中国给水排水2023年城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第十四届)邀请函
 
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题目:基于碳达峰碳中和背景下的污泥处理处置技术路线思考 报告人:戴晓虎 教授、博导:同济大学环境科学与工程学院院长、城市污染控制国家工程研究中心主任、“十二五”863计划资源环境领域专家、污染控制主

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-02-25  浏览次数:421
核心提示:报告题目:基于碳达峰碳中和背景下的污泥处理处置技术路线思考 报告人:戴晓虎 教授、博导:同济大学环境科学与工程学院院长、城市污染控制国家工程研究中心主任、“十二五”863计划资源环境领域专家、污染控制主题专家组组长、住建部国家重大水专项“城市水污染控制”和“饮用水安全保障”主题咨询专家委员会委员、国家重大水专项滇池流域专家组副组长、中国土木工程学会水工业分会排水委员会第五届委员会委员
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报告题目:基于碳达峰碳中和背景下的污泥处理处置技术路线思考

报告人:戴晓虎 教授、博导:同济大学环境科学与工程学院院长、城市污染控制国家工程研究中心主任、“十二五”863计划资源环境领域专家、污染控制主题专家组组长、住建部国家重大水专项“城市水污染控制”和“饮用水安全保障”主题咨询专家委员会委员、国家重大水专项滇池流域专家组副组长、中国土木工程学会水工业分会排水委员会第五届委员会委员

戴晓虎
发布时间 : 2019-03-04

职 务:教授

博士/硕士导师:博士、硕士生导师

办公室电话:021-65986297

电子邮箱: daixiaohu@tongji.edu.cn

所在系所(部门):环境工程系

 

 

 

主要研究方向:

城市有机质及污泥高级厌氧消化、生物质能转化利用技术、污泥和城市有机质高温高压热水解技术、餐厨垃圾高效稳定化、资源化及资源化综合利用技术、城市污泥高温好氧发酵成套技术、半集中式分质供排水及污水资源化利用、营养物质回收技术、污水污泥处理过程臭气控制技术

 

校内外学术及行政兼职:

同济大学环境科学与工程学院院长、城市污染控制国家工程研究中心主任、“十二五”863计划资源环境领域专家、污染控制主题专家组组长、住建部国家重大水专项“城市水污染控制”和“饮用水安全保障”主题咨询专家委员会委员、国家重大水专项滇池流域专家组副组长、中国土木工程学会水工业分会排水委员会第五届委员会委员、《给水排水》杂志第六届编审委员会委员。

 

教育经历

1980-1985 同济大学环境工程系

1985-1987 同济大学免试硕士研究生

1987 国家教委公派留学德国

1992 德国波鸿鲁尔大学土木工程系环境工程专业,获工学博士学位

 

工作经历

1992-1996 德国“HANS BROCHIER”环境工程技术公司 项目部经理

1996-2010 德国“PASSAVANT-ROEDIGER”环境工程技术公司 技术总监

2002 同济大学兼职教授

 

2009-至今 同济大学城市污染控制国家工程研究中心主任,教授,博导

 

2012 同济大学环境科学与工程学院 院长

 

科研项目

(1)十二五国家重大水专项:城市污泥及有机质的联合生物质能源回收与综合利用技术

(2)十一五科技支撑项目:城市生活垃圾箱式干法厌氧生物制气设备研发与示范工程

(3)上海市科学技术委员会国际合作:低碳型分质供排水和废物资源化系统应用研究

(4)科技部863项目:节能降耗市政污泥处理与能源化利用技术及工程示范

 

代表学术论文

(1)High-solid anaerobic digestion of sewage sludge under mesophilic conditions:Bioresource Technology

(2)Start-up performances of high-solid anaerobic digestion of sewage sludge under mesophilic condition:Advanced Materials Research

(3)conversion of heavy metal fraction in waste activated sludge during anaerobic digestion

 

获奖及专利

(1)发明专利:一种城市污泥及有机质干法厌氧发酵产沼气的方法及装置

(2)发明专利:一种城市污泥干法厌氧发酵产沼气的方法

(3)发明专利:一种用于加快城市污泥干法发酵进程的循环接种方法

 

个人主页http://www.nerc-upc.org/team.aspx?id=75

戴晓虎等:碳中和背景下污泥处理处置与资源化发展方向思考

  来源:给水排水  作者:戴晓虎等 
  关键词:污泥处理处置 污水处理设施 碳减排
 
 
 

