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 珠三角污泥处理处置的 现状与思考 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

中国城镇污水厂污泥的产量 中国城镇污水厂数量 (2013):~ 3500 城镇污水处理能力: ~1.45亿m3/d 年产污泥~3000-3500万吨 (含水率:~80%） 2020年污泥产量将达到 6000-9000万吨

活性污泥法污水生物处理过程 转入污泥的COD约30-50% 转入污泥的N约20-30% 转入污泥的P约90% 初沉池 二沉池 N2: 50-70%N <10% COD 5-15% N 10% P 化学药剂 O2，能量（0.9-1.0 kWh/kgCOD） 35%COD 10-15%N 10-15%P 20%COD 20-30%N 75-80%P 脱水 CO2: 35%COD 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 转入污泥的COD约30-50% 转入污泥的N约20-30% 转入污泥的P约90% 污染物通过污泥处理，实现有限利用

中国城镇污泥的特点 N，P，K 营养物质： 有机物组成： * 占污泥干基的% 污泥类型 中国污泥 发达国家 总氮 TN 2.7±1.4 4-5 磷 P 1.4±1.2 2-3.5 钾 K 0.7±0.3 0.2-0.3 * 占污泥干基的% 有机物组成： 30%-60%（平均45%） 国外平均65%-75% 有机物 高无机含量、高含砂量 无机物 4

污泥处理处置目标 稳定化 减量化 资源化 无害化 厌氧 好氧 回收清洁能源 N\P回收 有机质回收 土地利用 卫生填埋 焚烧、建材利用 浓缩 脱水 干化 厌氧 好氧 稳定化 减量化 资源化 无害化

污泥稳定化的意义 未经稳定化处理的污泥 有机物的腐败、嗅味等 二次污染的风险 原水40-50%的COD会污染水体环境、 减排目标大打折扣

污泥处理技术路线 欧洲污泥处理传统技术路线

污泥处置技术 污泥填埋 污泥焚烧 污泥建材利用 污泥土地利用

污泥污染物利用的研究热点 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 热解制生物碳土 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) 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) N资源化利用 若污水中的氮全部利用，可占氮肥产量的30% (WERF, 2011) P资源化利用 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%。

提升厌氧消化效率的途径 提高固体负荷：高含固厌氧消化 提高转化效率：预处理、多段分级 提高容积负荷：有机质协同厌氧消化 提高沼气中甲烷含量（？） 阅读PPT We focused on the “Increase of the solid content of sludge”

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 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% 1 generation, solid content 3%, degradation rate 50% 2 generation, solid content 5%, degradation rate 50% 3 generation, solid content >10%, degradation rate 50% 关键科学问题：高含固消化物质迁移转化、协同效应 污泥的降解率提升的影响机制和原理 Key issues: mass flow, increase degradation rate

污泥/城市有机质高效协同厌氧消化 提高系统稳定性：降低抑制物浓度，缓冲度提升 提高产气效益及降解率：单位产气量提高2-3倍 提高厌氧系统效率：负荷从1.5-2.0提高到6-10 kgVSS/m3d

基于污染物污泥富集资源回收模式 最大化利用生物污泥富集污染物，回收C和P，实现高效高值利用 N高效转化、回收 目标：能耗输出、N、P回收，反应时间为传统活性污泥法1/3-1/4 污染物富集 C 90%、P 90%、N20-30 % N 60-70% 高效转化 再生水制备 污泥污染物资源回收 N 回收？ 或高效转化 高品质 再生水

目标：能源外输，N转化能耗低，反应时间为原1/3-1/4，磷最大化回收 污染物的富集+厌氧氨氧化技术 污水 厌氧氨氧化 高负荷 再生水 厌氧氨氧化(selector) 污泥 沼气或氢气 脱水 MAP 高效 厌氧消化 磷肥 A段 B段 C段 原理： 利用微生物富集，碳磷最大化转入污泥 A段水中的溶解性氨氮和溶解性COD通过沼液的厌氧氨氧化强化手段，达标排放 进展： A段已有大量工程实践，高效厌氧消化已有技术需要提升降解效率 厌氧氨氧化>25度已有工程化，低温条件下的厌氧氨氧化正在开发 目标：能源外输，N转化能耗低，反应时间为原1/3-1/4，磷最大化回收

高含固污泥/协同厌氧消化示范工程 大连夏家河污泥集中处理示范工程 浙江宁海污泥处理示范工程 襄阳污泥处理示范工程 长沙污泥集中处理示范工程 In China, the application of high-solids anaerobic digestion of sludge has also started, Now，Let’s see some real cases in China. 阅读PPT

珠三角目前的污泥产量 珠三角城镇污水厂数量 (2014): 237 城镇污水处理能力: ~ 0.11亿m3/d 2013年年产污泥突破200万吨 (含水率:~80%） 2020年污泥产量将达到年 400-600万吨

