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能否分步解決污泥處置難題?

◤建材化曾經在國內出現,但不久就由于在實際應用中存在品質低劣和二次污染現象,技術方法逐漸沒落。實現建材化,要做到足夠安全,其成本并不低。

 ◤成本的制約,是當下選擇污泥處置路線要考慮的最主要因素。高階項目BOT全成本大多會超過500元/噸,每噸污水的處理成本約0.4元,相對于全國平均不到1元的污水處理費顯得過高。

 ◤與成本制約并存的是人才制約。中國地區發展差異巨大,造成欠發達地區人才缺乏,污水處理廠專業建設管理和運營人才不足。

◤主管部門不僅要關注高階項目的示范,更要關注中低端處理處置路線能否滿足安全穩定化和部分減量化的需求。

◤濕污泥直接混燒會帶來板結、煙氣超標等問題,因此,實現“低成本的脫水”——即濕污泥破水工藝依然重要。

◤分析當地土地環境成為選擇污泥處置技術的重要依據:在鹽堿地、沙化地較多的地區或者林區,以較低的成本把僅達到安全穩定化要求的處理后污泥作為改良土,用于土壤改良或者林肥。

經歷30年的從無到有、再到覆蓋縣鎮一級,我國污水處理設施建設已經進入了一個新階段。

值得思考的是,在污水治理、通信、高鐵、核電等領域,通過市場換技術這一引進模式屢試不爽。而在污泥治理方面,雖已探索近10年,這一模式卻不能得到很好的復制,例如重慶唐家沱污泥消化干化、上海石洞口干化焚燒項目等。

國內的污泥處理處置產業雖然經過甚至還處于魚龍混雜、泥沙俱下的混亂局面,但是,主要的技術方向和階段性適應技術已經漸漸清晰,這個產業甚至存在國內技術再次占領國外市場的可能。

而我國各地建設主管部門和水務投資運營商,在選擇污泥處理處置路線時,一定要兼顧現在和未來,因地制宜,最終給污水處理畫上完美句號。

□技術引進為何在污泥領域失靈?

由于特殊國情和特殊泥質,導致通過慣有的市場換技術來解決中國的污泥問題并不順利,各類污泥處理處置技術仍在戰國時代

靠簡單引進國外技術,無論是技術、造價還是管理均明顯表現出不適合中國國情的問題。

究其原因,雨污同流、市政工業污水合流等管網建設滯后,導致我國污泥屬性不同;受經濟發展限制,政府財力有限,對環保的投入與重視程度不夠;全國各地經濟、地理、人口、氣候等條件復雜且極不均衡;主導污水處理技術并在污泥路線處理上擁有話語權的主流市政設計院對污泥所涉及的跨領域學科還很陌生。同時,污泥處置自身也具有特殊性。

目前,污泥遺留問題已經成了各地政府無法回避的環境問題。然而,國外技術在引進之時是否也在不斷變革和升級?國內層出不窮的處理路線是百花齊放還是魚龍混雜?技術混戰成了當下我國污泥處理處置產業發展和設施建設的獨特現狀。

□受制于低成本,技術路線如何選擇?

安全穩定化和減量化是當務之急,污泥資源化的含義不是變廢為寶,而是取寶于廢,劣質建材化必須停止

選擇中國的污泥處理處置技術路線,有哪些重要的因素需要考慮呢?

目前中國生活污水污泥面臨的首要問題,是作為污水中幾乎全部污染物(很多成分同時也是資源)的載體,經脫水至含水率為80%后,直接進入填埋場會破壞其正常結構并造成二次污染,更普遍的是填埋場拒絕接收后污泥被不當棄置。

值得注意的是,不同于以往的概不追究,江蘇省去年已經有官員為此擔責。北京“門頭溝污泥第一案”中推托給第三方(即通過不合理低價卻在合同條款中聲明要求安全處置的污泥處置外包合同來轉嫁風險和責任)的逃避模式已經不能再被采用。

因此,在資金不足的背景下,把穩定化、減量化作為當前最緊迫的任務完成,并保證其安全、穩定,是現階段最現實的選擇。在這方面,主要的難題就是在低成本前提下將濕污泥含水率降至60%以下并保證處理后污泥的安全穩定。

基于經濟的現實壓力,我國曾經探索以石灰攪拌實現含水率下降及穩定化的路線,但由于增量、對污泥泥質的徹底毀壞以及違背循環經濟的原則,已經走向消亡。

隨后,又出現了以廣州新之地和山東景津為代表的板框脫水方式(這一路線由于破水必須添加化學物質,近期備受爭議,但仍在努力尋求突破)。此外還有天津萬峰電干化等,作為低成本前提下的階段性脫水的替代方向。

