中德污泥處理與利用技術(shù)對比

1、中德污泥處理和利用技術(shù)對比楊順生西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院講座內(nèi)容（綠色部分）處置工藝德國中國說明內(nèi)部碳源是是同時減量厭氧消化是是同時減量熱解是否國內(nèi)探討中農(nóng)用越來越少是填埋已禁止是焚燒是是干化有是講座內(nèi)容 德國污泥利用和處置情況簡介 - 內(nèi)部碳源開發(fā) - 厭氧消化 - 熱解 探討適合中國的污泥處置和利用技術(shù) - 內(nèi)部碳源開發(fā)（脫氮除磷） - 厭氧消化 - 污泥減量綠色和平：如果世界是一個銀行，你們早就把它救了！碳排放權(quán)的價值 3月18日，美國能源部長朱棣文在國會提議向別國征收二氧化碳關(guān)稅。他認(rèn)為，一旦美國實(shí)施減排措施，而其他國家沒有設(shè)置碳排放成本，那么美國將處于劣勢。 朱棣文稱，期待中印等發(fā)展

2、中國家盡快采取減排措施。碳排放權(quán)的價值 碳排放權(quán)將成為硬通貨； 可以預(yù)見，2012年之后中國必將承擔(dān)減排義務(wù)，碳排放也將不可避免地成為污水處理的成本因素。污水處理中的碳排放 排放來自三個方面： 生物降解過程，電耗，外加碳源。世界水論壇無果而終，2009.03.22某污水廠 COD 平衡圖（kg/d）德國污泥的用途和處置（萬噸）1991199519982001污泥總量污泥總量296264249243農(nóng)用90138149140焚燒27274055填埋124472116臨時堆放1914118其它36372523德國污泥產(chǎn)量 1991年和1995年統(tǒng)計數(shù)據(jù)包含了來自所有城市污水廠（一萬多座污水廠）的污

3、泥量 1998年和2001年統(tǒng)計數(shù)據(jù)僅包含了來自污水生物處理廠的污泥量 德國：污泥處置成本 農(nóng)用：4050 Euro/t 焚燒：100150 Euro/t （目前大約20%，今后的主要趨勢） 德國現(xiàn)在的污泥焚燒能力： 電廠每年可焚燒140萬噸，（褐煤電廠） 垃圾焚燒廠每年可焚燒80萬噸， 其余30萬噸能力等待政策確定后擴(kuò)充。德國：政策和水價背景 2001年各州農(nóng)業(yè)部長和環(huán)境部長要求嚴(yán)格控制污泥農(nóng)用，到前年為止，有關(guān)禁止污泥農(nóng)用的法律程序已經(jīng)完成。 如果全面推行污泥焚燒，德國每立方米飲用水將會漲價30 Cent。德國：污泥條例 為了保證污泥農(nóng)業(yè)利用的安全可靠性，促進(jìn)污泥的物質(zhì)性利用，聯(lián)邦政府于1

4、982年1月15日在廢物處置法下通過了一項關(guān)于在農(nóng)業(yè)、林業(yè)及園藝用地上施用污泥的法律條例“污泥條例”(AbfKlaerV)。德國：污泥條例 該條例規(guī)定污泥必須進(jìn)行穩(wěn)定化處理。 穩(wěn)定化處理是指：使污泥中的成分達(dá)到化學(xué)穩(wěn)定。德國：污泥穩(wěn)定化處理 德國90%以上污泥穩(wěn)定化處理的方式是厭氧消化。 厭氧消化的產(chǎn)品是：沼氣，消化污泥（農(nóng)用），沼液（消化污泥脫水濃液）。污泥厭氧消化前后固體物質(zhì)的變化 沼氣是生物能源進(jìn)水?dāng)y帶的污染物 每六立方米城市污水經(jīng)過處理后，污泥厭氧消化所產(chǎn)沼氣可發(fā)一度電，已經(jīng)考慮了所有的損失。德國舉例：德國鮑特羅普污水廠利用污泥產(chǎn)沼氣發(fā)電，消化污泥焚燒供熱序號參數(shù)數(shù)值 備注1日處理污水