珠三角城市污泥的性质（广州） 含水率较高，有机质比例偏低，并呈季节性变化； 寄生虫卵、病原微生物等致病物质超标较普遍； 部分污泥存在铜、铅、铬等重金属超标现象； 含有多氯联苯等难降解有机物。 单位：mg/kg（含水率和pH值除外），以干污泥计 注：表中红色显示数据为根据国家标准限值超标项目 数据来源：广州市水务局和广州市城市排水监测站 污水厂 含水率（%） pH值 有机物含量 铬 汞 镍 铅 砷 铜 锌 镉 氰化物 大肠菌群 菌落总数 酚 大沙地 54.74 6.91 24.67 195.13 1.65 74.28 291.6 21.7 1667.67 1124.11 1.54 1.35 4.70E+07 5.62E+08 4.21 京溪 78.63 - 29.2 417.5 3.88 72.3 20.25 448.5 906.5 4.83 龙归 69.46 6.89 25.61 1416 8.57 164.28 1982.25 43.55 1918.5 2714.5 27.03 1.74 1.33E+07 2.56E+08 5.48 石井 77.49 7.46 25.2 2065 4.59 146 1569.97 41.57 3056.33 2969.33 6.96 1.72 1.09E+07 1.78E+08 5.13 竹料 65.35 7.06 24.57 746 4.07 133.43 520.33 14.72 1087 1184.67 9.84 3.87 1.94E+07 2.99E+08 4.4 大坦沙 80.77 6.93 31.97 193.32 2.1 74.19 130.37 21.82 607 1035 1.41 5.73E+07 7.23E+08 5.41 沥滘 78.69 6.97 32.19 134.93 1.68 59.84 189.64 19.07 348.22 994.64 2.7 3.46 4.08E+07 5.28E+08 10.29 猎德 77.74 7.25 27.72 177 3.19 69.37 273.8 25.3 466.53 1265.6 2.9 1.87 5.43E+07 6.99E+08 7.35 西朗 78.62 6.69 30.78 269.51 2.54 147.01 323.57 24.42 965.44 1520.89 11.42 7.4 4.30E+07 5.53E+08 3.84

珠三角污泥处理现状（广州） 污水处理厂名称 产泥量（湿）t/d 含水率 厂内脱水工艺 大坦沙 350 80% 重力浓缩+离心脱水/带式压滤机 猎德 756 78% 重力浓缩/机械浓缩+离心脱水 京溪 28 离心脱水 沥滘 224 重力浓缩+离心脱水 西朗 102 浓缩带式脱水一体机 石井 54 大沙地 45 55% 调理+机械深度脱水 龙归 16 70% 竹料 8 65%

珠三角污泥处置现状（广州） 中心城区污水处理厂污泥处置情况： 中心城区以外污水处理厂污泥处置情况： 处置点 处置量（湿）t/d 处置方式 污水厂污泥来源 越堡水泥厂 456 水泥窑协同处理 大坦沙、京溪、石井、龙归、竹料 清远绿由 371 制砖 沥滘、西朗、大沙地 奥特农化 756 制有机肥 猎德 中心城区以外污水处理厂污泥处置情况： 堆肥：广州女娲肥业、东莞圣茵、旭华新一代肥料厂、江门鹤山市福宝肥业有限公司 水泥窑协同处理：越堡水泥厂 填埋：花都、从化 制作营养土：南沙绿由 制作有机肥及制环保砖：河源市固体废物集中处置中心

珠三角污泥处理处置建议 污泥和城市有机质协同厌氧消化， 生物质燃气回收和高品质绿化营养土 重金属超标污泥 协同焚烧/热解气化、热能无机物回收利用 填埋（？） 高附加值资源提取回收 重金属不超标污泥 厌氧消化 – 土地园林利用 好氧堆肥 – 土地园林利用 污泥和城市有机质协同厌氧消化， 生物质燃气回收和高品质绿化营养土

瓶颈问题 单一技术很多，相对成熟；但需技术综合集成示范，全流程综合解决方案的比较方法； 厌氧、好氧污泥土地利用限制；强制污泥“稳定化”要求、提升污泥品质和合理风险评估； 污泥处理处置经费需要落实（补贴政策： 燃气科技工程，环境效益等）； 技术开发和市场的有效结合；开发全产业链可续发展的商业模式。

结语 共识: 低碳、绿色、环保是未来发展方向； 共识：污水中污染物看着资源回收利用是趋势； 随着概念污水厂提出（曲久辉院士），污泥的中污染物资源回收将成为污水污染物回收利用中的关键环节之一； 中国污泥问题机遇和挑战共存，思维理念的转变和前瞻性创新需要勇气和担当； 中国巨大的市场和需求，定会引领未来污泥处理处置资源化技术的发展。

谢谢！