下水污泥水解、調理和焚化技術

水之源企業股份有限公司

周珊珊博士

台灣污泥處理現狀 台灣每年產生近400萬噸污泥，每年總量增

長超過20%，僅少部分（

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污泥產量逐年增加

污泥處理法規日趨嚴格，污泥棄置成本逐漸提高

污泥廢棄物後續處置問題

掩埋：現有掩埋場空間不足，且無新設掩埋場(導致污泥清運

費逐年增加，且未來可能無處可去)

焚化：污泥含水量太高，所需輔助燃料量太多，且容易產生

有害衍生物

污泥減量技術具有未來市場前瞻性

污泥處理的關鍵問題

現有污泥脫水機僅能將生物污泥含水率降至80%

細胞內水分(> 70%)無法移除

污泥處理問題面面觀

污水處理廠污泥產生與處理處置之整體分析

廢水處理程序

•生物處理

•化學混凝處理

•……

污泥處理程序

•污泥濃縮

•污泥水解、消化

•污泥調理

•脫水、曬乾

生物污泥

化學污泥

掩埋

燃料化再利用(焚化)

材料化再利用

……

污水處理廠

污泥產生 污泥處理 污泥處置

生物污泥

化學污泥

污泥產生 污泥處理

污泥產生量關鍵因素

•生物與化學污泥的分流

•是否考量進一步減少有機

質(如水解、消化)

•最終污泥處理單元(脫水或

曬乾)可達的含水率

污泥處置關鍵因素

•含水率、熱值

•三成分(水份、灰份、

可燃份)

•重金屬含量

•元素分析

污水廠污泥處理問題解析

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污泥餅

含水率80%

70% 水存在細胞內

污泥減量水解技術

廢水處理程序

廢水生物

處理程序

沈澱… …

污泥濃縮

污泥脫水

污泥餅

廢水生物

處理程序

沈澱… …

污泥濃縮

污泥脫水

污泥餅

物理性

化學性

生物性細胞破碎水份釋出

細胞水解

產業效益

節省清運費用(40%)

環保效益

減少污泥量

節省掩埋空間，延長掩埋場使用年限

污泥水解概念

(可減少40-60%)

污泥減量

污泥水解技術(污泥減量限制步驟)

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污泥膠羽

破碎狀態

水解與溶解狀態

生物處理

微生物

污泥水解機制

污泥減量＆後續生物處理程序

污泥水解+生物處理

污泥膠羽破碎狀態 水解與溶解狀態

生物處理

微生物

污泥水解物

生物處理CO2

Ref: 朱&李，2001。

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商業化污泥水解技術

熱處理技術

化學處理技術

超音波處理技術

溫度提高150-200oC，或將壓力提高至600-2,500 kPa

商業化案例：挪威Cambi公司

酸或鹼處理與氧化處理等二類

商業化案例：Zimpro程序與Vertech程序

無須添加化學藥劑，污泥水解效率最高

商業化案例：德國Ultrawaves公司

污泥深度調理與脫水技術

污泥脫水的瓶頸

• 生物污泥常存在著許多水合能力很好之帶負電之小膠體粒子，需透過污泥調理改變系統中膠體粒子之固液分離性質來降低含水率

• 污泥中水之存在形式包括自由水、間隙水、表面水及水合水，其中間隙水佔了70-80%不易去除，但大多數之脫水程序只能除去自由水及間隙水，表面水及水合水不易去除。

• 傳統污泥脫水方式係利用絮凝劑使固體顆粒因電性吸引而形成大團塊顆粒，間隙水並無法被有效脫除。

積極的污泥處理策略

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汙泥含水率97% 汙泥含水率80%

汙泥含水率60%汙泥含水率97% 汙泥含水率

深度調理溶凝膠過程示意

• 三階段調理過程

– 破壁

– 混凝

– 重組

智能凝膠

親水性疏水性

非均勻均勻顆粒

散亂沉降架橋連結

膠體蜂巢式絮凝

具有細胞破壁處理的強化效果，特別適用於含大量生物污泥之脫水調理

創新的污泥深度調理技術

--含水率可降至60%以下

• 傳統污泥脫水技術為將自由水與污泥粒子間之間隙水從懸浮膠羽中用物理或化學的方法脫除

– 本專利技術是將污泥由溶膠態(sol)的前驅物，通過溶膠-凝膠(sol-gel)法在室溫下重組，成為具穩定孔隙組態的固體網狀架構，其內涵水分更易透過表面過濾的毛細現象壓濾排出，也更易於乾燥和焚燒所需形成的類陶瓷結構。