資源化并不是要把污泥本身當做重要的資源和財富,污泥資源化的含義不是變廢為寶,而是取寶于廢。公認可行的資源化路線包括將養分還原于土壤的好氧堆肥和以國外技術為主導將熱量重新利用的厭氧消化,這是取寶于泥的兩大方向。

當然,資源化屬于更高階段的處理處置方式,在技術層面上還需能夠兼顧安全穩定化,保證最終的安全處置。但是,在過去10年中,我國的污泥資源化,可以用“看上去很美”來形容,其發展步履維艱。

值得一提的是,污泥資源化的另一個方向,即建材化曾經在國內出現,但不久就由于在實際應用中存在品質低劣和二次污染現象,這一技術方法已逐漸沒落。

實現建材化,要做到足夠安全,其成本并不低,這從日本等發達國家的成功案例中可以看出。

□高階項目推廣為何難?

成本高,人才缺,高階項目暫時只能是局部樣本性存在,國內正在開發適合“本土”的高階技術

所謂高階處置方式,就是同時達到減量化、安全穩定化、資源化3方面要求,或者至少在安全穩定的前提下減量效果明顯的技術路線,例如上海石洞口焚燒、上海白龍港消化、高碑店污泥消化、重慶唐家坨消化及熱干化、襄樊熱水解消化CNG及沼渣堆肥等項目。

在上述項目中,由于國內泥質特殊、運行成本高和運營管理能力不足等因素的限制,很多項目后期運行并不順利。未來,面對更多中小型污水處理廠的需求,以及縣、鎮級政府和中西部地區的實際條件,高階項目很難普遍推廣。

成本的制約,是當下選擇污泥處置路線要考慮的最主要因素。高階項目BOT全成本(即全面考慮建設成本和運行維護費用的生命周期全成本)大多會超過500元/噸(80%含水率的濕污泥),每噸污水的處理成本約0.4元,相對于全國平均不到1元的污水處理費顯得過高。

現階段,在地方政府債務壓力加重、稅源收入不足、融資模式尚未突破的情況下,國家對環保的重視和政策性資金的支持會催生一些高階項目。但這些高階項目大多會出現在北上廣等一線發達城市,并集中在30萬噸以上的大型污水處理項目中,體量符合高階項目的規模經濟需求。

值得一提的是,國內也在自主研發符合中國國情的高階處理處置路線,例如無錫國聯開發的板框干化+后續熱循環干化燃燒方式,其BOT全成本已通過國產化自主開發降低至約400元/噸(80%含水率污泥)。不過,前端板框干化添加物帶來更高的尾氣達標處置成本,焚燒產生的飛灰須作為危廢安全處置,這一價格可能未覆蓋這些成本。

此外,在PM2.5日益為公眾關注的情況下,焚燒在國內國際都受到了較大挑戰。在日本,越來越多的項目傾向于在半程干化后轉而選擇碳化工藝,避免尾氣和危廢處理難題。

中節能集團收購湖北博實通過引進日本技術開發的污泥干化+碳化技術,就是基于這方面的考量。碳化技術生產的碳?梢宰鳛樯唐烦鍪,一定程度上彌補了昂貴的運行成本,成為高階項目部分國產化(部分核心設備仍需進口)的代表。

另外,與成本制約并存的是人才制約。中國地區發展差異巨大,造成欠發達地區人才缺乏,污水處理廠專業建、設管理和運營人才不足。當面對高階的污泥項目建設和運營時,比如消化、熱干化、碳化和焚燒都需要專業人員進行前期項目籌備和后期運營,專業管理能力和資金的限制一樣,一定程度上成為現階段高階項目普遍推廣的阻礙。

□什么任務更為緊迫?

急需能夠將污泥含水率降至60%及以下,并保證穩定安全性的低成本技術路線

在目前資金投入不足和地區發展不平衡的階段性壓力下,國內2012年統計的3000萬噸含水率80%的濕污泥中,能在未來5年內被送往高階處理處置項目中妥善處置的恐怕很少。

因此,主管部門不僅要關注高階項目的示范,更要關注中低端處理處置路線能否滿足安全穩定化和部分減量化的需求。

這就是木桶理論的原理,將同筆資金優先用于大幅提高污水收集和處理率,會比將某個已經完備的污水處理廠從一級B升級到一級A在控制污染方面更有意義。

分步實施是技術路線選擇時需要考慮的措施。分步實施的含義包括在有條件的城市選擇有條件的大型污水處理廠建設“高階項目”作為示范,也包括選擇成本相對更低但能夠保證安全穩定化和適度減量化的路線。同時應考慮未來處理處置方式的升級并預留接口,避免投資浪費和其他問題。根據目前國內污泥處置現狀,將含水率降至60%及以下并能夠保證穩定安全性的低成本技術路線還很缺乏。

