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2014年中国城镇污泥处理高级研讨会，长沙，9月12/14日

国际大都市污泥高级消化实践及北京高碑店污泥高级消化路线

康碧集团 廖足良 北京市政工程设计研究总院 黄鸥 北京排水集团北排建设公司 陈英杰

主要汇报内容

• Characteristics of Cambi® THP Advanced Anaerobic Digestion

and its application 康碧®热水解高级厌氧消化系统的特点及应用

• Experiences of Cambi® THP Advanced Digestion in Europe 康碧®高级消化在欧洲的主要经验

• Cases of advanced digestion in mega-cities 大都市污泥高级消化实践案例

– Blue Plains, DC Water, USA 美国华盛顿特区水务Blue Plains污泥中心

– Davyhulme, Manchester, UK 英国曼城联合公用水务Davyhulme污泥中心

– London WWTPs, Thames Water, UK英国伦敦泰晤士水务污水厂

• Beijing Gaobeidian Advanced Sludge Digestion北京高碑店污泥高级消化

• Summary小结

Five objectives and pathways for sludge treatment

污泥处理的五个目标和实现途径

• Stabilization稳定化: degrade organic matters降解有机物

• Reduction减量化: remove water content减少水分

• Hygenisation安全化: kill pathogens杀灭病原菌

• Energy recycling能源化: biogas /thermal energy production

沼气或热能

• Resources utilisation资源化: Organics & Phosphorous and

micro-nutrient recycling to land 有机质、磷和微量营养回归大地

THP Advanced Digestion is the technical route for sludge treatment with

the lowest carbon footprint in terms of LCA

按照生命周期评估污泥处理路线热水解高级厌氧消化位居低碳前列

热水解-高级消化-沼气能源利用-沼渣土地利用

Cambi®THP Advanced Anaerobic Digestion Flow Sheet

康碧®热水解污泥高级厌氧消化典型工艺流程

预脱水 储泥 THP热水解预处理 高固体厌氧消化 后脱水

Pre-DW Silo Thermal Hydrolysis High Solid AD Post-DW

废热产蒸汽 沼气利用热电联产 泥饼土地利用

Steam Boiler Biogas use, CHP Final cake to land

Cambi

Animation

So we use Cambi THP

所以采用康碧热水解技术

提高消化产率 提高能效和封闭消毒 提高沼气产量 高品质生物固体肥料

THP

消化 传统消化

消化罐体积减半以上 能效高/完全杀灭病原菌 沼气量增加50% 以上 使用安全方便/减少甲烷无序排放 低碳 低碳/绿色 低碳 绿色/低碳

Parameter comparison

参数对比: 传统消化和Cambi高级消化的区别

• 传统工艺 – 单级，无预处理

– 投配含固率低, 3-6% DS

– 水力停留时间长, 20-30 天

– 消化池容大

– 有机物转化率低，30-45%

– 沼气产量低

– 消化温度33到37度

– 消化可能不稳定

– 沼气中硫化氢含量高 2000 mg/l以上

– 消化的体积负荷和有机负荷低

– 消化泥饼脱水较差，15%到25%

– 病原菌杀灭不足，影响安全使用

– 消化罐的砂沉积

• Cambi高级工艺 – 两级含预处理，Cambi热水解工艺

– 投配含固高, 9-12%

– 水力停留时间短, 15天

– 消化池容小

– 有机物转化率高，50-65%

– 沼气产量高

– 消化温度38到42度

– 消化运行稳定，温度和pH高

– 沼气含硫化氢低

– 体积负荷和有机负荷高

– 泥饼脱水好，30%到35%（40%）

– 完全杀灭病原菌，泥饼达到A级

– 消化罐砂积累少

Cambi large scale application worldwide

康碧热水解工艺全球大规模应用

到2014年9月运行及签约在建44个项目

总规模105万吨干固体/年

全球首屈一指

北京高碑店

（2014年8月26日签约）

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

140,000

Pla

nt

size

[t

DS

/yr

pro

cess

ed

]

CAMBI WORLWIDE MARKET SHARE, THERMAL HYDROLYSIS ~ 89%

康碧热水解技术占全球市场份额89% （2014年3月）

Cambi

Biothelys

Exelys

SH+E Group

Sustec

Cambi: 41 THP plants,

27 in continous

operation, with verified

results; 4 with Cambi

expansion. 14 under

construction. 2 large

plants sold to Veolia

companies (Brussels,

Edinburgh).

Biothelys (OTV,

Veolia): 3 small < 2000

t DS/y operating. 3

large plants; only one

in operation? (Monza).

No data available.

Exelys

(Kruger/Veolia): 2

plants under

construction. 1 Pilot (*)

Lysotherm (SH+E):

1 demo and 2 full-

scale not yet in

operation.

