中德污泥綜合處理及利用技術(shù)對(duì)比

1、中德污泥綜合處理及利用技術(shù)對(duì)比講座內(nèi)容（綠色部分）處置工藝德國(guó)中國(guó)說(shuō)明內(nèi)部碳源是是同時(shí)減量厭氧消化是是同時(shí)減量熱解是否國(guó)內(nèi)探討中農(nóng)用越來(lái)越少是填埋已禁止是焚燒是是干化有是講座內(nèi)容德國(guó)污泥利用和處置情況簡(jiǎn)介 - 內(nèi)部碳源開(kāi)發(fā) - 厭氧消化 - 熱解探討適合中國(guó)的污泥處置和利用技術(shù) - 內(nèi)部碳源開(kāi)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(gè)銀行，你們?cè)缇桶阉攘?！碳排放?quán)的價(jià)值3月18日，美國(guó)能源部長(zhǎng)朱棣文在國(guó)會(huì)提議向別國(guó)征收二氧化碳關(guān)稅。他認(rèn)為，一旦美國(guó)實(shí)施減排措施，而其他國(guó)家沒(méi)有設(shè)置碳排放成本，那么美國(guó)將處于劣勢(shì)。朱棣文稱(chēng)，期待中印等發(fā)展中國(guó)家盡快采取減排措施。碳排放權(quán)的

2、價(jià)值碳排放權(quán)將成為硬通貨；可以預(yù)見(jiàn)，2012年之后中國(guó)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(lái)自三個(gè)方面： 生物降解過(guò)程，電耗，外加碳源。世界水論壇無(wú)果而終，某污水廠 COD 平衡圖（kg/d）德國(guó)污泥的用途和處置（萬(wàn)噸）1991199519982001污泥總量296264249243農(nóng)用90138149140焚燒27274055填埋124472116臨時(shí)堆放1914118其它36372523德國(guó)污泥產(chǎn)量1991年和1995年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包含了來(lái)自所有城市污水廠（一萬(wàn)多座污水廠）的污泥量1998年和2001年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)僅包含了來(lái)自污水生物處理廠的污泥量

3、德國(guó)：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(shì)）德國(guó)現(xiàn)在的污泥焚燒能力：電廠每年可焚燒140萬(wàn)噸，（褐煤電廠）垃圾焚燒廠每年可焚燒80萬(wàn)噸，其余30萬(wàn)噸能力等待政策確定后擴(kuò)充。德國(guó)：政策和水價(jià)背景2001年各州農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)和環(huán)境部長(zhǎng)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(guó)每立方米飲用水將會(huì)漲價(jià)30 Cent。德國(guó)：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1982年1月15日在廢物處置法下通過(guò)了一項(xiàng)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“

4、污泥條例”(AbfKlaerV)。德國(guó)：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(guó)：污泥穩(wěn)定化處理德國(guó)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(guò)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(guó)舉例：德國(guó)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(hào)參數(shù)數(shù)值備注1日處理污水 m33670002污泥日產(chǎn)量 m33000濃縮污泥3污泥消化池容積 m3600004x150004污

5、泥消化時(shí)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(méi)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：?，在?hù)外場(chǎng)地上晾曬時(shí)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(guò)程，根據(jù)Imhoff 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

6、籽。包括全套附件: 換熱器 泵 監(jiān)控設(shè)備 開(kāi)關(guān)設(shè)備 聯(lián)網(wǎng)啟動(dòng)設(shè)備 / 電池 潤(rùn)滑油倉(cāng) 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)組吸收式制冷制熱34 %13 %損失53 %電力熱38 %冷電熱冷聯(lián)產(chǎn)機(jī)組沼氣100 %100 %hel = 35 %hth = 55 %吸收式制冷設(shè)備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(dòng)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

7、超聲波和產(chǎn)生的氣穴氣泡產(chǎn)生成長(zhǎng)內(nèi)爆熱點(diǎn)壓縮和膨脹+聲波10020040030060050050100150氣穴泡半徑 mm作用時(shí)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(duì)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，消化污泥中的可揮發(fā)固體含量從60%下降到45%。60%下降到45%，絕對(duì)值下降15%，相對(duì)值下降25%。相對(duì)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(guó)巴姆堡污水廠沼氣產(chǎn)量增加30%VSS去除率增加VSS去除率德國(guó)：污泥作為碳源和催

