污泥和城市有机质协同厌氧消化制清洁燃气的机遇和挑战

1、同济大学同济大学环境科学与工程学院环境科学与工程学院国家国家城市污染控制工程研究中心城市污染控制工程研究中心 戴晓虎戴晓虎 教授教授内容内容一、污泥处理技术现状一、污泥处理技术现状 二、污泥厌氧消化技术二、污泥厌氧消化技术三、污泥城市有机质厌氧消化协同处理三、污泥城市有机质厌氧消化协同处理四、挑战和机遇四、挑战和机遇2一、污泥处理技术现状一、污泥处理技术现状中国城镇污水厂数量中国城镇污水厂数量 (2013): 35002013年年产污泥突破年年产污泥突破 3500万吨万吨 (含水率含水率:80%）城镇污水处理能力城镇污水处理能力: 1.50亿亿m3/d2020年污泥产量将达到年年污泥产量将达到

2、年 6000-9000万吨万吨中国目前污泥的产量中国目前污泥的产量4污水生物处理过程主要污染物物质流污水生物处理过程主要污染物物质流5100%COD100%COD100%N100%N100%P100%P初沉池二沉池N N2 2: 50-70%N: 50-70%N10% COD10%10%污泥降解率污泥降解率50%50%1570年代以前70年代-2000年2000年以后高温高压热水解罐高温高压热水解罐强化厌氧消化的手段强化厌氧消化的手段热水解热水解脱水污泥脱水污泥热水解污泥热水解污泥高温高压热水解预处理技术高温高压热水解预处理技术 (THP) 对高含固厌氧对高含固厌氧消化的作用：消化的作用：l

3、THP有效的提高溶解性有效的提高溶解性COD的比例的比例l THP大大降低污泥的粘度大大降低污泥的粘度l THP能将污泥降解率提高能将污泥降解率提高15%l THP能起到消毒和杀灭病菌的效果能起到消毒和杀灭病菌的效果强化厌氧消化的手段强化厌氧消化的手段酶水解酶水解酶水解对厌氧消化的作用酶水解对厌氧消化的作用l 酶对污泥厌氧消化提升？酶对污泥厌氧消化提升？l 酶能否提高污泥降解效率？酶能否提高污泥降解效率？l 酶对消化污泥的脱水性能及沼渣酶对消化污泥的脱水性能及沼渣利用影响？利用影响？强化厌氧消化的手段强化厌氧消化的手段优势菌种优势菌种定向优势菌种定向优势菌种l 定向优势菌种筛选？定向优势菌种筛

4、选？l 提高转化效率？提高转化效率？l 定向菌种的环境风险？定向菌种的环境风险？18三、污泥城市有机质协同厌氧消化三、污泥城市有机质协同厌氧消化378022801742129712299986685353052992532109205001000150020002500300035004000waste greaseanimal flotate fatanimal sterilization liquidanimal bloodgarden wastessugar beet cuttingsgrasscraw and bowel contentfood leftoversfruit waste

5、srumina contentspig manuredomestic sludge, 8% TSSubstrateBiogas yield kWh/tSubstrate各类生物质沼气产率比较各类生物质沼气产率比较废物特征：废物特征：l 污泥污泥35003500万吨万吨l 餐餐厨厨60006000万吨万吨 l 滋生大量病菌滋生大量病菌l 造成环境污染造成环境污染l 污染地下水污染地下水放错了地方的资源放错了地方的资源l 富含能源富含能源l 富含富含N N，P P等营养物质等营养物质 l 可可回收回收沼气能源沼气能源l 可制生物柴油可制生物柴油l 可回收可回收P P资源资源21污泥及餐厨垃圾的共性