Use heat exchangers.

Turbotech

(Sustec/GMB): 1 plant

in partial operation.

Use heat exchangers. Name of plant * = operating; **operating & expanded, (*) closed down (pilot/old), *? Uncertain operating status

Plant ex-

pansions

Cambi 920,600 88.9 % 41 75 % 27 77 % 4

Biothelys 67,000 6.5 % 7 13 % 4/7? 14 % 0

Exelys 26,000 2.5 % 3 5 % 1? 3 % 0

Lysotherm 15,000 1.4 % 3 5 % 1 3 % 0

Sustec 7,000 0.7 % 1 2 % 1 3 % 0

TOTAL 1,035,600 100.0 % 55 100 % 35 100 % 4

Total Plants, By

numberBy capacity (t DS/y)

Finished/Oper-

ating, By number

Development of THP in Europe

热水解工艺在欧洲的发展

厌氧消化的传统

欧盟的填埋准则

有机质土地利用的前景

再生能源的价格优势

干化焚烧的能耗困境

英国集中体现五个方面的特点

禁止污泥排海和填埋

干化焚烧成本高企

厌氧消化是主流

土地利用的前景广阔

再生能源补贴和碳排放的消减

THP-AD in UK, 451400 tDS/y (30%)

热水解工艺在英国的发展 451400 tDS/y,约占30%

项目

Project

规模 Capacity

(tDS/y)

原工艺

Original process

年份

Year

处置&利用

Disposal & Application

Chertsey 9600 消化Digestion 1999 土地利用Land

Aberdeen 20500 新建New 2001&2009 土地利用Land

Cotton Valley 20000 消化Digestion 2008 土地利用Land

Whitlingham 19000 消化Digestion 2008 土地利用Land

Bran Sands 37000 干化Drying 2009 土地利用Land

Cardiff 30000 干化Drying 2010 土地利用Land

Afan 20000 干化Drying 2010 土地利用Land

Riverside 40000 焚烧Incineration 2011 土地利用Land

Davyhulme 91000 消化Digestion 2012 土地利用&焚烧Land / Incineration

Howdon 40000 石灰稳定Lime 2012 土地利用Land

Crossness 36500 焚烧Incineration 2014 土地利用&焚烧Land/Incineration

Beckton 36500 焚烧Incineration 2014 土地利用&焚烧Land/Incineration

Crawley 11300 消化Digestion 2014 土地利用Land

Seafield 27000 消化Digestion 2014 土地利用Land

Long Reach 13000 消化Digestion 2014 土地利用Land

HIAS Norway—first Cambi THP since 1995

挪威HIAS-第一个康碧项目（1995年投产）

3,600 tons DS/year 吨干固体每年

THE CHERTSEY, THAMES WATER, UK

英国

9,600 tons DS/year吨干固体每年 2010年7月27日住建部张悦代表团到该厂访问

BRAN SANDS, UK

英国

40,000 tons DS/year吨干固体每年 2010年7月28日住建部张悦代表团到该厂访问

Davyhulme

项目欢迎来自中国的参观团

2013年11月 2013年12月

ABERDEEN

苏格兰

16,500 tons DS/year吨干固体每年

Blue Plains, DCWATER, USA

美国华盛顿特区Blue Plains项目

149,000 tons DS/year

华盛顿特区水务

重新发掘

生物固体

（Chris Peot）

One of the Largest Water and Sewer Utilities on the East

Coast

美国东海岸最大的污水处理系统

• Wastewater treatment for over

2.2 million population人口当量

• District of Columbia + portions of

Maryland and Virginia哥伦比亚特区和马里兰及弗吉尼亚的一部分

• CSO flows河流制污水

• Excellent history of treatment

performance 优秀表现和业绩

(8 yrs of NACWA gold award)

1.5 BLD (391 MGD) plant capacity

Largest AWTP in the world

36

New Centrate Treatment

Process

$84 million

BP Tunnel Dewatering Pump Station &

Enhanced Clarification Facility

$300 million

Upgrade & expansion of the

Nit/ Denit system

Upgrade of the Secondary

High Rate System

$26 million

New Biosolids

Management

Program

$407 million Dual Purpose Sed Basins

Upgrade

$18 million-

Enhanced Nutrient Removal

Facilities

$340 million

CIP Projects Currently Underway

一系列升级改造项目在进行

Biosolids Land Applied from Plant and Storage

生物固体的土地利用及储存

3

8

County, tons to storage (if applicable), tons applied,

agriculture $

Digestion and Thermal Hydrolysis Project

消化及热水解项目

CAMBI THERMAL HYDROLYSIS AT DCWATER, WASHINGTON DC

华盛顿特区水务项目决定采用康碧热水解的过程 130,000 t DS/y, 4.3 mill. p.e. /390 MGD / 1350 MLD

Planned traditional design: + 8 egg-shaped digesters

(4x4.5 MG*) + 4 batch silo digesters (4x2.5 MG*). Total

volume: 46 MG =174,000 m3) CANCELLED

传统设计，8个蛋罐加4个批次柱罐，项目取消 *MGD = Million gallons

CAMBI Design Chosen: Cambi THP (600 m3) + 4 digesters,

each of 3.8 MG* = 58,100 m3 (1/3 of traditional volume)