5、 m33670002污泥日產(chǎn)量 m33000 濃縮污泥3污泥消化池容積 m360000 4x150004污泥消化時間 d 205污泥消化溫度 C 37 6日產(chǎn)沼氣 Nm3500007發(fā)電機(jī)組功率 kW3500 電功率8焚燒爐功率 kW7600 熱功率9氣柜容積 m3250010脫水污泥含水率 % 70 離心機(jī)脫水污泥厭氧消化成功進(jìn)行的標(biāo)志 顏色黝黑（硫化鐵）， 有瀝青或焦油味道，但是沒有臭味， 用搪瓷器具潑出后器壁上迅速出現(xiàn)水線，因?yàn)槭煳勰嗝撍苑浅：茫?在戶外場地上晾曬時上面不落蒼蠅 (Eristalis tenax，大而黃的蒼蠅)。厭氧消化 厭氧消化是非常強(qiáng)有力的生物過程，根據(jù)Imhoff

6、 的研究和數(shù)十年的實(shí)踐： 各種有機(jī)組織被降解，除了毛發(fā)以外； 各種病源被殺死，除了結(jié)核菌； 各種植物種子失去發(fā)芽能力，除了西紅柿籽。包括全套附件包括全套附件: 換熱器 泵 監(jiān)控設(shè)備 開關(guān)設(shè)備 聯(lián)網(wǎng)啟動設(shè)備 / 電池 潤滑油倉 進(jìn)氣排氣處理 消聲器 防噪聲措施 減震措施熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組吸收式制冷制熱吸收式制冷制熱34 %13 %損失損失53 %電力電力熱熱38 %冷冷電熱冷聯(lián)產(chǎn)機(jī)組電熱冷聯(lián)產(chǎn)機(jī)組沼氣沼氣100 %100 %h hel = 35 %h hth = 55 %吸收式制冷設(shè)備z zref = 71 %6 C / 12 C漢堡附近某沼氣設(shè)施污泥機(jī)械擊破技術(shù) 攪拌球磨機(jī) 高壓均質(zhì)器

7、噴射工藝 大功率電脈沖 超聲波 。攪拌球磨機(jī) 污泥進(jìn)口 污泥出口攪拌器球泥分離器動力球磨桶磨球高壓均質(zhì)器 污泥進(jìn)口污泥出口壓力閥座沖擊環(huán)閥體均質(zhì)縫噴射工藝 噴射管污泥進(jìn)口靶板噴嘴大功率電脈沖設(shè)備 大功率電源污泥進(jìn)口放電室超聲波和產(chǎn)生的氣穴超聲波和產(chǎn)生的氣穴氣泡產(chǎn)生成長內(nèi)爆熱點(diǎn)壓縮和膨脹+聲波聲波10020040030060050050100150氣穴泡半徑 mm作用時間ms各種擊破（破解）技術(shù)特點(diǎn) 目前只有超聲波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用機(jī)械擊破對污泥的作用示意圖機(jī)械擊破對污泥的作用示意圖 細(xì)胞 內(nèi)部顆粒細(xì)胞外部聚合體 污泥絮狀物液體舉例：梅爾多夫污水廠舉例：梅爾多夫污水廠 超聲波設(shè)備投用后，消化污泥

8、中的可揮發(fā)固體含量從60%下降到45%。 60%下降到45%，絕對值下降15%，相對值下降25%。 相對值是沼氣產(chǎn)量增加的參考值，但是并不等于后者，因?yàn)榭蓳]發(fā)固體進(jìn)入液相和氣相的比例因地而異。德國巴姆堡污水廠沼氣產(chǎn)量增加30%7.680 m/d9.950 m/d020004000600080001000012000conventionalus-treatedbiogas production m/dVSS去除率增加 VSS去除率54 %42 %0102030405060conventionalus-treatedVS destruction %德國：污泥作為碳源和催化劑 用機(jī)械、化學(xué)、生物、熱