6、特征污泥及餐厨垃圾的共性特征先进污染控制及资源化技术先进污染控制及资源化技术主要因素：全球气候变化、能源资源短缺、粮食安全主要因素：全球气候变化、能源资源短缺、粮食安全主要目标：主要目标：l 能源高效回收（厌氧消化技术制清洁燃气）能源高效回收（厌氧消化技术制清洁燃气）l 降低环境风险，安全处置降低环境风险，安全处置 （标准，技术提升）（标准，技术提升） l 磷磷- -资源循环利用（磷回收技术）资源循环利用（磷回收技术）l 沼渣土地利用沼渣土地利用l 处理成本可接受处理成本可接受231:02.4:10.9:10.4:10:1050010001500200025003000350040004500

7、Na+ ( mg / L )n1:02.4:10.9:10.4:10:102000400060008000100001200014000VFA ( mg / L )VFA (mg / L)n 提高系统稳定性提高系统稳定性 降低抑制物浓度降低抑制物浓度 提高产气效益：提高产气效益： 产气率大幅提高产气率大幅提高 污泥、餐厨厌氧消化然气潜力：污泥、餐厨厌氧消化然气潜力： 污泥污泥 1515亿立方米亿立方米 ，餐厨，餐厨4040亿立方米亿立方米 提高厌氧系统效率：提高厌氧系统效率： 厌氧消化负荷从厌氧消化负荷从1.5-2.01.5-2.0提高到提高到5-6 kgVSS/m5-6 kgVSS/m2 2

8、d d 设施利用率高：设施利用率高： 成本降低，经济效益提高成本降低，经济效益提高污泥与城市有机质联合厌氧消化技术污泥与城市有机质联合厌氧消化技术污泥污泥/ /有机质高效协同厌氧消化有机质高效协同厌氧消化EinspeisunginsErdgasnetzEinspeisunginsErdgasnetzStrom- und Wrmeerzeugungmit Faulgas-BHKWStrom- und Wrmeerzeugungmit Faulgas-BHKWWasserstoff-TankstelleStrom- und Wrmeerzeugungmit Wasserstoff-BHKWStro

9、m- und Wrmeerzeugungmit Wasserstoff-BHKWLieferung von Wasserstoff an externe Verbraucher(Hausbrennstoffzelle)Lieferung von Wasserstoff an externe Verbraucher(Hausbrennstoffzelle)Wrmeerzeugung aus Faulgas in HeizkesselnWrmeerzeugung aus Faulgas in HeizkesselnDirektantrieb z.B. vonGeblsen mit FaulgasD

10、irektantrieb z.B. vonGeblsen mit FaulgasVerkauf vonFaulgas alsSondergasVerkauf vonFaulgas alsSondergasFaulgasErdgasWasserstoffWeitereVerwertungswege沼气、沼渣利用途径沼气、沼渣利用途径24磷回收技术磷回收技术S 磷是一种不可再生资源，据估计，全世磷是一种不可再生资源，据估计，全世界磷矿储量只能维持界磷矿储量只能维持100100年左右。许多国年左右。许多国家已将磷视为家已将磷视为2121世纪的一种战略资源世纪的一种战略资源S 磷矿石价格不断攀升磷矿石

11、价格不断攀升, ,推动了磷回收技术推动了磷回收技术的研发与实施的研发与实施25l 污泥和城市有机质是污染物，也是资源；污泥和城市有机质是污染物，也是资源；“城市矿城市矿产产”的概念已是大趋势的概念已是大趋势 ；随着能源资源短缺，全球；随着能源资源短缺，全球气候变化，污泥及城市有机质中的资源能源回收利气候变化，污泥及城市有机质中的资源能源回收利用是未来技术发展趋势；用是未来技术发展趋势；l 协同厌氧消化可以克服污泥消化效率低，餐厨等城协同厌氧消化可以克服污泥消化效率低，餐厨等城市有机质厌氧消化不稳定的不足，具有系统稳定，市有机质厌氧消化不稳定的不足，具有系统稳定，经济效益显著的优势；经济效益显著的优势；l 目前国家科技部已启动目前国家科技部已启动“清洁燃气科技工程清洁燃气科技工程”，污，污泥及城市有机质集中协