8、化劑用機(jī)械、化學(xué)、生物、熱學(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(lái)。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(guó)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(guó)：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(guó)：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

9、源回流煙囪煙氣凈化煙氣換熱器蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)活性炭濾渣燃燒室熱解上網(wǎng)德國(guó)：污泥熱解德國(guó)：污泥熱解熱解鼓德國(guó)：污泥熱解另一套熱解設(shè)備德國(guó)：污泥熱解熱解氣體燃燒探討適合中國(guó)的污泥處置和利用新技術(shù) - 內(nèi)部碳源開(kāi)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(lái)自三個(gè)方面： 生物降解過(guò)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 污水處理中的碳

10、排放：電耗全國(guó)每年污水排放量約400億立方米，保守估計(jì)耗電200億度，對(duì)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 - 巖煤 - 重油 - 輕油 - 天然氣 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）。內(nèi)部碳源開(kāi)發(fā)的意義因此，開(kāi)發(fā)利用污泥碳源，無(wú)論從現(xiàn)實(shí)成本還未

11、來(lái)應(yīng)對(duì)策略考慮，都十分有意義。由于污泥內(nèi)部碳源開(kāi)發(fā)、厭氧消化和減量均可通過(guò)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 1 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； 3 污泥減量； 4 消除和預(yù)防污泥膨脹。1，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通過(guò)對(duì)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）其中碳源可用溶解性 COD 增加值衡量生物酶的作用是轉(zhuǎn)化碳源，即將不溶性或半溶性碳源轉(zhuǎn)化為直接碳源。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

12、 對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)5個(gè)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11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(kāi)發(fā)內(nèi)部碳源的節(jié)能減排意義超聲波外部碳源（甲醇）脫氮除磷內(nèi)部碳源，免費(fèi)外購(gòu)污泥產(chǎn)量減少增加節(jié)能是否系統(tǒng)負(fù)荷基本不增加增加2，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

13、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(gè)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(lèi)醇類(lèi)水解階段酸化階段乙酸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擊破污泥對(duì)厭氧消化的作用前文所提碳源和酶

14、對(duì)厭氧過(guò)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(huì)迅速失去對(duì)厭氧環(huán)境的抵抗能力而被降解。厭氧消化時(shí)間可縮短一半以上。目前歐洲工程實(shí)踐設(shè)計(jì)用12天，沼氣量增加30%左右。超聲波處理對(duì)沼氣品質(zhì)的改善甲烷含量提高2%沼氣中對(duì)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(rùn)滑油潤(rùn)滑膜風(fēng)冷可能發(fā)生沉積熱電機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)活塞受損情況二氧化硅沉積層氣缸內(nèi)破損的硬殼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

15、 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沼氣凈化和利用去除Siloxan污泥消化罐砂石過(guò)濾火炬沼氣柜熱電機(jī)組電力熱污泥罐加熱脫硫沼氣鍋爐超聲波強(qiáng)化厭氧消化消化時(shí)間減少到12天沼氣產(chǎn)量增加30%CDM-權(quán)益 (CER)污泥量減少脫水性能改善，傳質(zhì)效率提高后續(xù)工藝是干化火焚燒時(shí)節(jié)能20%40%3，污泥減量由于生物酶的作用，無(wú)論是好氧過(guò)程還是厭氧過(guò)程，為生物活性均會(huì)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(shí)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%

16、。4，消除和預(yù)防膨脹污泥通過(guò)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 Rcklaufschlamm賽維塔爾污水廠 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。 BB8 BB7 NKB 5+6 USQUS QZu_BBQRS QAb_BB QVorfluterQSPW3XXXXXXX: Probenahmestelle KW Seevetal - BlhschlammbekmpfungUltraschallsystem im Schlammrcklauf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: QUS=3 m3/h 0,75% QRS （回流污泥）超生系統(tǒng)每天耗電: 80,6 kWh 0,6% ， 全廠每天耗電 =12.720 kWh平均功率消耗: 3,36 kW (NL 5 kW)污泥在反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間: tU