污泥新技术和科技项目

元素/年份 1977
Pb
220
Cd
21
Cr
630
Cu
378
Ni
131
Hg
4.8
Zn
2140
1982 190 4.1 80 370 48 2.3 1480
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
课题承担单位 山东省科学院新材 料研究所 东江环保股份有限 公司 哈尔滨北方环保工 程有限公司
同济大学
浙江大学
锡林浩特国能能源 科技有限公司 中国石油大学（北 京）
哈尔滨工业大学
课题负责人
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、泥质泥量调研、标准和风 险研究等
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
项目设置
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 2012AA063501 2012AA063502 2012AA063503 2012AA063504 2012AA063505 2012AA063506 2012AA063507 2012AA06续性发展
科技创新和资源循环是核心
物质流 能量流 区域系统
污染物（水、固体、气体）
能量流 碳、氮、磷 …
物质流 能量流
能量流 物质流
二．中国污泥泥质和国外的差异
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污水生物处理过程主要污染物物质流
100%COD 100%N 100%P
化学药剂 N2: 50-70%N 初沉池
1977-2006减量比 例（%）*
17
4
6
79
19
13
33
9
城市污泥中砂的粒径分布
合肥城市污泥中砂的粒度累积密度分布
各污水厂砂 中值粒度小 于50μm， 粒度小于 200μm颗粒 均在90%以 上。
完善排水系统的国家，污泥中砂的粒径一般都大于200μm
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三．污泥处理处置科技创新
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污泥处理处置技术现状
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
High solid anaerobic digestion
70年代以前 before 70s
70年代-2000年 70s-2000
2000年以后 after 2000
污泥新技术和科技项目.ppt
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
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现状 矛盾？ 目标
❖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
THP能起到消毒和杀灭病菌的效果
THP can realize the hygienization and kill the pathogens
高温高压热水解罐
Thermal High-Pressure Pretreatment
脱水污泥
Dewatered Sludge
热水解污泥
Thermal Hydrolyzed sludge
强化厌氧消化的手段——酶水解
Enzyme hydrolysis
酶水解对厌氧消化的作用 the impact on digestion
酶对污泥厌氧消化提升？ Enzyme can improve digestion?
酶能否提高污泥降解效率？ Enzyme can increase degradation rate?
强化厌氧消化的手段——热水解
Thermal hydrolysis pretreatment
高温高压热水解预处理技术 (THP) 对高含固厌氧消化的作用：
The impact of thermal high-pressure pretreatment (THP) on highsolids anaerobic digestion
Improve the system efficiency: OLR from 1.5-2.0 kgVSS/m2d to 5-6 kgVSS/m2d
➢ 设施利用率高：成本降低，经济效益提高
high utilization of facility: reduce costs, improve economic benefits
➢ 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
if all sludge and kitchen waste are digested: 1.5 billion m3 from sludge, 4 billion m3 from kitchen waste
➢ 提高厌氧系统效率：厌氧消化负荷从1.5-2.0提高到5-6 kgVSS/m2d
碳减排12% (Woolf et al., 2010)
蛋白能最大化回收80-90% (Chishti et al., 1992; Hwang et al., 2008)
若污水中的氮全部利用，可占氮肥产量 的30% (WERF, 2011) 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%。
O2，能量（ CO2: 35%COD 0.9-1.0
kWh/kgCOD
）
二沉池
<10% COD 5-15% N 10% P
35%COD 10-15%N 10-15%P
20%COD 20-30%N 75-80%P
脱水
CH4: 28%COD
沼液+上清液: 0.1%COD 15-20%N
脱水污泥: 27%COD 5-10% N 90% P
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
➢ 提高系统稳定性：降低抑制物浓度
enhance the stability of the system: reduce the concentration of the inhibitor
➢ 提高产气效益：产气率大幅提高
enhance the biogas production: increase biogas production rate
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
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城市污泥的性质
营养物质：污泥类型
* 占污泥干基的% 总氮 TN 磷P 钾K
有机物组成：
中国污泥 2.7±1.4 1.4±1.2 0.7±0.3
德国污泥 4-5 2-3.5 0.2-0.3
有机物
30%-70%（ 通常50%） 国外平均 65%-75%
比例与进
水含砂量
无机物
和污泥泥
龄有关
8 8
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
总氮和磷去除率平均提高约30% (Xiang Li et al., 2011)
1g COD理论上能转化成0.35m3甲烷，即 12530kJ/g COD (Daigger, 2009)
最大能达到0.27 l H2/g COD (Prasertsan et al., 2008)
转换效率高达36.9% mg C/mg C (Takabatake et al., 2002; Yan et al. 2006)
理论上1kg COD能转化成4 kWh电能 (Halim, 2012) 研究表明美国的污水厂每年可产生大约 1.4*106 m3的生物柴油，相当于全美柴油 需求量的1% (Dufreche et al., 2007)
第三代厌氧消化池 污泥含固率>10% 污泥降解率50%
3 generation, solid content >10%, degradation rate 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？
Key issues: mass flow, increase degradation rate 17
课题名称
节能降耗污泥脱水装备及制 备建材技术与示范
南方城市污泥厌氧消化与安 全运行技术与装备
北方市政污泥囊式厌氧发酵 与燃气循环利用技术及示范
污泥热解能源化利用成套技 术及工程示范
国产化污泥干化与焚烧成套 装备研制及应用
污泥掺混制备生物质燃料技 术装备及应用
污泥生物质燃气净化技术及 应用
污泥处置风险控制技术系统 与示范
Improve the conversion efficiency? 定向菌种的环境风险？
Environmental risk?
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污泥/有机质高效协同厌氧消化
Co-fermentation of sludge & kitchen waste
• 污泥与城市有机质联合厌氧消化技术 Co-fermentation
酶对消化污泥的脱水性能及沼渣利用影响？ How impact enzyme on dewaterability and sludge utilization?
强化厌氧消化的手段—优势菌种
Dominant bacteria
定向优势菌种 Dominant bacteria 定向优势菌种筛选？
Directional selection? 提高转化效率？
THP有效的提高溶解性COD的比例
THP can effectively increase the ratio of soluble COD
THP大大降低污泥的粘度
THP can greatly reduce the viscosity of sludge
THP能将污泥降解率提高15%
THP can increase 15% of the degradation rate of sludge
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厌氧氨氧化技术-颠覆性突破（？）
污水
初沉池
生物池
二沉池
污泥
消化液高效 节能脱氮
DEMON 厌氧铵氧化
消化液
污泥 厌氧消化
出水 污泥
污水 污泥
A池
B池
污泥
污泥 厌氧消化
DEMON 消化液 厌氧铵氧化
二沉池
全流程高效 节能脱氮
出水
四．污泥处理处置科技项目
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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
第一代厌氧消化池 污泥含固率3% 污泥降解率50%
1 generation, solid content 3%, degradation rate 50%
第二代厌氧消化池 污泥含固率5% 污泥降解率50%
2 generation, solid content 5%, degradation rate 50%
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 中国(2006) 平均值 德国(2006) 平均值
Cd Cu 2.01 219 1.0 300
Pb 72.3 37
Zn 1058 714
Cr 93.1 37
Ni 48.7 25
Hg 2.13 0.6
德国污泥重金属变化
*1977 = 100%
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