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1、雾霾危机与污泥沼气化技术的发展机遇雾霾危机与污泥沼气化技术的发展机遇季季 民，民，王芬，王芬，赵晴赵晴 天津大学环境科学与工程学院天津大学环境科学与工程学院 Email: Email:20132013年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会2013.05.112013.05.11 目目 录录是风马牛不相及？还是紧密相关？是风马牛不相及？还是紧密相关？严重的雾霾危机会给污泥处理技术严重的雾霾危机会给污泥处理技术发展带来什么样的影响？发展带来什么样的影响？会创造什么样的机遇？会创造什么样的机遇？会促使污泥处理技术向何方向发展？会促使污泥处理技术向何方向发

2、展？区域大气环境污染与灰霾防控学术研讨会区域大气环境污染与灰霾防控学术研讨会 -天津大学环境科学与工程学院天津大学环境科学与工程学院 2013.3中国是全球PM2.5浓度最高的区域2013年1月，罕见的连续高强度大气灰霾污染席卷了中国中东部、东北及西南共计10个省市区，受害人口高达8亿以上，其中污染最严重的为京津冀区域。-郝吉明霾危机 1月13日10时，北京甚至发布了北京气象史上首个霾橙色霾橙色预警预警，空气污染形势十分严峻。1月份，天津一共遭遇25天雾霾日，气象台1月中下旬发布4次大雾橙色预警大雾橙色预警，3次霾黄色预警霾黄色预警。6小时内可能出现能见度小于2000米的霾，霾橙色预警信号图标

3、或者已经出现能见度小于2000米的霾且可能持续。2013年1月京津冀的5次强霾污染第一次第二次第三次第四次第五次发生时间1月6日-8日1月9日-15日1月17日-19日1月22日-23日1月25日-31日PM2.5最高浓度（g/m3）320680320400530PM2.5浓度大于300g/m3时间14612150（国家空气质量二级标准：75 g/m3）石家庄成为最严重污染城市石家庄成为最严重污染城市霾的危害公众健康，PM2.5对人体有害，严重者会导致死亡。1月份，北京、济南、石家庄、南宁等城市各大医院里，呼吸内科、过敏源测试科等接诊人数在短短几天时间里飙升了7至8倍。能见度降低，影响交通出行

4、。PM2.5来源复杂,受多种污染物影响对流传输扩散NO2NOHNO3OHRO2,HO2VOCsSO2H2SO4H2O2O3N2O5hvNH4+NO3-2SO4-NH3大气化学反应二次无机颗粒物SNA污染源排放二次有机颗粒物SOA一次颗粒物(如BC）界面反应；内混霾的成因霾的成因-灰尘颗粒、灰尘颗粒、空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等雾霾成因与来源雾霾危机与污泥处理技术的发展趋势建筑工地、散堆煤场、土场建筑工地、散堆煤场、土场和道路交通产生的扬尘。和道路交通产生的扬尘。二氧化硫、氮氧化物和二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项是雾霾可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，前两者为气态污主要组成

5、，前两者为气态污染物，后者颗粒物才是加重染物，后者颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。雾霾天气污染的罪魁祸首。它们与雾气结合在一起，让它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得灰蒙蒙的。天空瞬间变得灰蒙蒙的。1 1城市有毒颗粒物主要来源是城市有毒颗粒物主要来源是汽车尾气，使用柴油的大型汽车尾气，使用柴油的大型车和使用汽油的小型车均会车和使用汽油的小型车均会产生大量颗粒污染物，加重产生大量颗粒污染物，加重雾霾。雾霾。2 2火力发电、燃煤锅炉、工业火力发电、燃煤锅炉、工业生产排放的废气。大量汽修生产排放的废气。大量汽修喷漆、建材生产窑炉燃烧排喷漆、建材生产窑炉燃烧排放的废气。放的废气。43 霾的污染源

6、解析霾的污染源解析*依据北京依据北京&上海环保局发布数据整理上海环保局发布数据整理 北京PM2.5排放源解析结果上海PM2.5排放源解析结果大气污染防治法难以有效解决现存问题大气污染防治法难以有效解决现存问题1987199520002012大气法颁布大气法颁布APCL 第一次修订第一次修订第二次修订第二次修订?20002012污染物污染物SO2,PM10PM10,PM2.5,O3(及所有前体物及所有前体物)地区地区城市城市区域区域主要来源主要来源煤煤煤，移动源等煤，移动源等我国城市的大气污染主要来源我国城市的大气污染主要来源减轻和消除雾霾减轻和消除雾霾污染的必由之路污染的必由之路降低降低GDP