 污泥处理处置是我国污水处理的短板,同时也是打赢污染防治攻坚战的重要任务。基于污泥特性与处理处置技术特征,污泥处理处置过程碳排放主要包括能耗药耗造成的能量源碳排放、逸散性温室气体排放,以及能量资源回收和产物利用形成的碳补偿。现有污泥处理处置技术路线碳排放水平为:深度脱水-填埋 > 干化焚烧 > 好氧发酵-土地利用 > 厌氧消化-土地利用。在碳中和的背景下,未来污泥处理处置应以节能降耗及资源能源回收为目标,通过现有技术提升与绿色低碳技术开发,实现过程能耗降低、化学药剂替代、逸散性温室气体控制,以及生物质清洁能源回收等,以提升我国污泥处理处置的碳减排水平。

01 引言

全球变暖是当今人类可持续发展面临的全球性重大挑战。为应对气候变化,1992年5月,联合国环境与发展大会通过了《联合国气候变化框架公约》,2015年12月,缔约方在巴黎气候大会上达成《巴黎协定》,提出将全球平均气温上升幅度控制在2摄氏度以内。2020年9月,习近平主席在第七十五届联合国大会上郑重承诺中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年实现碳中和目标。实现碳中和目标,既是我国积极应对气候变化的承诺,也是加强生态文明和美丽中国建设的必然要求。

我国是目前全球碳排放第一大国,排放量占到全球的25%以上。其中,污水处理行业碳排放量占全社会总排放量的1%~2%,是不可忽视的减排领域。随着我国城镇化的推进和污水处理设施的完善,我国城镇污水处理规模超过2亿吨/天,位居世界第一,由此产生的污泥量突破6000万吨/年(以含水率80%计)。污泥是污水处理过程中的副产物,富集了污水中大量有机物、污染物质与营养物质,具有污染和资源的双重属性。污泥处理过程会消耗大量的药剂和能源,同时以填埋为主的处置方式还会造成大量温室气体的排放,因此,污泥处理处置过程碳减排对污水处理行业的碳中和具有重要的意义。

基于污泥特性与处理处置技术特征,从碳中和的角度,污泥处理处置工艺路线的选择应考虑污泥处理处置过程节能降耗、逸散性温室气体排放,以及能量资源回收和产物利用形成的碳补偿三个重要因素。其核心在于通过现有技术提升与绿色低碳技术开发,实现过程能耗降低、化学药剂替代、逸散性温室气体控制,以及生物质清洁能源回收等。如欧美国家通过污泥生物质能资源回收,可满足污水处理厂60%~80%的能耗需求,对污水污泥处理过程碳中和起到了积极的作用。

02 污泥处理处置过程碳排放核算关键要素

当不考虑工业废水的排放,市政污水厂污泥的有机质来自于污水中的有机物(初沉污泥)及有机物的生物分解和合成(剩余污泥),在污泥处理处置过程中,污泥有机物的分解和转化会产生CO2气体,根据IPCC的指南,这部分CO2是自然界碳循环中的一部分,不会引发大气中CO2的净增长,属于中性碳。

根据污泥处理处置过程碳排放的来源不同,碳排放可分为能量源碳排放、逸散性碳排放和碳补偿(图1)。能量源碳排放是指由于污泥处理处置过程中消耗一次能源(煤炭、天然气等)、二次能源(电、柴油等)以及化学品药剂等引起的碳排放;逸散性碳排放是指污泥处理处置过程中产生的逸散性CH4、N2O等温室气体,IPCC指南给出了CH4 和N2O的100年全球增温潜势值,1吨CH4和N2O分别相当于21吨和310吨二氧化碳的增温能力;碳补偿是指污泥中能源或资源回收利用,替代化石类能源及化学品等,从而降低温室气体的排放。

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03 我国污泥主流处理处置工艺碳排放差异分析

近年来,随着国家对污泥处理处置问题的重视,逐步形成了4条主流处理处置技术路线:“厌氧消化+土地利用”、“好氧发酵+土地利用”、“干化焚烧+灰渣填埋或建材利用”,以及“深度脱水+应急填埋”,有效支撑了我国污泥处理处置问题的解决。但是,现有的污泥处理处置工艺的选择主要依据技术适用性和经济成本,考虑到未来碳达峰和碳中和目标,碳排放作为污泥处理处置工艺路线选择的重要指标之一,是未来的发展趋势。