9、學(xué)等工藝，使剩余污泥中的微生物細(xì)胞被擊破，釋放出有用物質(zhì)（碳源和酶）來。這些物質(zhì)被回流到生物池作為補(bǔ)充碳源和催化劑，改善反消化效果，降低出水總氮濃度。德國舉例：濱德污水廠 兩用進(jìn)水排放格柵 沉砂污泥濃縮超聲波沼氣柜發(fā)電機(jī)污泥脫水間消化池二沉池生化池，間歇曝氣初沉池（內(nèi)）厭氧池（外）36C濃縮運(yùn)行結(jié)果 德國：污泥熱解 熱解鼓內(nèi)的反應(yīng)熱解氣體，CO, CO2, H2, CH4, H2O,芳香族，油，8590%熱解殘留物/惰性化物質(zhì)，如：活性炭、被固化的重金屬等，1015%進(jìn)料，100%450500 C熱解鼓德國：污泥熱解 工藝流程污泥進(jìn)料能量能量預(yù)干燥到70%含固率熱解氣作為熱源回流煙囪煙氣凈化煙

10、氣換熱器蒸汽渦輪機(jī)蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)活性炭濾渣燃燒室熱解上網(wǎng)德國：污泥熱解德國：污泥熱解 熱解鼓德國：污泥熱解 另一套熱解設(shè)備德國：污泥熱解 熱解氣體燃燒探討適合中國的污泥處置和利用新技術(shù) - 內(nèi)部碳源開發(fā)（強(qiáng)化脫氮除磷） - 厭氧消化 - 污泥減量 - 消除膨脹污泥 - 填埋 - 干化 - 焚燒 污水處理中的碳排放 排放來自三個方面： 生物降解過程，電耗，外加碳源。污水處理中的碳排放：好氧降解 污水處理行業(yè)，典型的環(huán)保產(chǎn)業(yè)，但是一些做法不一定符合低碳經(jīng)濟(jì)要求。 某食品行業(yè)廢水 COD 的好氧降解： C8H12N2O3 = = C5H7O2N + NH3 + 3 CO2 + H2O 污水處

11、理中的碳排放：電耗 全國每年污水排放量約400億立方米，保守估計耗電200億度，對應(yīng)的發(fā)電二氧化碳排放量是： 200 x108x0.4 = 8x109 kg = 8x106 t.熱電廠二氧化碳排放量 單位：（kg/kWh） - 褐煤 0.4 - 巖煤 0.33 - 重油 0.28 - 輕油 0.26 - 天然氣 0.2污水處理中的碳排放：外加碳源 城市污水處理中，為了脫氮，往往投加甲醇。每脫除1克硝態(tài)氮，理論上需要投加近3克甲醇。為了保證脫氮效果，一般要多加30%甲醇，既增加處理成本，又增加污泥量。 多余的甲醇又要由微生物降解成水和二氧化碳并產(chǎn)生污泥，污泥需要脫水、運(yùn)輸、處置（填埋、焚燒等）。