7、增长速度，增长速度，限制汽车，限制汽车，绿化，绿化，控尘，控尘，调整工业结构，调整工业结构，加强气体污染物加强气体污染物净化净化减少传统能源的消耗量（煤、减少传统能源的消耗量（煤、石油）石油）大力发展绿色能源（生物能（沼气）、太阳能、风能等）由污泥及其他生物质厌氧发酵产生的沼气是补充或替代化石燃料的主要绿色能源 发电发电 厌氧发酵厌氧发酵 生物沼气生物沼气 车用燃料车用燃料 其它其它 生物质生物质 污泥污泥生物沼气替代燃煤和石油的减排效果分析天然气用于驱动汽车的减排效果清华大学环境科学与工程系研究数据显示：u国四排放标准的柴油公交车每公里会排放 0.075 克PM2.5 u天然气公交车同等路程

8、仅排放 0.005 克 PM2.5，减排比例可达到 93%。u按每辆车每年行驶 12 万公里计算，柴油公交车每年排放的 PM2.5 达 180 吨，而天然气公交车仅排放12吨。天然气汽车排放的尾气中不含硫化物和铅，一氧化碳排放量比燃油汽车减少90%以上，碳氢化合物排放减少70%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，可吸入颗粒物PM2.5的排放量更是比汽油车削减98%以上 减减排效果显著排效果显著：使用沼气燃料可显著降低：使用沼气燃料可显著降低汽车尾气中铅化物、汽车尾气中铅化物、SOSO2 2,CO,CO等有害气体成等有害气体成分，与使用汽油相比，可减少温室气体排分，与使用汽油相比，可减少温室气体

9、排放放93%93%，比使用天然气减少，比使用天然气减少25%25%；沼气燃料生产原料沼气燃料生产原料，经济性好。使用，经济性好。使用沼气燃料比使用汽油要节省费用沼气燃料比使用汽油要节省费用20-60%20-60%，比使用柴油节省费用比使用柴油节省费用20-40%20-40%。中国政府最高领导层已经意识到雾中国政府最高领导层已经意识到雾霾污染的严重性和治理雾霾污染的霾污染的严重性和治理雾霾污染的决心；决心；污泥及其他生物质厌氧发酵产生沼污泥及其他生物质厌氧发酵产生沼气是一种能够减少气是一种能够减少pm2.5pm2.5的有效技的有效技术术 雾霾危机为污泥产沼气技术带来极雾霾危机为污泥产沼气技术带来

10、极大的发展机遇。污泥产沼气技术在大的发展机遇。污泥产沼气技术在未来未来5-105-10年必将得到大力发展。年必将得到大力发展。发展污泥厌氧发酵制生物沼气是国家需求李克强指出，要进李克强指出，要进一步加强空气污染一步加强空气污染防治，抓紧做好增防治，抓紧做好增加加PM2.5监测指标的监测指标的准备，准备，逐步与国际逐步与国际标准接轨。标准接轨。德国、瑞典、美国等发达国家都有鼓励发展沼气生物能的鼓励政策 瑞典2005就制定法规，禁止有机废物直接填埋。有机废物：-2/3 2/3 的污水厂污泥厌氧消化产沼气；的污水厂污泥厌氧消化产沼气；-1/3 1/3 的污泥采用其他稳定方法：石灰稳的污泥采用其他稳定

11、方法：石灰稳定法，定法，堆肥，干化床，好氧消化等堆肥，干化床，好氧消化等Urban and agricultural waste6,5 million ton wet weight/yearSludge(86,1%)Foodwaste(3%)Slaughterhousewaste(1,8%)Foodindustry(1,8%)Manure(4,0%)Energycrops(0.4%)Others(2,5%)Biogas plants233 plants135sludgebiogasplant(volume65%,gas43%)55landfill19co-digestion19farm5ind

12、ustry521692m3totaldigestervolumeDigestion residue924 000 ton/year used as fertilizer,60%of totalQualitysecuredbycertificationsystemsSPCR120andREVAQBiogas use1.5 TWh/year50%Vehiclefuel38%Heat3%Electricity8%flareBiogasinSweden2011Biogas upgrading plants48 plants34waterscrubber7pressureswingabsorption(