污泥处理处置系统复杂,工艺路线差异较大,四种典型技术路线碳排放的关键要素存在较大的差异,主要表现在以下几个方面:

(1)厌氧消化-土地利用

厌氧消化可以同时实现易腐有机物稳定、病原菌削减、污泥体积减量和生物质能源回收,是当前国内外污泥稳定化处理的主流技术。污泥富含有机质、氮、磷、钾等营养物质,污泥的土地利用可以改善土壤的性质,实现营养物质的循环利用。“厌氧消化-土地利用”技术路线也被我国《城镇污水处理厂污泥处置技术指南》推荐为污泥处理处置的优选技术。

从碳排放的角度分析,厌氧消化过程中加热能耗和搅拌电耗、脱水药剂,以及土地利用过程能源消耗等会造成能量源碳排放;厌氧消化过程逸散的少量沼气,以及土地利用过程释放的CH4和N2O等会造成逸散性温室气体排放;厌氧消化产生的沼气替代化石燃料、消化产物土地利用替代氮磷与磷肥可实现碳补偿,降低温室气体的排放。总体而言,根据现有的核算,厌氧消化-土地利用是一种负碳排放的工艺。厌氧消化效率的提升(生物质能回收),高级厌氧消化技术的应用(降低系统能耗),沼渣脱水环节绿色药剂的替代,以及沼液氮磷资源高效回收是该工艺未来碳减排发展的重点方向。工程实践表明,考虑到厌氧消化产生的沼液资源回收利用和就地处理,建议厌氧消化工程依托污水处理厂建设。

(2)好氧发酵-土地利用

污泥经过好氧发酵可以实现易腐有机物的降解和稳定,在重金属等污染物不超标的情况下,好氧发酵产物可以实现污泥的土地利用,包括园林绿化、育苗基质、土壤修复和农用等。

从碳排放的角度分析,脱水过程药剂消耗,好氧发酵过程辅料输运、供氧及废气处理能耗和药耗、以及土地利用过程能源消耗等会造成能量源碳排放;好氧发酵和土地利用过程释放的CH4和N2O等会造成逸散性温室气体排放;发酵产物土地利用可替代氮肥与磷肥使用,实现碳补偿。总体而言,根据现有的核算,好氧发酵和土地利用是一种低水平碳排放的工艺,重点在于提高好氧发酵工艺的智能化控制水平,减少臭气处理的能耗和药耗,降低辅料添加,以及创新污泥产品的高效利用技术。

(3)干化焚烧-建材利用

当污泥土地利用受限时,污泥干化焚烧是一种有效的处理处置的方式。通过干化焚烧,将污泥化学能转化为热能并进行回收利用,同时实现有机物的矿化,以及大幅度减量,焚烧灰渣可以进行建材资源化利用。

从碳排放的角度分析,脱水过程药耗和能耗、干化过程能耗、以及焚烧过程燃料消耗等会造成能量源碳排放;干化焚烧过程释放的CH4和N2O等会造成逸散性温室气体排放;焚烧过程能量回收利用可替代干化过程能量消耗,实现碳补偿。总体来讲,干化焚烧属于中等碳排放水平,重点在于开发高效低耗深度脱水技术和环境友好型脱水药剂,降低污泥干化的能耗,减轻对后续焚烧过程结焦和飞灰的影响,以及提升工艺设计合理性和整体智能化集成水平。

从未来的发展来看,厌氧消化-干化焚烧工艺有望成为污泥处理处置的重要发展方向。2020年住建部和发改委联合发布的《补短板强弱项实施方案》提出:“鼓励采用生物质利用+末端焚烧的处置模式”,其中“生物质利用”主要包含污泥厌氧消化技术。厌氧消化耦合干化焚烧可以实现能量的回收利用,具体能量平衡见表1。

