厭氧消化污泥處理處置

污泥厭氧消化及后續(xù)處置途徑

戴曉虎教授

同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院國家城市污染控制工程研究中心污泥的產(chǎn)生、組成和資源化潛能2100%COD100%N100%P初沉池二沉池N2:50-70%N<10%COD5-15%N10%PO2,能量35%COD10-15%N10-15%P20%COD20-30%N75-80%P脫水CO2:35%CODCH4:28%COD沼液+上清液:0.1%COD15-20%N脫水沼渣:27%COD5-10%N90%P初沉污泥剩余污泥富集污泥的COD

20-50%，N

20-45%；P>90%。污水處理過程中主要污染物的物質(zhì)流污泥的產(chǎn)生、組成和資源化潛能3城市污泥的組成國內(nèi)30%-70%國外65%-75%泥沙：SiO2等金屬化合物有機(jī)物無機(jī)物營養(yǎng)物質(zhì)和能源物質(zhì)回收潛力元素：

CNP回收潛力金屬元素：Ag,Cu,Au,Pt,Fe,Pd,Mn,Zn,Ir,Al,Cd,Ti,Ga,Cr污泥絮體污泥處理處置“四化”4穩(wěn)定化減量化無害化資源化污泥處置通過處理，使其不對環(huán)境造成二次污染，不對人體健康產(chǎn)生危害

減少污泥的重量和體積回收具有使用價(jià)值的物質(zhì)和資源降解污泥中的易腐有機(jī)物質(zhì)5污泥穩(wěn)定化的意義污泥無穩(wěn)定化處理未經(jīng)穩(wěn)定化處理的污泥運(yùn)輸、轉(zhuǎn)運(yùn)過程污泥處置有機(jī)物的腐敗、嗅味等二次污染的風(fēng)險(xiǎn)如回到水體,原水20-50%的COD會(huì)污染水體減排目標(biāo)大打折扣6污泥穩(wěn)定化的意義污泥生物穩(wěn)定化處理去除宜降解有機(jī)物后續(xù)污泥處置土地利用建材利用填埋污泥穩(wěn)定化處理是污泥處理處置的必要環(huán)節(jié)污泥熱化學(xué)處理熱解焚燒7污泥處理處置傳統(tǒng)技術(shù)路線生污泥污泥濃縮污泥穩(wěn)定（厭氧、好氧）污泥脫水土地利用填埋土地利用填埋建材填埋建材土地利用填埋建材土地利用填埋消毒污泥干化污泥干化焚燒熱解投加石灰8污泥穩(wěn)定化的意義生污泥熟化后污泥-腐殖質(zhì)無機(jī)物質(zhì)有機(jī)物有機(jī)物無機(jī)物質(zhì)水+CO29穩(wěn)定化-污泥厭氧消化污泥穩(wěn)定化減量化為目標(biāo)；污水處理過程的一部分；污泥中的污染物能源（清潔能源）高效回收；污水廠能耗30-70%污泥脫水性能提高–5%；實(shí)現(xiàn)污泥減量（30-50%）；降低溫室氣體排放；消化污泥土地利用或焚燒等。10污泥厭氧消化1噸TS為5%的濃縮污泥經(jīng)厭氧消化脫水或直接脫水后的污泥量無消化11污泥厭氧消化技術(shù)瓶頸工業(yè)廢水厭氧消化理論已完善；污泥厭氧理論研究滯后；高含固厭氧消化、協(xié)同消化的物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化，協(xié)同效應(yīng)及降解調(diào)控機(jī)制的認(rèn)知還很缺乏；有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化效率低（max.50%）、停留時(shí)間長（min.18d)、沼氣產(chǎn)率、甲烷含量；成本和資源回收產(chǎn)出存在差距。12污泥處理技術(shù)路線歐洲污泥處理傳統(tǒng)技術(shù)路線規(guī)定動(dòng)作“穩(wěn)定和減量在廠區(qū)內(nèi)完成技術(shù)選擇全流程評估很多國家新建采用FIDIC合同，功能標(biāo)13污泥資源化能源化新技術(shù)—污泥熱解污泥熱解碳化污泥資源化能源化新技術(shù)—制功能材料以污泥為原料和模板制備功能材料催化材料制備過程中充分利用了污泥中的各種有效成分；污泥中的重金屬被原位利用作為摻雜劑；瓶頸：污泥中有機(jī)物被煅燒氣化，利用率低，會(huì)釋放有毒氣體，材料性能受污泥自身性質(zhì)的影響。污泥為載體制備高效可見光光Fenton催化劑污泥為載體制備高效可見光光催化劑Yuan&Dai,AppliedCatalysisB:Environmental,2014Yuan&Dai,

RSCAdv.,2014污泥資源化能源化新技術(shù)—制功能材料污泥制備儲能材料污泥高溫?zé)峤馓蓟锰疾牧暇哂蠳,S,Fe共摻雜的多孔結(jié)構(gòu)；在經(jīng)過酸洗后處理去除其中的無機(jī)物成分后能夠被用作電能存儲材料；污泥制備具有環(huán)境和成本優(yōu)勢。瓶頸：所得材料的儲能性能較實(shí)際應(yīng)用還有一定差距，污泥自身組成對材料性能具有決定性影響。材料儲能性能/F/g石墨烯~80碳納米管~90活性炭-72R~22活性炭OMG-12~175污泥未活化-碳化~178污泥堿活化-碳化~379Co3O4納米線/碳~1124Fengetal.,

