厌氧消化污泥处理处置
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如回到水体,原水20-50%的 COD会污染水体 减排目标大 打折扣
5
污泥稳定化的意义
污泥稳定化处理是污泥处理处置的必要环节
污泥生物稳 定化处理
土地利用
后续污 泥处置
建材利用 填埋
污泥热化学处
理热解焚烧
6
污泥处理处置传统技术路线
生污泥
污泥浓缩
污泥稳定（厌氧、好氧）
污泥脱水
污泥干化
消 毒
污泥干化 焚烧
污泥为载体制备高效可见光光Fenton催化剂
污泥为载体制备高效可见光光催化剂
Yuan & Dai, Applied Catalysis B: Environmental, 2014
Yuan & Dai, RSC Adv., 2014
污泥资源化能源化新技术—制功能材料
污泥制备储能材料
• 污泥高温热解碳化所得碳材料具有N, S, Fe共掺杂的多孔结构； • 在经过酸洗后处理去除其中的无机物成分后能够被用作电能存储材料； • 污泥制备具有环境和成本优势。 • 瓶颈：所得材料的储能性能较实际应用还有一定差距，污泥自身组成对材料性能
污泥持久性有机物问题
✓ 污水处理过程部分持久性污染 物转移到污泥中;
✓ 持久性有机物在污泥处理过程中 的迁移规律
具有决定性影响。
材料
石墨烯 碳纳米管 活性炭-72R 活性炭OMG-12 污泥未活化-碳化 污泥碱活化-碳化 Co3O4纳米线/碳
储能性能/ F/g
~80 ~90 ~22 ~175 ~178 ~379 ~1124
Feng et al., Mater. Chem. A, 2015 Yuan & Dai, RSC Adv., 2015
20%COD 剩余污泥 20-30%N
75-80%P
CH4: 28%COD 沼液+上清液: 0.1%COD 15-20%N
脱水
脱水沼渣: 27%COD 5-10% N 90% P
富集污泥的 COD 20-50%，N 20-45%；P>90%。
2
污泥的产生、组成和资源化潜能
污
城市污泥的组成
泥 絮
✓ 瓶颈：重金属、持久性有机物 生活污水厂重金属含量低的污泥土地利用是目前 最经济,低碳,资源循环利用的最佳技术路线之一
18
几个值得关注的问题
ห้องสมุดไป่ตู้
污泥重金属含量逐年下降(德国）
元素/年份 1977
Pb
220
Cd
21
Cr
630
Cu
378
Ni
131
Hg
4.8
Zn
2140
*1977 = 100%
1982
190 4.1 80 370 48 2.3 1480
污泥脱水性能提高 – 5%； 实现污泥减量 （30-50%）； 降低温室气体排放； 消化污泥土地利用或焚烧等。
9
污泥厌氧消化
• 1吨TS为5%的浓缩污泥经厌氧消化脱水或直接脱水后的污泥量
无消化
10
污泥厌氧消化技术瓶颈
工业废水厌氧消化理论已完善； 污泥厌氧理论研究滞后； 高含固厌氧消化、协同消化的物质迁移转化，
戴晓虎 教授
同济大学环境科学与工程学院 国家城市污染控制工程研究中心
污泥的产生、组成和资源化潜能
污水处理过程中主要污染物的物质流
100%COD 100%N 100%P
初沉池
N2: 50-70%N
CO2: 35%COD
O2, 能量
二沉池
<10% COD 5-15% N 10% P
初沉污泥 35%COD 10-15%N 10-15%P
3
污泥处理处置“四化”
减量化
减少污泥的重 量和体积
稳定化
降解污泥中的 易腐有机物质
无害化
通过处理，使其不对环境造成二 次污染，不对人体健康产生危害
资源化
回收具有使用价值的 物质和资源
污泥处置
4
污泥稳定化的意义
污泥无稳定化处理
运输、转运过程
未经稳定化 处理的污泥
污泥处置
有机物的腐败、嗅味等 二次污染的风险
12
污泥资源化能源化新技术—污泥热解
污泥热解碳化
13
污泥资源化能源化新技术—制功能材料
以污泥为原料和模板制备功能材料
• 催化材料制备过程中充分利用了污泥中的各种有效成分； • 污泥中的重金属被原位利用作为掺杂剂； • 瓶颈：污泥中有机物被煅烧气化，利用率低，会释放有毒气体，材料性能受污泥
自身性质的影响。
污泥土地利用技术路线
污泥 稳定
• 好氧堆肥 • 好氧延时稳定
污泥
化处 • 好氧消化
消毒
理 • 厌氧消化
处理
