戴晓虎-污泥新技术和科技项目

同济大学环境科学与工程学院

CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,TongjiUniversity国家城市污染控制工程研究中心

NationalEngineeringResearchCenterforUrbanPollutionControl戴晓虎教授

Prof.Dr.-Ing.

XiaohuDAI污泥处理处置关键技术研究及科技项目介绍内容一、未来先进污染控制技术的特征二、中国污泥泥质和国外的差异三、污泥处理处置科技创新四、污泥处理处置科技项目2一．未来先进污染控制技术的特征3资源保障污染控制可续性发展经济高速发展城镇化发展全球气候变化能源资源短缺污染复合性生物多样性丧失环境要求的提高矛盾？现状目标健康安全污染物（水、固体、气体）物质流能量流区域系统碳、氮、磷…能量流能量流能量流物质流物质流科技创新和资源循环是核心

二．中国污泥泥质和国外的差异6污水生物处理过程主要污染物物质流7100%COD100%N100%P初沉池二沉池N2:50-70%N<10%COD5-15%N10%P化学药剂O2，能量（0.9-1.0kWh/kgCOD）35%COD10-15%N10-15%P20%COD20-30%N75-80%P脱水CO2:35%CODCH4:28%COD沼液+上清液:0.1%COD15-20%N脱水污泥:27%COD5-10%N90%P转入污泥的COD约30-50%转入污泥的N约30-45%转入污泥的P约90%水处理过程中相当部分污染物转移到污泥中污泥不得到妥善处理，节能减排目标大打折扣污泥类型中国污泥德国污泥总氮TN2.7±1.44-5磷P1.4±1.22-3.5钾K0.7±0.30.2-0.3有机物组成：无机物有机物8城市污泥的性质8*占污泥干基的%营养物质：30%-70%（通常50%）国外平均65%-75%比例与进水含砂量和污泥泥龄有关9城市污泥中重金属的分布中德两国污泥中重金属含量的对比元素CdCuPbZnCrNiHg中国(2006)平均值2.0121972.3105893.148.72.13德国(2006)平均值1.03003771437250.6德国污泥重金属变化元素/年份197719821986-1990199820061977-2006减量比例（%）*Pb220190113633717Cd214.12.51.41.04Cr630806249376Cu37837032228930079Ni1314834272519Hg4.82.32.31.00.613Zn21401480104583571433*1977=100%10城市污泥中砂的粒径分布完善排水系统的国家，污泥中砂的粒径一般都大于200μm各污水厂砂中值粒度小于50μm，粒度小于200μm颗粒均在90%以上。合肥城市污泥中砂的粒度累积密度分布三．污泥处理处置科技创新11污泥处理处置技术现状污泥处理处置技术污泥稳定化（厌氧、好氧、焚烧）污泥减量化（浓縮、脱水、干化、焚烧）污泥无害化（卫生填埋，焚烧）污泥资源化（厌氧沼气回收，焚烧热能回收，土地有机质利用，建材无机质利用）以处理处置为前提的国际传统通用技术先进污泥处理处置技术污泥处理处置技术发展与进步：主要因素：全球气候变化、能源资源短缺、粮食安全主要目标：能源高效回收降低环境风险，安全处置资源循环利用利用日本测算，若将污水中的磷（每年5万吨）回收，解决本国磷矿石进口量的20%。理论上1kgCOD能转化成4kWh电能

(Halim,2012)污泥污染物利用的潜能C资源化利用N资源化利用P资源化利用作为污水除磷脱氮补充碳源产甲烷产氢制PHA开发微生物燃料电池（MFC）制生物柴油制生物碳土提取蛋白制氮肥制磷肥若污水中的氮全部利用，可占氮肥产量的30%(WERF,2011)1gCOD理论上能转化成0.35m3甲烷，即12530kJ/gCOD(Daigger,2009)转换效率高达36.9%mgC/mgC

(Takabatakeetal.,2002;Yanetal.2006)

总氮和磷去除率平均提高约30%(XiangLietal.,2011)最大能达到0.27lH2/gCOD

(Prasertsanetal.,2008)研究表明美国的污水厂每年可产生大约1.4*106m3的生物柴油，相当于全美柴油需求量的1%(Dufrecheetal.,2007)碳减排12%

(Woolfetal.,2010)蛋白能最大化回收80-90%

(Chishtietal.,1992;Hwangetal.,2008)先进污泥处理处置技术污泥高效厌氧消化技术高含固厌氧消化技术污泥热碱处理发酵产沼气污泥厌氧消化产氢沼液氨氧化技术污泥磷回收技术污泥热解超临界水解重金属去除技术污泥提取蛋白技术污泥处理处置新装备污泥干化焚烧喷雾干化焚烧污泥带式干化焚烧一体机污泥转盘，桨叶干化污泥板框真空脱水机污泥高干离心浓缩机污泥热水解装备污泥热解装备污泥提蛋白装备污泥电渗析脱水装备沼气提纯装备强化厌氧消化手段—高含固厌氧消化技术