12、內(nèi)部碳源開發(fā)的意義 因此，開發(fā)利用污泥碳源，無論從現(xiàn)實(shí)成本還未來應(yīng)對策略考慮，都十分有意義。 由于污泥內(nèi)部碳源開發(fā)、厭氧消化和減量均可通過超聲波技術(shù)強(qiáng)化，以下以超聲波技術(shù)為主線介紹。超聲波污泥技術(shù)在污水廠的應(yīng)用超聲波污泥技術(shù)在污水廠的應(yīng)用 1 補(bǔ)充碳源，強(qiáng)化生物脫氮除磷；補(bǔ)充碳源，強(qiáng)化生物脫氮除磷； 2 強(qiáng)化污泥厭氧消化，增加沼氣產(chǎn)量；強(qiáng)化污泥厭氧消化，增加沼氣產(chǎn)量； 3 污泥減量；污泥減量； 4 消除和預(yù)防污泥膨脹。消除和預(yù)防污泥膨脹。1，強(qiáng)化生物脫氮除磷強(qiáng)化生物脫氮除磷 生物池二沉池超初沉池脫水污泥進(jìn)水濃濃污泥脫水70%剩余污泥30%回流污泥排放剩余污泥超聲波強(qiáng)化生物脫氮除磷的原理超聲波強(qiáng)

13、化生物脫氮除磷的原理 通過對污泥進(jìn)行超聲處理，向反硝化區(qū)補(bǔ)通過對污泥進(jìn)行超聲處理，向反硝化區(qū)補(bǔ)充碳源和生物酶（催化劑）充碳源和生物酶（催化劑） 其中碳源可用溶解性其中碳源可用溶解性 COD 增加值衡量增加值衡量 生物酶的作用是轉(zhuǎn)化碳源，即將不溶性或生物酶的作用是轉(zhuǎn)化碳源，即將不溶性或半溶性碳源轉(zhuǎn)化為直接碳源。半溶性碳源轉(zhuǎn)化為直接碳源。廣州某出水總氮月變化曲線廣州某污水廠試運(yùn)行結(jié)果 對比現(xiàn)場5個月的運(yùn)行數(shù)據(jù)： - 出水總氮減少25% ， - 兩條運(yùn)行線出水COD、BOD、TP正常， - 污泥減量24%。某中試試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析碳源的增加02004006008001000COD（mg/L）8月8日8月1

14、1日8月14日8月17日8月20日日期SCOD變化示意圖（8月）COD0COD60超聲波設(shè)備擊破前后SCOD變化圖(4月)020040060080010001234數(shù)值mg/LCODCOD70SCOD的增加值開發(fā)內(nèi)部碳源的節(jié)能減排意義開發(fā)內(nèi)部碳源的節(jié)能減排意義超聲波超聲波外部碳源（甲醇）外部碳源（甲醇）脫氮除磷脫氮除磷內(nèi)部碳源，免費(fèi)內(nèi)部碳源，免費(fèi)外購?fù)赓徫勰喈a(chǎn)量污泥產(chǎn)量減少減少增加增加節(jié)能節(jié)能是是否否系統(tǒng)負(fù)荷系統(tǒng)負(fù)荷基本不增加基本不增加增加增加2，強(qiáng)化污泥厭氧消化，增加沼氣產(chǎn)量，強(qiáng)化污泥厭氧消化，增加沼氣產(chǎn)量 生物池二沉池超沉砂格柵進(jìn)水濃污泥脫水70%剩余污泥30%以上回流污泥排放剩余污泥初沉

15、池濃沼氣污泥消化池2，強(qiáng)化污泥厭氧消化，增加沼氣產(chǎn)量，強(qiáng)化污泥厭氧消化，增加沼氣產(chǎn)量 增加沼氣產(chǎn)量大約30% 提高沼氣中甲烷含量2% 沼氣中有害物質(zhì)（色度物質(zhì)）減少 污泥礦化程度提高，消化污泥中可揮發(fā)固體減少915%，例如從60%降到45%。 污泥脫水性能改善25%污泥厭氧消化的四個階段污泥厭氧消化的四個階段乙酸 污泥里的固態(tài)有機(jī)物水解的和溶解的有機(jī)物CO2CH4H2CO2有機(jī)酸醛類醇類水解階段水解階段酸化階段酸化階段乙酸化階段乙酸化階段甲烷化階段甲烷化階段生物質(zhì)產(chǎn)沼氣量生物質(zhì)沼氣單產(chǎn)量 Nm3/降解kgoDS碳水化合物0.60.7蛋白質(zhì)0.70.8油脂/脂肪1.31.4污泥0.81.0擊破污