土地利用
16
国外污泥土地利用现状-欧洲
✓ 欧洲土地利用占52% ✓ 各成员国差异较大
污泥土地利用的意义
✓ 优势：污泥中含有大量有机质，氮磷钾营养 物质，利于后续的资源化利用，尤其是磷资 源,污泥产品可满足农业20%-30%的磷需求
体
有机物
多糖
其他(腐殖 ~10% 脂肪
国内30%-70%
质, 糖醛酸, 核酸等
~10%
国外65%-75% 30%-50%
蛋白质
30%-50%
• 营养物质和能源物质 • 回收潜力元素：
CNP
无机物 泥沙：SiO2等
金属化合物 • 回收潜力金属元素： Ag, Cu, Au, Pt, Fe, Pd, Mn, Zn, Ir, Al, Cd, Ti, Ga , Cr
协同效应及降解调控机制的认知还很缺乏； 有机质转化效率低（max.50%）、停留时间
长（min.18 d)、沼气产率、甲烷含量； 成本和资源回收产出存在差距。
11
污泥处理技术路线
规定动作“稳定和减量在厂区内完成 技术选择全流程评估 很多国家 新建采用FIDIC合同，功能标
欧洲污泥处理传统技术路线
19861990 113 2.5
62 322 34 2.3 1045
1998
63 1.4 49 289 27 1.0 835
2006
37 1.0 37 300 25 0.6 714
1977-2006减量比 例（%）* 17 4 6 79 19 13 33
✓ 污泥中大部分重金属含量如Pb, Cd, Cr, Hg和Zn都呈逐年下降的趋势， Cu和Ni含量最近几年基本趋于稳定。 ✓ 污泥中有机污染物例如：PCB,PCDD/F,AOX等浓度也呈逐年降低的趋势。19
热解
投加石灰
土地 填 土地 填 建 填 建 土地 填 建 土地 利用 埋 利用 埋 材 埋 材 利用 埋 材 利用
填 埋
7
污泥稳定化的意义
有机物
生污泥
无机 物质
熟化后污泥-腐殖质
水+CO2
有机物 无机 物质
8
稳定化-污泥厌氧消化
污泥稳定化减量化为目标；污水处理过程 的一部分；
污泥中的污染物能源（清洁能源）高效回 收；污水厂能耗30-70%
5
污泥稳定化的意义
污泥稳定化处理是污泥处理处置的必要环节
污泥生物稳 定化处理
土地利用
后续污 泥处置
建材利用 填埋
污泥热化学处
理热解焚烧
6
污泥处理处置传统技术路线
生污泥
污泥浓缩
污泥稳定（厌氧、好氧）
污泥脱水
污泥干化
消 毒
污泥干化 焚烧
污泥为载体制备高效可见光光Fenton催化剂
污泥为载体制备高效可见光光催化剂
Yuan & Dai, Applied Catalysis B: Environmental, 2014
Yuan & Dai, RSC Adv., 2014
污泥资源化能源化新技术—制功能材料
污泥制备储能材料
• 污泥高温热解碳化所得碳材料具有N, S, Fe共掺杂的多孔结构； • 在经过酸洗后处理去除其中的无机物成分后能够被用作电能存储材料； • 污泥制备具有环境和成本优势。 • 瓶颈：所得材料的储能性能较实际应用还有一定差距，污泥自身组成对材料性能
污泥持久性有机物问题
✓ 污水处理过程部分持久性污染 物转移到污泥中;
✓ 持久性有机物在污泥处理过程中 的迁移规律
具有决定性影响。
材料
石墨烯 碳纳米管 活性炭-72R 活性炭OMG-12 污泥未活化-碳化 污泥碱活化-碳化 Co3O4纳米线/碳
储能性能/ F/g
~80 ~90 ~22 ~175 ~178 ~379 ~1124
Feng et al., Mater. Chem. A, 2015 Yuan & Dai, RSC Adv., 2015
20%COD 剩余污泥 20-30%N
75-80%P
CH4: 28%COD 沼液+上清液: 0.1%COD 15-20%N
脱水
脱水沼渣: 27%COD 5-10% N 90% P
富集污泥的 COD 20-50%，N 20-45%；P>90%。
2
污泥的产生、组成和资源化潜能
污
城市污泥的组成
泥 絮
✓ 瓶颈：重金属、持久性有机物 生活污水厂重金属含量低的污泥土地利用是目前 最经济,低碳,资源循环利用的最佳技术路线之一
18
几个值得关注的问题
ห้องสมุดไป่ตู้
污泥重金属含量逐年下降(德国）
元素/年份 1977
Pb
220
Cd
21
Cr
630
Cu
378
Ni
131