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与污泥干化焚烧相比,污泥厌氧消化-干化焚烧在系统能耗方面具有明显的优势:以100吨污泥(80%含水率计),当有机质含量为50%,污泥独立焚烧需外加能量25142kWh,传统厌氧消化-干化焚烧可产生能量1004kWh,热水解厌氧消化-干化焚烧产生热量可提升至7889kWh,其原因主要在于通过厌氧消化回收生物质能,并在同等条件下改善了污泥的脱水性能,大大降低了干化的能耗,使得生物质能回收的能量加上污泥干化系统节省的能量总和大于厌氧消化有机物降解损失的能量。尽管厌氧消化延长了污泥处理的工艺流程,但是对于污泥处理系统碳减排具有重要的作用。同时,由于厌氧消化过程污泥的减量,后续干化焚烧设施的投资成本也会降低。综合考虑碳减排及干化焚烧投资成本的节省,该组合工艺相比于污泥独立干化焚烧具有良好的发展潜力。如果实现该工艺组合低品位热源的高效利用(如基于低品位热源的污泥脱水干化技术),优势将会进一步提高。

对于传统厌氧消化-干化焚烧工艺,适用于已建有污泥厌氧消化设施的提标改造工程,厌氧消化污泥经过脱水处理后,在厂区内利用沼气进行部分干化处理,再进行集中焚烧处置。对于污泥热水解厌氧消化-干化焚烧工艺适用于新建或现有的集中式污泥处理处置工程,考虑沼液的处理,建议在有条件的情况下,污泥处理工程建设于污水处理厂区。另外,该工艺的另一个优势在于,对于满足土地利用条件的消化污泥,可以考虑土地利用,土地利用无法消纳的污泥再进行后续干化焚烧处置。

(4)深度脱水-应急填埋

深度脱水-应急填埋是目前我国普遍采用的污泥处理处置技术路线,该技术路线二次污染严重,占用土地,浪费资源,是一种过渡性的处理处置方式。

从碳排放的角度分析,污泥深度脱水过程会消耗大量的脱水药剂和能耗,同时污泥填埋会释放大量无组织排放的CH4、N2O等温室气体,最终产生大量的碳排放。因此,深度脱水-填埋属于高水平碳排放工艺,随着无废城市的建设以及碳减排的要求,该工艺路线是一种阶段性的应急处理处置方式。

综上所述,典型污泥处理处置工艺碳排放分析见表2。

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04 碳中和背景下污泥处理处置未来发展方向

随着碳中和目标的推进,未来污泥处理处置应以节能降耗及能源资源回收为目标。目前,我国污泥厌氧消化工艺普及率较低,应加强高含固/协同高级厌氧消化技术的推广应用,实现污泥的高效稳定减量和生物质能高效回收。污泥水分的深度去除是污泥处理处置节能降耗的关键,应提升干化脱水设备的智能化水平,开发相应的环境友好型脱水药剂及高效脱水技术。对于污泥干化焚烧末端处理技术,加强干化焚烧系统能量优化,同时考虑与厌氧消化技术的耦合,实现系统能量水平的整体提升。

在全球应对气候变化和能源资源短缺的背景下,污泥的能源高效回收及物质的高效循环利用已成为国际的研究热点(图2)。随着学科交叉和先进研发手段的应用,污泥处理处置的技术水平将会得到大幅提升,前沿低碳技术的突破将有望大大提升污泥处理处置的碳减排水平。