Mater.Chem.A,2015Yuan&Dai,

RSCAdv.,

201516污泥土地利用技術(shù)路線污泥穩(wěn)定化處理好氧堆肥好氧延時(shí)穩(wěn)定好氧消化厭氧消化土地利用污泥消毒處理

歐洲土地利用占52%各成員國差異較大國外污泥土地利用現(xiàn)狀-歐洲18污泥土地利用的意義優(yōu)勢：污泥中含有大量有機(jī)質(zhì)，氮磷鉀營養(yǎng)物質(zhì)，利于后續(xù)的資源化利用，尤其是磷資源,污泥產(chǎn)品可滿足農(nóng)業(yè)20%-30%的磷需求瓶頸：重金屬、持久性有機(jī)物生活污水廠重金屬含量低的污泥土地利用是目前最經(jīng)濟(jì),低碳,資源循環(huán)利用的最佳技術(shù)路線之一元素/年份197719821986-1990199820061977-2006減量比例（%）*Pb220190113633717Cd214.12.51.41.04Cr630806249376Cu37837032228930079Ni1314834272519Hg4.82.32.31.00.613Zn21401480104583571433污泥中大部分重金屬含量如Pb,Cd,Cr,Hg和Zn都呈逐年下降的趨勢，Cu和Ni含量最近幾年基本趨于穩(wěn)定。污泥中有機(jī)污染物例如：PCB,PCDD/F,AOX等濃度也呈逐年降低的趨勢。污泥重金屬含量逐年下降(德國）*1977=100%幾個(gè)值得關(guān)注的問題1920污泥持久性有機(jī)物問題污水處理過程部分持久性污染物轉(zhuǎn)移到污泥中;持久性有機(jī)物在污泥處理過程中的遷移規(guī)律污泥含有一定量的持久性有機(jī)物,是否增加未來污泥土地利用的風(fēng)險(xiǎn)?21我國未來土地利用的可能性重金屬的控制厭氧穩(wěn)定（大型）/好氧穩(wěn)定（中小型）消毒的要求標(biāo)準(zhǔn)的制定，風(fēng)險(xiǎn)評估幾個(gè)值得關(guān)注的問題22數(shù)據(jù)來源：歐盟委員會(huì)報(bào)告——Environmental,economicandsocialimpactsoftheuseofsewagesludgeonland在希臘污泥填埋所占的比重很大，而在葡萄牙等國污泥填埋的比例已經(jīng)大幅度減少。在荷蘭、德國等一些國家不得污泥填埋。污泥填埋不是未來發(fā)展趨勢CPN美國：干污泥中含P2-3%，1t干污泥含的P價(jià)值7美元(Jordan,2011).日本：將污水中的磷（每年5萬噸）回收可解決磷礦進(jìn)口的20%.理論上1kgCOD能轉(zhuǎn)化成4kWh電能

(Halim,2012)作為污水除磷脫氮的補(bǔ)充碳源產(chǎn)甲烷產(chǎn)氫制PHA微生物燃料電池（MFC）生物柴油污泥熱解/水熱制生物碳土提取蛋白制氮肥制磷肥提取Ag,Cu,Au等制吸附材料制催化材料制儲能材料干污泥中N含量3-4%多為有機(jī)氮(US,EPA),若污水中的氮全部利用，可占氮肥產(chǎn)量的30%(WERF,2011).1gCOD~0.35m3甲烷，即12530kJ/gCOD(Daigger,2009)轉(zhuǎn)換效率高達(dá)36.9%mgC/mgC

(Takabatakeetal.,2002;Yanetal.2006)

總氮和磷去除率平均提高約30%(XiangLietal.,2011)最大能達(dá)到0.27lH2/gCOD

(Prasertsanetal.,2008)美國污水廠每年可產(chǎn)生大約1.4*106m3的生物柴油，相當(dāng)于全美柴油需求量的1%(Dufrecheetal.,2007)碳減排12%(Woolfetal.,2010)蛋白最大化回收80-90%(Chishtietal.,1992;Hwangetal.,2008)污泥資源化能源化研究熱點(diǎn)能源和營養(yǎng)物質(zhì)回收金屬提取材料化轉(zhuǎn)化美國估算，1t干污泥含價(jià)值480美元的Ag,Cu,Au,Pt等13種主要金屬(JordanPeccia,2011)，1噸污泥焚燒灰含Au,,Ag約2kg(Cornwall,2015)污泥富含C,Si和有機(jī)物，通過物理、化學(xué)活化或熱解等可制成多孔吸附材料，KOH活化法效果較好，產(chǎn)品比表面積>1800m2/g(Smith,2009)污泥中的金屬,SiO2和有機(jī)固體使之具備制成金屬摻雜的多孔催化材料的優(yōu)勢，現(xiàn)已證實(shí)可通過易操作的物理化學(xué)方法以污泥制負(fù)載TiO2可見光光催化材料，負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料等(Yuan,2014,2015)污泥經(jīng)過熱解碳化后能得到具有N，S，F(xiàn)e共摻雜的活性碳材料，該碳材料具有優(yōu)越的儲能和電化學(xué)性能(Yuan,2015),但離商業(yè)化還有距離市政污水處理過程重要污