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連續式加藥調理裝置• 專利【GW系列藥劑】

– 首先破壞污泥的胞壁和絮體

結構，形成沉降聚合體。

– 包覆懸浮膠體和三價陽離子，

形成緊密的晶狀絮體沉降以

利固液分離。

• CMDS連續式調理技術

採用管道式進行調理混合加藥，使污泥和藥劑在管道中充分混合調理。

• CMDS管道式調理裝備特點– 設備可連續調理運行

– 管內調理無臭味散發

– 調理充分混合均勻

– 根據污泥特性自動優化調理程式，自動控制加藥方式

實際案例-昆山市新昆熱電污泥廠

調理池調至污泥含固率4~6%

外來污泥（含水率80%）

反應槽1#藥劑進入管道混合

2#藥劑調配系統

儲泥槽增加4台沉水

攪拌器（帶升降器）

2#藥劑進入管道混合

至乾泥棚（含水率55%）

完成槽8m3

現階段處理量:300噸污泥餅/日(含水率80%)

▊ 實際案例• 新昆熱電污泥廠(右圖) - 處理昆山市各污水

處理廠300噸/天污泥餅，含水率80%的污泥

減量95%，年節約燃煤量4500噸

• 昆山吳淞江污水處理廠(水量60,000 CMD) ，

原設計污泥40噸/天(含水率80%)，設置本專

利設備後，污泥餅量小於原來的一半(含水

率55%)，且供新昆熱電廠發電

1噸脫水污泥 含水率80%

400公斤泥餅含水率50%

深度調理脫水

焚燒發電

70公斤灰渣

泥餅總熱值正283000大卡

含水率80%以上污泥無熱值，需消耗電能或額外添加大量燃料來蒸發水分

含水率低於60%污泥每公斤熱值超過700大卡，無需添加燃料即可自持燃燒

400公斤泥餅經焚燒發電可產生120度電，扣除脫水和發電系統耗電量，淨發電量超過80度

污泥

減量

資源

利用

減量60%

減量93%

整體系統汙泥減量與效益分析

移動式污泥深度調理脫水pilot

壓濾機• 80cm*80cm*10板• 1 m3 (2-5%)/batch• 進料30min, 壓30 min

污泥CMDS自動調理裝備

目前放置於北部某工業區

傳統調理的濾餅(含水率73%)

深度調理後的濾餅 (含水率55%)

