【所属领域】

能源环保

【痛点问题】

污泥是污水处理伴生的有机固体废物，预计2025年我国市政污泥年产量超过8000万吨（含水率80%计），污泥富集了污水中30%-50%污染物（包括重金属、病原体、新污染物等），如果不妥善处置，污泥中的污染物会重新进入环境，导致严重的二次污染。污泥处置被国际水协IWA认为是全球水行业面临的重大挑战之一。

污泥处理处置面临3大技术挑战：

①污泥含有大量亲水性有机胞外聚合物EPS，高效脱水减量化困难；

②污泥泥质波动大，投料系统对窑炉稳定燃烧控制影响大；

③污泥含有多种重金属及有机污染物，全量无害化消纳困难。

【解决方案】

①深度脱水与高效减量：发明污泥结合水释放和构建脱水通道的高效脱水新方法

针对污泥高效脱水困难的“瓶颈问题”，提出了促进结合水释放的污泥亲水结构解离-密实细颗粒聚集重构两步调理机制，发明了不完全氧化-骨架构建体污泥复合调理深度脱水新方法，研发了基于污泥有机物含量投加控制的污泥深度脱水过程控制技术。污泥脱水效率超过95%，脱水污泥含水率降至50%。

②智能投料与精准控制：研发基于优化配伍和系统动态响应的污泥智能投料装备

针对污泥泥质波动大，投料系统严重影响炉内稳定燃烧的技术挑战，开发了基于污泥组分特征的掺烧预处理提质及智能配伍技术，研发了污泥预分解炉加料技术及对称式分支管路多级投料系统，发明了基于污泥组分控制和系统需求动态响应的污泥智能投料系统，解决了污泥协同焚烧引发的结焦及燃烧失稳的问题。协同处置污泥掺烧量从行业推荐限值5%提升至10%以上。

③超低排放与全量消纳：建立污泥深度脱水-窑炉焚烧协同处置全量资源化的新模式

针对污泥全量无害化处置困难的行业“痛点”，研发了污泥协同处置减污降碳协同增效关键技术，发明了污泥掺烧炉内温度优化准则，研发了污染气体含N/S/Cl等前体物炉内原位控制技术，形成了污泥深度脱水-窑炉焚烧的全量处置超低排放新模式。烟气排放优于国家标准和欧盟标准：NOx < 100 mg/m3，SO2 < 20 mg/m3，二噁英 < 0.05 ng TEQ/m3。污泥中有机物作为替代燃料热值利用，无机物替代部分水泥原料资源利用，重金属固溶在水泥中，实现全量无害化资源化。

图1 污泥调理机制及深度脱水技术工程应用

(a)污泥不完全氧化亲水结构解离-密实化颗粒聚集重构的两步调理机制；

(b)华星光电污泥深度脱水处理工程设备改造；

(c)自动加药系统

图2 基于污泥有机物含量药剂投加量优化的污泥深度脱水过程控制技术

【技术指标】

项目总体达到当前国内外技术的领先水平（见表1）。

表1 技术指标

【竞争优势】

开发的污泥预处理与深度脱水技术，可将脱水泥饼含水率可稳定小于55%。相比与传统的石灰铁盐等污泥调理技术，开发的污泥深度脱水预处理技术固体药剂投加量降低为原来的1/4，脱水药剂成本降低7%，脱水泥饼的运输和处置成本减少20%，现场操作人员减少50%。企业用户评价污泥深度脱水工艺处于行业内领先水平。

剩余污泥（含水率约97 wt%）-复合调理-深度脱水到含水率50 wt%左右-水泥窑协同处置，与常规80 wt%含水率污泥处理工艺对比，能耗降低达2162 kWh/吨干泥。脱水泥饼可作为替代燃料入窑煅烧，入炉后污泥在高温烟气下迅速着火燃烧，污泥中的有害成分彻底分解，协同处置过程中氮氧化物、有机挥发物等排放指标与水泥熟料品质优于国家标准。

【资质荣誉】

2023年度湖北省科学技术进步一等奖：污泥深度脱水干化及全量资源化减污降碳协同控制关键技术

【技术成熟度】

可量产。

【产业化应用】

随着我国污水处理能力的不断提高，污泥量也同步大幅度增加。2025年我国污泥年产量8000万吨（以含水率80%计）。近年来随着污泥量的快速增加，污泥的无害化、资源化处理也逐渐被广泛重视。《污染防治行动计划》规定，我国地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年年底前达到90%以上。环保“十三五”规划也提出，大力推进污泥稳定化、无害化和资源化处理处置，地级及以上城市污泥无害化处理处置率达到90%，京津冀区域达到95%。但是调研结果显示，我国污水处理厂所产生的污泥，有70% 没有得到妥善处理，污泥随意堆放及所造成的污染与再污染问题日益凸显，引起了社会的重点关注。因此，污泥深度脱水与窑炉/焚烧炉协同处置具有巨大的应用空间。

我国是水泥生产大国，2018年的水泥产量约占全世界产量的55.9%，显示出水泥窑协同处置污泥的优势与潜力。将水泥窑协同处置技术与污泥深度脱水技术集成应用，使深度脱水后的污泥随分解后的生料一起进入水泥窑煅烧而制成水泥产品，既是污泥处置工程，又是能源再生项目，同时可以实现水泥工业的可持续发展，进一步提升水泥行业企业的经济效益、社会效益和环境效益。已出台水泥窑协同处置生活垃圾的相关国家标准，企业建设相关产业线有法可依。2016年环保部发布的《水泥窑协同处置固体废物污染防治技术政策》提出水泥窑协同处置是我国城市固体废物处置的重要补充形式。

应用案例

该项目依托国家自然科学基金项目、国家“十二五”水专项“城市水污染控制”主题“水泥窑干化焚烧污泥技术研究与装备开发”课题、教育部新世纪人才支持计划、湖北省科技创新专项重大项目、以及其他多项地方政府和企业委托研发项目，研发了污泥深度脱水干化及全量资源化减污降碳协同控制关键技术，用于指导了武汉、宜昌、黄石、荆州、深圳、佛山等地污泥深度脱水及协同处置的工程应用，主要技术应用的稳定运行时间超过三年，取得了良好的经济效益、社会效益及环境效益。主要应用单位情况如表2所示。

表2 主要应用单位情况表

发展规划

该项目市场前景大，技术成熟；同时符合我国对有机固废低碳处理技术的需求。希望政府能推动该技术的全面推广。我们计划与湖北省的各地市的排水公司开展紧密合作，增加落地项目。全面提升我省的污泥处理能力，并将技术推广到厌氧沼渣等其它的有机固废处理中。

知识产权

该成果已申请/授权多项中国发明专利。

合作方式

专利许可、专利转让、作价入股、技术开发、面谈等。

【联系方式】

CG25007