢水厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣就是可再生的清潔能源，將厭氧沼氣經(jīng)干燥脫硫后回用于廠內(nèi)進行發(fā)電或供熱，可使建設(shè)項目達到節(jié)能減排效果。

關(guān)鍵詞：造紙廠；沼氣回收發(fā)電；環(huán)境工程影響

中圖分類號：X829 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）06-0028-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.015

Abstract： The “Notice of the State Council on Printing and Distributing a Comprehensive Work Plan for Energy Saving and Emission Reduction during the Thirteenth Five-Year Plan” issued by the State Council in January 2017 pointed out：The implementation of cleaner production in paper mills will not only reduce environmental pollution but also improve product quality. It is imperative to promote clean production in order to achieve sustainable development strategies， control pollutant emissions， and produce in production. In the production process， paper mills will pollute the atmospheric environment， water environment， noise environment， and soil environment. However， in the treatment of these environmental pollutions， it is also possible to increase the level of pollution control technology and effectively hide the waste. The resources are used after being dealt with simply to realize the resource recycling of the construction unit. The biogas produced during the anaerobic treatment of wastewater is a renewable clean energy. After the anaerobic biogas is desulfurized and dried， it can be used for power generation or heating in the plant， which will enable the construction project to achieve energy-saving and emission reduction effects.

Keywords： Paper mill； Biogas recovery power generation； Environmental engineering impact

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(dāng)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[1]。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]。

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(yù)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(dāng)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。

圖1 某造紙廠廢水厭氧處理產(chǎn)生的沼氣回收發(fā)電工藝圖

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(shè)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(fēng)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(yù)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]。

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(shè)施中進行統(tǒng)一處理，無需新建廢水處理設(shè)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(yīng)廠區(qū)內(nèi)人們生產(chǎn)生活使用。造紙廠內(nèi)設(shè)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、NOx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(biāo)準(zhǔn)》（ 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 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(yīng)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1.8 kW·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。根據(jù)2014年公布的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》，到2020年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組改造后平均供電煤耗低于310g/kW?h [4]，以本例中的造紙廠沼氣回收發(fā)電項目年發(fā)電359.55萬kW·h計算，理論上該造紙廠沼氣發(fā)電系統(tǒng)每年節(jié)省煤炭約1114.6 t [4]。

5 結(jié)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(yīng)的環(huán)境治理措施后可達標(biāo)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(shè)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(yīng)，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。

參考文獻

[1]國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知[S].

[2]魯楠.新能源概論[D].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1997.175.

[3]楊曉凱，造紙廢水厭氧處理產(chǎn)沼氣發(fā)電[J].環(huán)境污染與防治，2010，（3）：44.

[4]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會[C].煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃，2014.

收稿日期：2018-04-19

作者簡介：陳慧珊（1989-），女，本科，中級工程師，研究方向為環(huán)境影響評價。