35% overall CAPEX savings compared to traditional design

OPEX savings = 20 mill. $/year from today’s solution

康碧设计，热水解，加4个柱罐，传统的1/3体积，投资节约35%， 运行费比现有石灰稳定少2千万美元每年

New solution

CAMBI THP

Greenhouse gas reduction: 28% - 39% or 47,000 to 73,000 metric

tons of CO2 e (equivalent) per year, compared to

traditional/today’s solution

CANCELLED traditional design

Program Benefits

计划的收益

Reduce biosolids quantities by more than 50%生物固体总

量减掉50%

Improve product quality (Class A and more)提高产品品

质

Generate 13 MW (net 10 MW) of clean, renewable

power from the CHP产电13兆瓦

Cut GHG emissions by ~57,000 tonnes/yr减少温室气体

Save millions of dollars annually when the facility

begins operating in 2014减少运行成本几百万美元

Reinventing Biosolids

TASK 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Biosolids Program Master Schedule

生物固体计划实施方案

Site Preparation (DBB)

Main Process Train (DB)

CHP (DBO)

DSLF Odor Control (DBB)

Final Dewatering (DBB)

DESIGN

RFP ISSUE TO NTP

CONSTRUCTION

CONCEPTUAL DESIGN

DESIGN & CONSTRUCTION

COMMISSIONING

DC WATER, Cambi（康碧）热水解设备安装现场

CAMBI TRAIN, DCWATER

CAMBI OVERVIEW, DCWATER

CAMBI GALLERY, DCWATER

• Continue land application of remaining Class A dewatered biosolids继续土地利用

• Produce a blended soil product (similar to compost)生产混合土 – Use in tree planting (reduces

runoff)植树

– Restoration projects恢复

– Green roofs (reduces runoff)绿色屋顶

– Golf courses高尔夫道

– Partnering with civic groups, DC and federal agencies, environmental groups, etc.寻找伙伴

– Carbon sequestration碳抵扣

Future Plans for Class A Biosolids

A级生物固体计划

52

英国曼城Davyhulme污泥中心结合Cambi高级污泥消化和现有污泥焚烧的升级改造

曼城污水厂布局和污泥处理现状（2012年以前）

• 现有污水厂13座，处理约3.3百万人口的污水。污泥量平均91000吨干固体/

年。

• 红点的污水厂污泥采用石灰稳定后土地利用。

• 蓝点的污水厂污泥通过管道输送到Davyhumle厂集中消化，然后脱水送到Shell Green焚烧厂，处理量为35000吨干固体/年

• Davyhulme消化，8个罐，体积共60000立方米。

• Shell Green焚烧，两条线，单线6.5吨/时，外加2MWhr的天然气辅助能源

对不同条件下焚烧的研究

Raw生污泥

Calo

rific V

alu

e (

Dry

); S

ludge q

uantity

干基能值及污泥量

Digested消化污泥

Ad. Digested

高级消化污泥

Key

Liming

Digestion

facility

Pipeline

污泥通过管道送到消化地点

兴建高级消化中心达到以下目标:

1) 提高污泥脱水性能提高能值

2) 污泥转化为更多沼气，减少污泥总量

3) 通过回用更多的优质A级泥饼回到土地，

减少焚烧的负荷

Incinerator

Class A

recycling

预处理工艺必须同时达到以上三个目标

Sludge Balanced Asset Programme

污泥资产平衡方案

消化和脱水对能值的影响

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

26% 27% 28% 29% 30% 31% 32% 33% 34% 35% 36%

%DS

CV

cake (

kJ/kg

)

15 MJ/kg DS

14 MJ/kg DS 13 MJ/kg DS

12 MJ/kg DS

11 MJ/kg DS

Autothermal

Operation

Influence of dewaterability

Influence of D

igestion

1% VS = 60 kJ/kg in cake

1% DS = 140 kJ/kg in cake

污泥类型对脱水的影响

20 25 30 35 40 45

Chem Dosed

TH

Blended

Non-TH

Dry Solids (%)