Hg
4.8
Zn
2140
*1977 = 100%
1982
190 4.1 80 370 48 2.3 1480
污泥脱水性能提高 – 5%； 实现污泥减量 （30-50%）； 降低温室气体排放； 消化污泥土地利用或焚烧等。
9
污泥厌氧消化
• 1吨TS为5%的浓缩污泥经厌氧消化脱水或直接脱水后的污泥量
无消化
10
污泥厌氧消化技术瓶颈
工业废水厌氧消化理论已完善； 污泥厌氧理论研究滞后； 高含固厌氧消化、协同消化的物质迁移转化，
戴晓虎 教授
同济大学环境科学与工程学院 国家城市污染控制工程研究中心
污泥的产生、组成和资源化潜能
污水处理过程中主要污染物的物质流
100%COD 100%N 100%P
初沉池
N2: 50-70%N
CO2: 35%COD
O2, 能量
二沉池
<10% COD 5-15% N 10% P
初沉污泥 35%COD 10-15%N 10-15%P
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污泥处理处置“四化”
减量化
减少污泥的重 量和体积
稳定化
降解污泥中的 易腐有机物质
无害化
通过处理，使其不对环境造成二 次污染，不对人体健康产生危害
资源化
回收具有使用价值的 物质和资源
污泥处置
4
污泥稳定化的意义
污泥无稳定化处理
运输、转运过程
未经稳定化 处理的污泥
污泥处置
有机物的腐败、嗅味等 二次污染的风险
12
污泥资源化能源化新技术—污泥热解
污泥热解碳化
13
污泥资源化能源化新技术—制功能材料
以污泥为原料和模板制备功能材料
• 催化材料制备过程中充分利用了污泥中的各种有效成分； • 污泥中的重金属被原位利用作为掺杂剂； • 瓶颈：污泥中有机物被煅烧气化，利用率低，会释放有毒气体，材料性能受污泥
自身性质的影响。
污泥土地利用技术路线
污泥 稳定
• 好氧堆肥 • 好氧延时稳定
污泥
化处 • 好氧消化
消毒
理 • 厌氧消化
处理
土地利用
16
国外污泥土地利用现状-欧洲
✓ 欧洲土地利用占52% ✓ 各成员国差异较大
污泥土地利用的意义
✓ 优势：污泥中含有大量有机质，氮磷钾营养 物质，利于后续的资源化利用，尤其是磷资 源,污泥产品可满足农业20%-30%的磷需求
体
有机物
多糖
其他(腐殖 ~10% 脂肪
国内30%-70%
质, 糖醛酸, 核酸等
~10%
国外65%-75% 30%-50%
蛋白质
30%-50%
• 营养物质和能源物质 • 回收潜力元素：
CNP
无机物 泥沙：SiO2等
金属化合物 • 回收潜力金属元素： Ag, Cu, Au, Pt, Fe, Pd, Mn, Zn, Ir, Al, Cd, Ti, Ga , Cr
协同效应及降解调控机制的认知还很缺乏； 有机质转化效率低（max.50%）、停留时间
长（min.18 d)、沼气产率、甲烷含量； 成本和资源回收产出存在差距。
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污泥处理技术路线
规定动作“稳定和减量在厂区内完成 技术选择全流程评估 很多国家 新建采用FIDIC合同，功能标
欧洲污泥处理传统技术路线
19861990 113 2.5
62 322 34 2.3 1045
1998
63 1.4 49 289 27 1.0 835
2006
37 1.0 37 300 25 0.6 714
1977-2006减量比 例（%）* 17 4 6 79 19 13 33
✓ 污泥中大部分重金属含量如Pb, Cd, Cr, Hg和Zn都呈逐年下降的趋势， Cu和Ni含量最近几年基本趋于稳定。 ✓ 污泥中有机污染物例如：PCB,PCDD/F,AOX等浓度也呈逐年降低的趋势。19
热解
投加石灰
土地 填 土地 填 建 填 建 土地 填 建 土地 利用 埋 利用 埋 材 埋 材 利用 埋 材 利用
填 埋
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污泥稳定化的意义
有机物
生污泥
无机 物质
熟化后污泥-腐殖质
水+CO2
有机物 无机 物质
8
稳定化-污泥厌氧消化
污泥稳定化减量化为目标；污水处理过程 的一部分；
污泥中的污染物能源（清洁能源）高效回 收；污水厂能耗30-70%