Highsolidanaerobicdigestion第一代厌氧消化池污泥含固率3%污泥降解率50%第二代厌氧消化池污泥含固率5%污泥降解率50%第三代厌氧消化池污泥含固率>10%污泥降解率50%关键科学技术问题：高含固消化物质迁移转化？

污泥的降解率提升的机制？

Keyissues:massflow,increasedegradationrate1770年代以前

before70s70年代-2000年70s-20002000年以后

after20001generation,solidcontent3%,degradationrate50%2generation,solidcontent5%,degradationrate50%3generation,solidcontent>10%,degradationrate50%强化厌氧消化的手段——热水解

Thermalhydrolysispretreatment高温高压热水解预处理技术(THP)对高含固厌氧消化的作用：

Theimpactofthermalhigh-pressurepretreatment(THP)onhigh-solidsanaerobicdigestionTHP有效的提高溶解性COD的比例

THPcaneffectivelyincreasetheratioofsolubleCODTHP大大降低污泥的粘度

THPcangreatlyreducetheviscosityofsludgeTHP能将污泥降解率提高15%

THPcanincrease15%ofthedegradationrateofsludgeTHP能起到消毒和杀灭病菌的效果

THPcanrealizethehygienizationandkillthepathogens高温高压热水解罐

ThermalHigh-PressurePretreatment脱水污泥

DewateredSludge热水解污泥

ThermalHydrolyzedsludge强化厌氧消化的手段——酶水解

Enzymehydrolysis酶水解对厌氧消化的作用theimpactondigestion酶对污泥厌氧消化提升？

Enzymecanimprovedigestion?酶能否提高污泥降解效率？

Enzymecanincreasedegradationrate?酶对消化污泥的脱水性能及沼渣利用影响？

Howimpactenzymeondewaterabilityandsludgeutilization?强化厌氧消化的手段—优势菌种

Dominantbacteria定向优势菌种Dominantbacteria定向优势菌种筛选？

Directionalselection?提高转化效率？

Improvetheconversionefficiency?定向菌种的环境风险？

Environmentalrisk?2021

提高系统稳定性：降低抑制物浓度

enhancethestabilityofthesystem:reducetheconcentrationoftheinhibitor

提高产气效益：产气率大幅提高

enhancethebiogasproduction:increasebiogasproductionrate

污泥、餐厨全部厌氧消化可产天然气：污泥15亿立方米，餐厨40亿立方米

ifallsludgeandkitchenwastearedigested:1.5billionm3fromsludge,4billionm3fromkitchenwaste

提高厌氧系统效率：厌氧消化负荷从1.5-2.0提高到5-6kgVSS/m2d

Improvethesystemefficiency:OLRfrom1.5-2.0kgVSS/m2dto5-6kgVSS/m2d

设施利用率高：成本降低，经济效益提高

highutilizationoffacility:reducecosts,improveeconomicbenefits污泥与城市有机质联合厌氧消化技术Co-fermentation污泥/有机质高效协同厌氧消化

Co-fermentationofsludge&kitchenwaste厌氧氨氧化技术-颠覆性突破（？）污水生物池初沉池二沉池出水污泥厌氧消化DEMON厌氧铵氧化污泥污泥消化液消化液高效节能脱氮污水B池A池二沉池出水污泥厌氧消化DEMON厌氧铵氧化污泥污泥消化液全流程高效节能脱氮四．污泥处理处置科技项目23总体思路传统核心技术研发，实现国产化；传统核心技术的提升，针对我国污泥特点，开发新技术，工艺和装备；前瞻性技术研究，符合未来可续发展规律的技术，工艺和装备；泥质泥量，设计标准，风险管理标准研究；以资源回收为目标的系统解决方案项目设置城市污泥及有机质的联合生物质能源回收与综合利用技术城市污水高含固污泥高效厌氧消化装备开发与工程示范城市污水处理厂污泥处理处置技术装备产业化重点流域城市污水处理厂污泥处理处置技术优化应用研究水泥窑干化焚烧污泥技术研究与装备开发水泥厂协同处理污水厂污泥工艺技术研究863计划项目：节能降耗市政污泥处理与能源化利用技术及工程示范

课题编号课题名称课题承担单位课题负责人2012AA063501节能降耗污泥脱水装备及制备建材技术与示范山东省科学院新材料研究所2012AA063502南方城市污泥厌氧消化与安全运行技术与装备东江环保股份有限公司2012AA063503北方市政污泥囊式厌氧发酵与燃气循环利用技术及示范哈尔滨北方环保工程有限公司2012AA063504污泥热解能源化利用成套技术及工程示范同济大学2012AA063505国产化污泥干化与焚烧成套装备研制及应用浙江大学2012AA063506污泥掺混制备生物质燃料技术装备及应用锡林浩特国能能源科技有限公司2012AA063507污泥生物质燃气净化技术及应用中国石油大学（北京）2012AA063508污泥处置风险控制技术系统与示范哈尔滨工业大学项目设置项目设置国拨经费：约1,5亿参加单位：14+36重点解决：高效厌氧消化、水泥窑干化焚烧、污泥处理处置传统装备提升、污泥处理处置新装备开发、