16、泥對厭氧消化的作用 前文所提碳源和酶對厭氧過程同樣有加速作用，處理30%剩余污泥后，其余的微生物分子會迅速失去對厭氧環(huán)境的抵抗能力而被降解。厭氧消化時間可縮短一半以上。目前歐洲工程實(shí)踐設(shè)計用12天，沼氣量增加30%左右。超聲波處理對沼氣品質(zhì)的改善 甲烷含量提高2% 沼氣中對各種色度物質(zhì)降低，如硅氧烷等 （Siloxan）SiloxanSiOSiOOSiCH3CH3CH3CH3CH3CH3Hexamethylcyclotrisiloxan六甲基環(huán)三硅氧烷氣缸內(nèi)的燃燒沼氣空氣尾氣潤滑油潤滑膜風(fēng)冷可能發(fā)生沉積熱電機(jī)組發(fā)動機(jī)活塞受損情況熱電機(jī)組發(fā)動機(jī)活塞受損情況二氧化硅沉積層二氧化硅沉積層氣缸內(nèi)破損的

17、硬殼沼氣中甲烷和有害物質(zhì)界限值沼氣中甲烷和有害物質(zhì)界限值 甲烷含量48- 75 % 氯和氟之和20mg/Nm CH4 硫化氫 250mg/Nm 硅 6mg/Nm 其它痕量物質(zhì)1mg/Nm 最大濕度 85% 最高溫度 30C沼氣凈化和利用沼氣凈化和利用去除去除Siloxan污泥消化罐砂石過濾火炬沼氣柜熱電機(jī)組熱電機(jī)組電力熱污泥罐加熱脫硫脫硫沼氣鍋爐鍋爐超聲波強(qiáng)化厭氧消化超聲波強(qiáng)化厭氧消化消化時間減少到消化時間減少到12天天沼氣產(chǎn)量增加沼氣產(chǎn)量增加30%CDM-權(quán)益權(quán)益 (CER)污泥量減少污泥量減少脫水性能改善，傳質(zhì)效率提高脫水性能改善，傳質(zhì)效率提高后續(xù)工藝是干化火焚燒時節(jié)能后續(xù)工藝是干化火焚燒

18、時節(jié)能20%40%3，污泥減量 由于生物酶的作用，無論是好氧過程還是厭氧過程，為生物活性均會提高，降解深度增加，有更多的物質(zhì)被轉(zhuǎn)化，宏觀上表現(xiàn)為污泥量的減少。 脫水污泥含水率下降25%。 同時脫水性能改善，傳質(zhì)效率提高，后續(xù)處置工藝中干化和焚燒可節(jié)能2040%。4，消除和預(yù)防膨脹污泥 通過擊碎絲狀菌，使其失去包裹空氣的能力，從而消除之。microbiological degradation) ) ) ) ) microbiological degradation12Ultrasound large molecules (polymers)Ultraschall-Behandlung von R

19、cklaufschlamm賽維塔爾污水廠賽維塔爾污水廠 消除膨脹污泥，用超聲波處理回流污泥，消除膨脹污泥，用超聲波處理回流污泥，即圖中紅色方框。右邊圓圈是二沉池。藍(lán)箭頭是排放。即圖中紅色方框。右邊圓圈是二沉池。藍(lán)箭頭是排放。 BB8 BB7 NKB 5+6 USQUS QZu_BBQRS QAb_BB QVorfluterQSPW3XXXXXXX: Probenahmestelle KW Seevetal - Blhschlammbekmpfung生物池進(jìn)水生物池進(jìn)水 BB(7+8): QBB(7+8) = 230 m3/h超聲波處理的回流污泥超聲波處理的回流污泥: QUS=3 m3/h 0,75% QRS （回流污泥）（回流污泥）超生系統(tǒng)每天耗電超