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国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议(第七期) 直播时间:2022年11月25日 20:00—22:00 2022-11-25 20:00:00 开始 国标图集22HM001-1《海绵城市建设设计示例(一)》首次宣贯会   直播时间:2022年11月24日 13:30—17:30
中国给水排水直播平台 【 李玉友,日本国立东北大学工学院土木与环境工程系教授,博导,注册工程师】颗粒污泥工艺的研究和应用:从UASB到新型高效脱氮和磷回收 中国建科成立70周年|市政基础设施绿色低碳发展高峰论坛   直播时间:2022年11月22日 13:30—18:25   2022-11-22 13:30:00 开始
国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议(第六期)   直播时间:2022年11月22日 20:00—22:00 会议预告| 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议(第五期) 中国给水排水
奋进七十载 起航新征程|中国市政华北院第十届科技工作会议暨庆祝建院七十周年大会  直播时间:2022年11月18日 9:30   2022-11-18 09:00:00 开始 樊明远:中国城市水业的效率和服务要做一个规范     樊明远 世界银行高级工程师
黄绵松  北京首创生态环保集团股份有限公司智慧环保事业部总经理,正高级工程师  获清华大学博士学位:海绵城市系统化运维的挑战与实践  直播时间:2022年11月16日 18:30  黄绵松  北京 全国节水高新技术成果展云端活动周寻水路  污水回用专场      转发直播赠送  中国给水排水电子期刊  !!!  直播抽奖 100份 中国给水排水电子期刊  !!!
首届全国节水高新技术成果展即将开幕,同步举行的节水时光云端活动周”也将于2022年11月15日10:00-12:00 、14:30-17:00,在云端与水务行业的专家朋友见面!    在这即将到来激动 会议预告| 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议(第四期) 中国给水排水
国标图集22HM001-1《海绵城市建设设计示例(一)》首次宣贯会 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议 直播时间:2022年11月3日 16:00—18:00 2022-11-03 16:00:00 开始
中国给水排水直播 会议预告 | 国际水协会哥本哈根世界水大会成果分享系列网络会议 国合环境 精彩预告 | 黄河中上游水环境国际论坛·颗粒污泥水处理创新与应用  来源:《中国给水排水》
全球环境科学高峰论坛系列讲座( BEST):电活性微生物:生物地球化学循环、生物能提升、生物修复、金属腐蚀以及新型电子设备    报告人:马萨诸塞州州立大学-阿默斯特分校的Derek Lovley教授 彭永臻院士直播预告丨城市污水生物脱氮除磷新技术与发展/2022年中国污泥大会(第十三届)/工业污泥大会/固废大会/渗滤液大会
直播预告 | 8月21日 中外雨水管理经验和挑战研讨会 中国给水排水    留德华人资源与环境学会  潘伯寿博士,于1991年在德国卡尔斯鲁厄大学获工学博士学位。曾受聘德国GKW工程设计及咨询公司,贝 清水绕村庄,农家换新颜 山东加快推进农村生活污水及黑臭水体治理--8月9日上午,山东省在日照市召开2022年全省东部片区农村生活污水和农村黑臭水体治理现场推进会,参会代表现场观摩学习了岚山区、高新区等
【水大会直播二位码】中国污水处理厂提标改造/污水处理提质增效/排水管网、水环境综合治理/再生水利用/水环境综合治理大会目次及报告日程 威立雅应对碳中和愿景的思路 原创 Veolia 威立雅水务技术
《中国给水排水》第十八届年会暨水安全保障及水环境综合整治高峰论坛日程 污水千人大会参观典型项目:长春英俊污水处理厂扩容提标改造项目技术介绍
中国给水排水直播预告 | 排水系统数字孪生的核心:借助排水模型开启全面诊断模式   窦秋萍  Vivian Dou   华霖富中国区总经理 中国给水排水2022年中国污水处理厂提标改造(污水处理提质增效)高级研讨会(第六届)邀请函 中国给水排水2022年中国排水管网大会(水环境综合治理)邀请函(污水千人大会同期会议)  中国给水排水
“高标准”下的苏伊士工业园区污水解决方案     来源:中国给水排水直播平台 水务企业如何实现智慧水务创新升级?这场直播告诉你:工业互联网专题第三期(汪秋婉 水务行业解决方案总监):百度智能云开物-智慧水务行业创新与升级
重要线上培训| 城镇排水管道养护与管理培训班你想知道的都在这里,6月9-11线上见! 城市供水管网的漏损跟踪及定位分析解决方案SimOn-Water
中国给水排水直播: 2022中国给水排水线上大会|《深入打好城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》解读/《基于管网模型的污水管网外水入流量和入流点估计》 中国给水排水直播报告题目:协同超净化水土共治技术在流域河湖生态整体修复中的应用     报告人:张亚非 教授     上海交通大学电子信息与电气工程学院教授,亚太材料科学院院士,长江学者特聘教授,SC
重要线上培训:关于举办“《室外排水设计标准》(GB 50014-2021)宣贯  暨室外排水设计技能提升线上培训班”的通知 三位智慧水务专家同场直播 | 奥格科技 AWater 智慧水务解决方案云上分享会
中国给水排水直播 报告题目:“东京都下水道事业2021经营规划”解读和思考   报告人:孙跃平,东京都立大学土木工程硕士,教授级高工,日本国家注册技术士(P.E.Jp),亚太地区注册工程师(APEC QDTX型智慧推流器 | 南京贝特环保通用设备制造有限公司
中国给水排水直播题目:污水提标改造也能事半功倍  主讲人: 程忠红 苏伊士亚洲   技术推广经理   特邀嘉宾:刘智晓,北京首创生态环保集团高级技术专家,教授级高工,工学博士。 直播赠送5套得利满水处 【重要培训】关于举办2022非开挖顶管施工及探测培训班(在线培训)的通知(专家日程)
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