模廠測試結果

污泥來源 濾餅含水率% 壓濾壓力kg/cm2

北部A工業區53~58 14~15

64~68 4~6

北部B工業區54~58 14~15

64~68 4~6

A科學園區55~59 14~15

64~68 4~6

B科學園區 55~59 14~15

某半導體廠 68~73 4~6

A化工廠 68~75 4~6

B化工廠 66~70 4~6

各種污泥深度調理測試結果

• 中壓(4~6 kg/cm2): 含水率約

某工業區廢水廠應用處理流程

污泥消化池 輸送泵組CMDS調理系

統

污泥曬乾床脫水機污泥調理槽污泥反應槽

GW自動加藥系統

2X2X2(M)一座4X4X4(M)兩座

三座

兩座 污泥餅含水率

脫水機設定 一號機台 二號機台

脫水機進料時間 22min 28min

脫水機進料壓力 6kg/cm2 7kg/cm2

脫水機壓榨時間 33min 33min

脫水機壓榨時壓力 12kg/cm2 12kg/cm2

測試條件

深度調理和傳統調理的比較試驗編號 0910A 0910B 0913A 0913B 0912A 0912B

調理方式 深度調理/深度脫

水條件

深度調理/既有脫水

條件/深度脫水條件

既有調理/既有脫

水條件

污

泥

調

理

段

污泥進料量(kg) 1600 1700 1700

污泥含水率(%) 95.75% 96.60% 96.20%

污泥絕乾量(kg) 68 64.6 64.6

調理前 CST(sec) 63.8 63.1 63.1

調理後 CST(sec) 26.5 23.8 16.3 29.3 26.8

污

泥

壓

濾

段

使用板框數 10 10 10 10 10 10

進料壓力(kgf) 6 6 6 6 6 6

進料時間(min) 30 30 30 30 30 30

二次榨壓(min) 30 30 14 30 14 14

二次榨壓壓力 15 15 12 15 12 12

濾出液 pH 值 6.11 6.13 6.25 6.3 7.14 7.24

濾布狀況 正常 正常 正常 正常 濾布沾

黏嚴重

濾布沾

黏嚴重

濾餅含水率(%) 53.7% 55.7% 64.7% 55.4% 71.9% 73.6%

下水污泥深度調理和焚化實績

江蘇昆山 新昆城市污泥集中處置焚燒發電項目：300噸/日

江蘇昆山 北區/吳淞江市政污水廠污泥深度脫水項目： 160噸/日

山東沾化 開發區污泥集中處置暨熱電聯產項目：500噸/日

浙江義烏 城市污泥處置暨集中供熱發電項目：300噸/日

江蘇南京 中聯水泥窯協同處置項目：300噸/日

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2005/12/12 23

流體化床焚化系統

•輸送進料設備

•焚化爐

•廢熱回收設備

•煙氣處理設備

•監測控制設備

污染問題

•廢氣

•廢水

•灰渣

•臭氣

•噪音

焚化系統關鍵設備和問題

2005/12/12 24

焚化法之技術可行性評估

a.公害影響因素：環境清潔、廢污水、空氣污噪音與震動b.經濟因素：建設費、維護操作費、運輸距離、所需土地面積、

資源回收等c.技術因素：技術可行性及操作難易度d.社會因素：社會觀感、目標達成度及使用普遍性

廢 棄 物

爐 型 可霧化

廢液

不可霧化

廢液

污泥 細小

固體

大尺寸

固體

液態焚化爐 ˇ ╳ ╳ ╳ ╳

流體化床焚化爐 △ ˇ ˇ ˇ ╳

多層爐床焚化爐 △ △ ˇ ˇ ╳

旋轉窯焚化爐 △ △ ˇ ˇ ˇ

固定床焚化爐 △ △ △ ˇ ˇ

ˇ〜佳△〜可╳〜劣

循環流化床鍋爐(CFB)

【高溫分離】【高低混合流速】特殊循環流化床鍋爐

使用燃料彈性大：除煙煤外可適用燃料之乾基發熱量>1000大卡/公斤，含水率90%，爐膛溫度>850 C；採用高溫旋風分離，返料溫度高保證物料充分燃燒，飛灰含碳量不超過4%，焚燒灰渣達II級商品粉煤灰燒失量指標

空污排放達標：VOC廢氣可導入併燒，煙氣於爐膛停留時間>6秒，可完全分解戴奧辛，煙氣分離阻力小，磨損低，過熱器壽命>10年

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有效控制戴奧辛排放

一般流化床鍋爐利用增大爐膛容積來保證燃燒性能，但由於污泥為含水率高、輕質且揮發性高特性，燃燒時因流速緩慢伴隨大量蒸汽無法穩定運行，或污泥顆粒未燃盡即隨高溫煙氣直接排入煙道，造成煙氣處理問題，甚至無法達標排放。

特殊循環流化床鍋爐設計特點為噸汽有效容積較大，來保證污泥在爐膛內的燃燒時間。特殊設計之梯形爐膛和分離器產生高速切向旋轉燃燒過程，充分打破灰包碳基使其充分燃燼。內置高溫旋風分離氣流切向旋轉速度達20 m/s以上，溫度超過850℃。

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深度調理+焚化 vs. 乾燥

• 以北部某污水處理廠為例，日均90噸脫水污泥(平均80%含水率)以間接加熱方式將脫水污泥乾燥減量制約20噸(10%含水率)– 每日用電量約9460kWh，相當脫除每噸水需耗電135度

– 需使用3100CMD回收水來冷卻熱交換

• 效益預估

9/21/2015 29

處理方案 103年度預估處理費用(元/噸)

處理總量(噸/月)

其他花費(元/月)

總處理費(元/月)

備註

原帶濾脫水 5,000 2,700 0 13,500,000 清運費

增加間接乾燥

5,000 600 5,192,670 8,192,670 乾燥脫水至10%含水率

每噸脫水之成本=8192670/(2700-600)=3901元/噸

若經深度調理+焚化，可產出200度電

深度調理+焚化-2700元/噸脫水量

減碳足跡

直接乾燥或焚燒設備處理濕污泥需要蒸發每噸水耗能200公斤煤炭或800度電，

遠超過乾化污泥的可回收熱值。

深度脫水技術僅消耗極少電量（