13、PSA)7Chemicalabsorption，沼气驱动公交车在瑞典首都斯德哥尔摩街道上开始运行，该城市计划到 2025 年将所有公交车都用可再生能源驱动。，世界上首列沼气火车在瑞典投入运营。，瑞典政府宣布将在 15 年内摆脱对石油的依赖，成为世界上 第一个不依赖石油的国家，即成为世界上第一个以替代能源为主的“无油经济体”。雾霾危机与污泥处理技术的发展趋势目前欧美已有规模化车用沼气生产厂32座，沼气已经成功地用作汽车、火车燃料，技术已经成熟，也形成了良好的运行模式，并建立了沼气作汽车燃料的标准。发展沼气（生物天然气）公交车、出租车是减少城市大气污染的途径之一世界上首列沼气火车在瑞典投入世界上首

14、列沼气火车在瑞典投入运营运营这列这列 火车只有一个车厢，可乘坐火车只有一个车厢，可乘坐6060名乘客，时速达到名乘客，时速达到130km130km，安装有安装有1111个储气罐，一次充气行驶距离为个储气罐，一次充气行驶距离为600km600km。雾霾危机与污泥处理技术的发展趋势在德国，沼气也用作汽车燃料。Wusthof Biogas GmbH在德国北部Jameln建立的第一个公共沼气加气站已于2006年6月开张营业。我国“缺电、缺油、少气”，沼气作为廉价的环保型燃料，是解决这两大问题的最好办法。因此，沼气替代柴油、汽油和天然气是我国未来公交燃料发展的必然选择之一。雾霾危机与污泥处理技术的发展趋

15、势20122012年年1212月月1010日，海口车用沼气日，海口车用沼气示范项目建设单位与瑞典示范项目建设单位与瑞典MalmbergMalmberg环环保公司就进口车用沼气提纯净化设备保公司就进口车用沼气提纯净化设备在海口签署了采购合同。本次进口的在海口签署了采购合同。本次进口的沼气提纯净化设备将被运用于海口车沼气提纯净化设备将被运用于海口车用沼气示范项目的首个沼气工厂用沼气示范项目的首个沼气工厂澄迈沼气工厂，同时，这也是国内首澄迈沼气工厂，同时，这也是国内首个引进世界先进成套沼气提纯净化装个引进世界先进成套沼气提纯净化装置生产车用沼气的项目。置生产车用沼气的项目。瑞典首都斯德哥尔摩街上的小

16、汽车雾霾危机与污泥处理技术的发展趋势 随着空气污染越来越严重，人们对清洁空随着空气污染越来越严重，人们对清洁空气的需求越来越迫切，传统上以污泥处理气的需求越来越迫切，传统上以污泥处理为主要目的的环保型厌氧消化技术，将向为主要目的的环保型厌氧消化技术，将向以产沼气为主要目的的产业化技术发展以产沼气为主要目的的产业化技术发展 污泥厌氧消化是否可以盈利？什么条件下污泥厌氧消化是否可以盈利？什么条件下可以盈利？可以盈利？厌氧消化厌氧消化1m3污泥（污泥（含水含水率率80%计），运行费用约计），运行费用约100元。元。约约可产沼气（含甲烷可产沼气（含甲烷60%计）计）50m3,如果沼气价格如果沼气价格2

17、元元/m3,（一般民用（一般民用2-4元）则该污泥处理厂投入与支出相抵。如果元）则该污泥处理厂投入与支出相抵。如果沼气大于此价格，则有净收入。沼气大于此价格，则有净收入。如果将沼气（含甲烷如果将沼气（含甲烷60%）净化为）净化为生物生物天然气（含甲烷天然气（含甲烷97%），则可得到生物天然气：），则可得到生物天然气：30m3 如果生物天然气售价如果生物天然气售价 5元元/m3以上，则可有净收入（扣除厌以上，则可有净收入（扣除厌氧消化和沼气净化费用）（现在一般氧消化和沼气净化费用）（现在一般4-5元）元）（天然气供需矛盾加剧，中天然气供需矛盾加剧，中石油迫切希望天然气价格石油迫切希望天然气价格上

18、涨！上涨！涨价虽然招到民众的反对，但资源涨价是必然趋势。发展生涨价虽然招到民众的反对，但资源涨价是必然趋势。发展生物沼气可以抑制天然气价格过快上涨物沼气可以抑制天然气价格过快上涨）-发展厌氧消化优化运行控制反馈技术 厌氧消化优化运行控制IWA 的厌氧消化模型的厌氧消化模型-关于污泥厌氧消化的专门书籍还很少-厌氧消化涉及技术和安全问题，应对运行操作人员进行较严格的技术培训-应制定厌氧消化设计和运行管理技术规范一 目目 录录三二四五超声破解预处理强化厌氧消化33城市污泥超声预处理中温厌氧消化000超声破解促进超声破解促进污泥厌氧水解污泥厌氧水解酸化速率研究酸化速率研究污泥污泥破解破解预处理预处理效

