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1、污泥厌氧消化及后续处置途径,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,污泥的产生、组成和资源化潜能,2,富集污泥的 COD 20-50%，N 20-45%；P90%。,污水处理过程中主要污染物的物质流,污泥的产生、组成和资源化潜能,3,城市污泥的组成,有机物,无机物,营养物质和能源物质回收潜力元素： C N P,回收潜力金属元素： Ag, Cu, Au, Pt, Fe, Pd, Mn, Zn, Ir, Al, Cd, Ti, Ga , Cr,污泥絮体,污泥处理处置“四化”,4,通过处理，使其不对环境造成二次污染，不对人体健康产生危害,减少污泥的重量和体积,回收具有使
2、用价值的物质和资源,降解污泥中的易腐有机物质,5,污泥稳定化的意义,污泥无稳定化处理,未经稳定化处理的污泥,运输、转运过程,污泥处置,有机物的腐败、嗅味等二次污染的风险,如回到水体,原水20-50%的COD会污染水体 减排目标大打折扣,6,污泥稳定化的意义,污泥生物稳定化处理,去除宜降解有机物,后续污泥处置,污泥稳定化处理是污泥处理处置的必要环节,污泥热化学处理热解焚烧,7,污泥处理处置传统技术路线,8,污泥稳定化的意义,生污泥,熟化后污泥-腐殖质,无机物质,有机物,有机物,无机物质,水+CO2,9,稳定化-污泥厌氧消化,污泥稳定化减量化为目标；污水处理过程的一部分；污泥中的污染物能源（清洁能
3、源）高效回收；污水厂能耗30-70%污泥脱水性能提高 5%；实现污泥减量 （30-50%）；降低温室气体排放；消化污泥土地利用或焚烧等。,10,污泥厌氧消化,1吨TS为5%的浓缩污泥经厌氧消化脱水或直接脱水后的污泥量,无消化,11,污泥厌氧消化技术瓶颈,工业废水厌氧消化理论已完善；污泥厌氧理论研究滞后；高含固厌氧消化、协同消化的物质迁移转化，协同效应及降解调控机制的认知还很缺乏；有机质转化效率低（max.50%）、停留时间长（min.18 d)、沼气产率、甲烷含量；成本和资源回收产出存在差距。,12,污泥处理技术路线,欧洲污泥处理传统技术路线,规定动作“稳定和减量在厂区内完成技术选择全流程评估
4、很多国家 新建采用FIDIC合同，功能标,13,污泥资源化能源化新技术污泥热解,污泥热解碳化,污泥资源化能源化新技术制功能材料,以污泥为原料和模板制备功能材料,催化材料制备过程中充分利用了污泥中的各种有效成分；污泥中的重金属被原位利用作为掺杂剂；瓶颈：污泥中有机物被煅烧气化，利用率低，会释放有毒气体，材料性能受污泥自身性质的影响。,污泥为载体制备高效可见光光Fenton催化剂,污泥为载体制备高效可见光光催化剂,Yuan & Dai, Applied Catalysis B: Environmental, 2014,Yuan & Dai, RSC Adv., 2014,污泥资源化能源化新技术制功
5、能材料,污泥制备储能材料,污泥高温热解碳化所得碳材料具有N, S, Fe共掺杂的多孔结构；在经过酸洗后处理去除其中的无机物成分后能够被用作电能存储材料；污泥制备具有环境和成本优势。瓶颈：所得材料的储能性能较实际应用还有一定差距，污泥自身组成对材料性能具有决定性影响。,Feng et al., Mater. Chem. A, 2015Yuan & Dai, RSC Adv., 2015,16,污泥土地利用技术路线,土地利用,欧洲土地利用占52% 各成员国差异较大,国外污泥土地利用现状-欧洲,18,污泥土地利用的意义,优势：污泥中含有大量有机质，氮磷钾营养物质，利于后续的资源化利用，尤其是磷资源,
6、污泥产品可满足农业20%-30%的磷需求瓶颈：重金属、持久性有机物,生活污水厂重金属含量低的污泥土地利用是目前最经济,低碳,资源循环利用的最佳技术路线之一,污泥中大部分重金属含量如Pb, Cd, Cr, Hg和Zn都呈逐年下降的趋势，Cu和Ni含量最近几年基本趋于稳定。 污泥中有机污染物例如：PCB,PCDD/F,AOX等浓度也呈逐年降低的趋势。,污泥重金属含量逐年下降(德国）,*1977 = 100%,几个值得关注的问题,19,20,污泥持久性有机物问题,污水处理过程部分持久性污染 物转移到污泥中; 持久性有机物在污泥处理过程中 的迁移规律,污泥含有一定量的持久性有机物,是否增加未来污泥土地
7、利用的风险 ?,21,我国未来土地利用的可能性,重金属的控制厌氧稳定（大型）/好氧稳定（中小型）消毒的要求标准的制定，风险评估,几个值得关注的问题,22,数据来源：欧盟委员会报告Environmental, economic and social impacts of the use of sewage sludge on land,在希腊污泥填埋所占的比重很大，而在葡萄牙等国污泥填埋的比例已经大幅度减少。在荷兰、德国等一些国家不得污泥填埋。,污泥填埋不是未来发展趋势,C,P,N,美国：干污泥中含P2-3% ，1t干污泥含的P价值7美元(Jordan, 2011). 日本：将污水中的磷（每年5
8、万吨）回收可解决磷矿进口的20%.,理论上1kg COD能转化成4 kWh电能 (Halim, 2012),干污泥中N含量3-4% 多为有机氮(US, EPA), 若污水中的氮全部利用，可占氮肥产量的30% (WERF, 2011).,1g COD0.35m3甲烷，即12530kJ/g COD (Daigger, 2009),转换效率高达36.9% mg C/mg C (Takabatake et al., 2002; Yan et al. 2006),总氮和磷去除率平均提高约30%(Xiang Li et al., 2011),最大能达到0.27 l H2/g COD (Prasertsan
9、 et al., 2008),美国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),蛋白最大化回收80-90% (Chishti et al., 1992; Hwang et al., 2008),污泥资源化能源化研究热点,能源和营养物质回收,金属提取,材料化转化,美国估算，1t干污泥含价值480美元的Ag, Cu, Au, Pt等13种主要金属(Jordan Peccia, 2011)，1吨污泥焚烧灰含Au,Ag约2kg(Cornwall,2015),污泥富含
10、C,Si和有机物，通过物理、化学活化或热解等可制成多孔吸附材料，KOH活化法效果较好，产品比表面积1800m2/g(Smith, 2009),污泥中的金属,SiO2和有机固体使之具备制成金属掺杂的多孔催化材料的优势，现已证实可通过易操作的物理化学方法以污泥制负载TiO2可见光光催化材料，负载铁多相光Fenton催化材料等(Yuan,2014,2015),污泥经过热解碳化后能得到具有N，S，Fe共掺杂的活性碳材料，该碳材料具有优越的储能和电化学性能(Yuan, 2015), 但离商业化还有距离,市政污水处理过程重要污染物资源化回收利用已是趋势；污水中污染物高效资源化回收利用是下一代污水处理技术的发展目标；污泥是污水处理过程“污染物”资源回收是关键，目前污泥处理技术落后于科技发展水平，相对污水处理还很传统，一些列关键基础科学问题还有待解决，很大发展潜力；污泥新的研究方法建立和关键基础科学问题的凝炼是未来新创新技术的核心；遵循“绿色、低碳、健康”的原则，解决污泥“难题”的同时，实现物质和能源回收的最大化是未来研究方向。,结语,谢 谢！,