高级消化对焚烧能力的影响

0

1

2

3

4

5

6

7

3 4 5 6 7 8 9 10

Throughput t/hr

Th

erm

al Load

(M

Wth

) Improved VS

destruction AND

dewaterability

Increased

capacity

Improved VS

destruction NO

dewaterability

improvement Decreased

capacity

Cambi高级消化对焚烧能力的影响

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

Thermal

Hydrolysis

Biological

Hydrolysis

Additio

nal In

cin

era

tion C

apacity

(TD

SA)

Due to VS

destructionDue to

dewaterabilityTotal

14,0

00

0

污泥资产平衡方案的研究结论

消化减少干基热值

消化后焚烧有很多好处，如减少焚烧量、能源回收较好、碳足迹小

脱水比消化对热值影响更大

1% VS ~ 60 kJ/kg; 1% DS ~ 140 kJ/kg

高级消化提高现有焚烧设备处理能力约14,000 吨干固体/年

Davyhulme资产平衡方案决定 Cambi热水解设备和冷却装置

项目总体布置

Screened sludge

Imported cake

Thickening, pre-dewatering

Thermal hydrolysis

Cooling Digestion

Degassing

Dewatering

Cake silos

Gas holders

Gas clean up

CHP

Steam boilers

建设中的曼城Davyhulme项目

曼城Davyhulme高级消化项目鸟瞰（2012年投产）

Cambi THP

B12-4x5

reactors

8 x 7500

m3

digesters

伦敦泰晤士水务的污泥处理

• 服务大伦敦区域和周边地区，人口一千五百万人，350余污水厂站，污泥总量1000tDS/d.

• 有20余座消化焚烧设备（含Beckton和Crossness2座焚烧），到2015年由7座有热水解THP设备，共约520 tDS/d,发电318 GWh

– Chertsey 40 tDS/d 1998，

– Riverside 110 tDS/d 2014，

– Crawley 31 tDS/d 2015，

– Beckton 100 tDS/d 2015，

– Crossness 100 tDS/d 2015，

– Long Reach 81 tDS/d 2015，

– Oxford 67 tDS/d 2014 (Bio-Thelys)。

• 2020年前，还有约400tDS/d热水解扩能，基本处理所有污泥。

伦敦泰晤士水务的污泥处理（THP设备分布2015）

伦敦泰晤士水务的污泥处理（焚烧设备2009）

Beckton和Crossness占全国37%的能力，需要补充天然气才能焚烧。

解决方法是提高进炉的含固浓度，减少水分。

热水解高级消化后采用高干度脱水（Bucher），达到40%以上（40%到45%）

能量自持焚烧。

伦敦泰晤士水务的污泥处理（高干度脱水）

• 在采用热水解高级消化前提下，消化污泥较容易脱水。

• 采用以膜压过滤工艺为主，可以达到比离心脱水更高的干度。

• 板框压滤脱水和扭压脱水。

• Bucher为例

伦敦泰晤士水务的污泥处理（Bucher脱水）

北京城区污泥处理的三年行动计划 （共5座污泥处理设施）

北京城区污泥处理的三年行动计划 技术路线的探索

• 以消化为基本（部分/全部，传统/高级，哪类高级）

• 考虑系统的能耗（沼气产量，干化半干化能耗，外部能源供应和价格）

• 考虑生物固体品质（传统消化、石灰稳定、高级消化、干化半干化等的不同品质）

• 考虑生物固体的卫生学要求和土地利用门槛和生物固体的最终出路

• 利用现有消化设备的适应性

• 不同技术和设备供应商特点和经验

• 兼顾餐厨垃圾处理的可能性

北京城区污泥处理的三年行动计划 技术路线的确定

热水解预处理（全部污泥） 高级厌氧消化（高固体） 高干度脱水（40%以上） 土地利用（不进食物链） 能量平衡（自持或有余）

北京城区污泥处理的三年行动计划 （战略合作-创新模式-国际经验-本地化）

高碑店污泥高级消化项目及战略合作签约

2014年8月26日

Summary and remarks

小结及几点思考 1. Cambi（康碧）高级厌氧消化提供各种规模的污泥解决方案，并具

有结合以下污泥处置出路的巨大好处

土地利用更卫生安全，实现生态资源能源循环利用

干化焚烧量减少

土地复垦用途广

2. Cambi（康碧）高级厌氧消化为传统消化和干化焚烧的升级扩容改造提供了一条有效的途径。

3. Cambi（康碧）高级厌氧消化为新建项目提供低碳节能的整体解决思路。

4. Cambi（康碧）高级厌氧消化以能源化资源利用为核心，全面达到稳定化、减量化、安全卫生化、能量利用、资源利用的五大目标。

5. 国际大都市积极评估热水解高级消化，Cambi康碧积极参与。

合作、共赢、实现美丽中国梦

谢谢您的关注