4.2.6 气体收集与处置
污泥厌氧消化产生的气体是一种能源，它可以收集利用。本节概括性介绍关于气体收集与处置设计上需要考虑的一些问题。
4.2.6.1 气体收集与贮存［6］
污泥消化过程产生的消化气可收集起来供燃烧使用，但要避免散发臭气和产生爆炸。消化气收集和分配系统必须维持正压，以避免消化气与周围空气混合引起爆炸。空气与消化气混合物，含甲烷浓度在5%～20%时有爆炸性。所设计的气体贮槽、管路和阀门等，在消化污泥体积变化时，应能使消化气被吸入而不会被空气置换。
（1）收集系统
大多数消化系统在压力低于3.5kPa下操作，由于操作压力低，因此对管路压头损失、减压阀的安装及控制装置等必须做特别考虑，这些因素对确保气体收集系统成功操作都是非常重要的。
通常用于收集消化气的主管线最小直径为65mm，气体入口至少应位于消化池最高液位以上1.2m，采用更大的距离有利于减少固体和泡沫进入消化气管路系统。对大型消化系统来说，气体收集系统可能要求管子直径为200mm，甚至更大，具体的尺寸可由消化池流出的总气体流量而定。在使用气体搅拌的场合，循环气体流量必须估计在日产气量峰值中。
气体管路坡度的推荐值为20mm/m，而允许的最小坡度为10mm/m，以便排除冷凝水。消化气在管内的流速应限制在3.4m/s或3.5m/s以下，这种低流速对维持可接受的管路压力损失及防止夹带过多的水分是必须的。水分可能损坏仪表、阀门、压缩机、电机及其他设备。管子与设备之间的连接要有柔性，埋于地下的管线要特别小心。
（2）贮存
厌氧消化过程产生气体的速率是波动的，因此，当消化气被用作工厂的燃料时，通常必须要有一定的气体贮存能力，来平衡消化气的供应与需求。即要求具有调节能力的贮气装置，为气体使用设备提供均匀的气压。
贮存气体的能力至少是产气量的25%～33%（6～8h），复杂的气体利用系统可能要求更大的贮气量。
常用的两种类型贮气柜是重力形柜和压力形柜。低压、浮动集气盖采用重力形气柜，该气柜被设计成全部浮在所产生的气体上。这种变体积、恒压力气柜盖子内设有滑动导轨和止动装置，使得摩擦阻力最小，并对向上运动起限制作用。
压力形气柜常为球形，所贮气体的压力为140～700kN/m2，平均为140～150kN/m2。气体由消化气压缩机压入压力贮气柜。
4.2.6.2 气体利用
污泥消化气用途广泛，除了可回用于消化池搅拌外，更是一种经济的能源，可用作热水锅炉、内燃机及焚烧炉的燃料。消化气经过提纯净化后，也可作为天然气出售，售给当地公用系统。为了确定消化气回收利用在经济上的可行性，通常要计算各工厂能量需求，并评价产生的消化气总量的能量价值。这通常包括热平衡、气体回收和利用设备的主要能耗。
（1）搅拌
通常消化气首先用于搅拌初级消化池中的污泥。循环搅拌是一种非消耗利用，不会影响总气体的产量。气体搅拌系统包括一个正位移压缩机及压力控制系统，后者控制气体压力，防止压缩机过压或消化池内抽真空。
（2）加热
用消化气加热与用天然气或商业气体加热相似。消化气可为本厂锅炉或换热器提供燃料加热污泥或取暖，而更普遍的用途是部分或全部作为内燃机燃料，驱动发电机或工厂其他设备。未净化消化气中的硫化氢有潜在的腐蚀性，即二氧化硫和三氧化硫（硫化氢燃烧产物）在废气中凝结成酸，引起腐蚀。有两种方法解决这个问题：一是在燃烧之前从气体中除去硫化氢；二是把未净化气体的温度保持在100℃以上，防止产生冷凝液。锅炉要尽量避免频繁开关，因为每次关闭时都会发生冷凝。
（3）污泥干燥和焚化
消化气也可用作燃料加热干燥机械脱水的污泥及作为污泥、浮渣或砂砾焚化的补充燃料。通常，污泥在焚烧前脱水至能量平衡点，大致足以维持燃烧，当需要外加能量时（或者连续或者在启动期），可以使用消化气。
（4）消化气用于发电
消化气常用作内燃机或气体透平发电机的燃料，用于输送废水和污泥，驱动鼓风机、压缩机和发电机。除去硫化氢可使发电机免遭腐蚀。硫化氢的浓度超过大约100cm3/m3，需要考虑增设硫化氢去除设备。去除硫化氢的另一个目的是控制二氧化硫的排放，消化气中的硫化氢是燃烧气中二氧化硫的主要来源。
4.2.6.3 硫化氢的去除
消化气中H2S浓度的范围为150～3000cm3/m3或更高，这取决于污泥组成。消化气中的H2S是由消化池中的厌氧微生物还原硫酸盐形成的，对消化气进行净化，除去H2S对减少锅炉和其他设备的腐蚀是必需的。H2S也是一种有毒空气污染物，并具有恶臭，燃烧含高浓度H2S的消化气，会导致空气污染。因此，必须去除H2S，使燃烧后的烟气达到空气质量标准。
洗涤法是除去消化气中H2S的常用方法之一。除了去除H2S外，有些洗涤技术还能减少消化气中CO2含量，产生高质量的消化气。洗涤消化气的设备称为洗涤塔，它分为干式和湿式两种。有多种化学药剂可用于洗涤塔中，以除去H2S，在常用的干式洗涤塔中一般装填有饱和Fe2O3的木片，俗称“海绵铁”。H2S与Fe2O3反应生成元素Fe、元素S和H2O，通过除去硫并把Fe氧化成Fe2O3，海绵铁即得到了再生，不过在对海绵铁进行再生时，Fe的氧化速度不能太快，否则可能会引起自燃。海绵铁法主要用于需要处理的气体量相对较小的场合。
在湿式洗涤塔中一般用碱性液体来吸收H2S，吸收液中可以加入一种化学氧化剂来减小吸收剂的处置问题，并延长使用寿命。最常用的氧化剂是次氯酸钠，其次是高锰酸钾。消化气通过喷嘴或扩散板（后者需要定期清洗）进入洗涤塔的底部，与吸收剂逆流接触，然后从塔顶排出。离开洗涤塔的消化气，湿度很高，需要冷凝除去水分。对低压消化气来说，湿式洗涤塔所造成的压头损失很大，因此，常常需要在消化气进入洗涤塔之前，对它进行压缩。
作为气体洗涤的替代方法，有些工厂直接把铁盐加到消化池中，Fe2+与H2S反应生成不溶性FeS。但应避免把铁盐加到热的污泥管中，因为这可能会导致污泥管内很快结垢（形成蓝铁矿）。另外使用铁盐可能会使消化池内碱度下降，必须仔细监测和控制铁盐的浓度和加入量，避免消化池内pH值降低。