19、果研究效果研究000超声破解对中超声破解对中温厌氧消化促温厌氧消化促进作用研究进作用研究超声破解对超声破解对高温厌氧消化高温厌氧消化促进作用研究促进作用研究超声破解对中温厌氧消化的促进作用3412.5投配率下，厌氧消化产气量的逐日变化图0501001502002503003504004500246810运行时间(d)生物气产量(mL/d)控制组破解5min破解10min破解15min10投配率下，厌氧消化产气量的逐日变化图05010015020025030035005101520运行时间(d)生物气产量(mL/d)控制组破解5min破解10min破解15min超声破解对高温厌氧消化的促进作用3

20、5投配率投配率5%5%投配率投配率12.5%12.5%36城市污泥中温厌氧消化 玉米秸秆预处玉米秸秆预处理效果研究；理效果研究；000污泥与秸秆污泥与秸秆混合厌氧消化研究混合厌氧消化研究农作物秸秆秸秆和污泥混合厌氧发酵静态试验3738 厌氧消化反应器厌氧消化反应器4%4%投配率不同混合比例下日产气量的变化投配率不同混合比例下日产气量的变化 1#、2#、3#、4#剩余污泥和玉米秸秆的剩余污泥和玉米秸秆的VS质量混合比例分别为：质量混合比例分别为：1.6：1、1.2：1、0.8：1和和0.4：1秸秆与污泥混合两相双温发酵秸秆与污泥混合两相双温发酵产氢产甲烷的研究产氢产甲烷的研究产氢相温度产氢相温度

21、55，产甲烷相温度，产甲烷相温度37，n进行两相厌氧发酵进行两相厌氧发酵的各试验组，甲烷的各试验组，甲烷产率均远高于单相产率均远高于单相产甲烷的对照组。产甲烷的对照组。n证明生物质经两相证明生物质经两相发酵，不仅可以收发酵，不仅可以收集氢气，对后续产集氢气，对后续产甲烷也有促进作用。甲烷也有促进作用。污泥与餐厨垃圾混合厌氧消化研究40城市污泥餐厨垃圾中温厌氧消化 餐厨垃圾与污泥混合发酵产氢产餐厨垃圾与污泥混合发酵产氢产甲烷研究；甲烷研究；000餐厨垃圾与污泥混餐厨垃圾与污泥混合发酵产甲烷研究合发酵产甲烷研究天津大学环境学院开发设计的天津大学环境学院开发设计的高压水吸收沼气净化技术可同时脱除二高

22、压水吸收沼气净化技术可同时脱除二氧化碳和硫化氢，工艺简单、投资成本低，解吸方式简单，耗能少；氧化碳和硫化氢，工艺简单、投资成本低，解吸方式简单，耗能少；沼气经净化，甲烷含量可达沼气经净化，甲烷含量可达97%97%以上，热值大于以上，热值大于31.4MJ/m31.4MJ/m3 3，达到一级天，达到一级天然气的标准。然气的标准。41开发消化污泥余热回收技术与装置42中温厌氧消化开发污泥热源开发污泥热源热泵技术及其热泵技术及其配套设备配套设备消化污泥余热回收 将低温热泵技术应用到污泥处理系统中实现将低温热泵技术应用到污泥处理系统中实现低温余热的回收利用；低温余热的回收利用；开发出自除污型热管换热器开

23、发出自除污型热管换热器加热加热200m3污泥的加热能耗由原来的污泥的加热能耗由原来的8000kW下降到下降到1600kW左右，节能效果达左右，节能效果达到到80%；折合年天然气节省量为；折合年天然气节省量为25.1万立方万立方/年，年，CO2减排量为减排量为617吨吨/年，节能减排的年，节能减排的双重效果都是十分明显的。双重效果都是十分明显的。结束语结束语污泥预处理污泥预处理强化厌氧强化厌氧消化消化污泥与餐厨污泥与餐厨垃圾。农业垃圾。农业生物质等生物质等混混合发酵合发酵提高厌氧消化提高厌氧消化效率，提高效率，提高产气量产气量利用清洁能源利用清洁能源沼气发电，替沼气发电，替代车用天然气代车用天然气降低降低PM2.5PM2.5排放量排放量缓解缓解雾霾雾霾危机危机结束语结束语污泥厌氧消化技术将从污泥厌氧消化技术将从污泥处理为主要目的向污泥处理为主要目的向产生物能为目标转变产生物能为目标转变45