脫水至含水率60%的兩條路線,一是板框脫水路線,二是電干化方式中的國產電脈動或進口電干化。

目前,不添加石灰、三氯化鐵(絮凝劑)或強堿等妨礙污泥資源化的物質這一困難仍不能解決,學習臺灣采用高熱蒸汽又會導致成本劇增,這些制約了板框脫水技術的發展。因此,雖然板框陣營在前幾年日益龐大,但繼續發展須攻克這些難題。

國產電脈動或進口電滲透如果能夠降低電耗成本,提高對不同污泥的適應性,則具有成本優勢,符合安全穩定化與適度減量化的雙重要求,并為未來預留好了接口。

據了解,進口電干化包括來自韓國的電滲透技術,以及來自加拿大的平板電干化技術。韓國電滲透在韓國已成為主流處理技術,在加拿大、美國、日本等地區也得到成功運用。

不過,電滲透技術處理80%含水率濕污泥的電耗在150元/噸(加拿大平板電干化產品則達到了200元/噸),導致僅電費開支就很大。此外,電滲透設備一直未能很好地適應雨污合流帶來的污泥含沙量高的問題。這兩個原因導致電滲透設備在國內推廣比較困難。

目前國內的電干化產品都在努力通過不同的電流方式和前置處理工藝降低電耗,如果能將電耗降低至100元/噸以內,則可控制 BOT全成本在150元/噸(含水率80%)左右,污水處理費需上漲約0.1元/噸,與正規運營的板框脫水(仍需添加絮凝劑或強堿脫水,但不考慮采用廢堿來降低成本的不良商家)基本相當,值得關注。

因此,電干化產品要生存,一方面要能夠適應復雜的泥質,另一方面要有效降低電耗。由于在前一階段的電滲透干化中已突破最難解決的破水問題,后續工藝在國內的設計開發都會比較容易。

此外,電脈動或電滲透干化的污泥在實際使用上也有作覆蓋土、園林培植土和林業用土的成功案例,但仍需農林有關檢測機構的進一步驗證。

□怎樣合理利用周邊條件降低成本?

西部土地資源廣闊,應妥善利用以降低成本;發達地區減量化要求高,需要更有效地利用周邊條件

污泥處理之所以復雜,前端難在“低成本的脫水”,后端難在“最終的處置”。污泥不同于污水的處置,必須結合周邊條件安排污泥的最終出路。

徹底的減量化路線(脫水到5%、焚燒、碳化甚至硫化)之所以被稱為高階項目,其中一個原因就是,由于污泥的徹底減量化使其剩余物后續處置簡單且不受制約,無論進行填埋、焚燒還是建材化,都具有靈活和低成本的特性。

但是,徹底減量化需要高額的投資和運營成本。在一座城市有水泥廠、電廠的情況下,開發混燒技術,或者利用余熱干化,通過這些配套條件降低成本,這是中國近幾年不斷嘗試的路線。

當然,這種選擇也存在水泥或發電產業本身結構調整的風險,同時,工業節能的日益推進也使余熱不再是無償的熱源。另外,需要特別指出的是,經過近些年的嘗試,業內普遍總結出的結論是:濕污泥直接混燒會帶來板結、煙氣超標等問題,因此,實現“低成本的脫水”——即濕污泥破水工藝依然重要。

由于徹底減量化的高階項目受制于成本和管理因素,結合最終處置條件和我國各地條件差異大的情況,必然會出現污泥處理路線因地制宜,在不同地區呈現出多樣化的局面。在各種處置條件中,進入填埋場,即使達到環保部門要求的含水率(60%),也是最無奈和短期的處置出路,因為隨著城市化的推進,連垃圾都無處填埋,被迫高價焚燒了。

不能簡單一埋了之,又沒有資金和能力一步到位實現徹底減量化,因此,分析當地土地環境成為選擇污泥處置技術的重要依據:在鹽堿地、沙化地較多的地區或者林區(往往是西部、北部貧困地區或沿海待發展地區),以較低的成本把僅達到安全穩定化要求的處理后污泥作為改良土,用于土壤改良或者林肥?紤]到農業部等部委禁止污泥制肥進入食物鏈,因此將污泥簡單處理成無害穩定的覆蓋土、培植土基或林肥更容易實施。

襄樊熱水解厭氧消化CNG及沼渣園林肥項目是近期被業內專家認可的高階項目,主要是系統性地解決了消化項目中常見的3個問題:首先改良了熱水解技術,能夠更好地適應中國污泥含沙特點(國外產品簡單引進再次被證明無法適應中國特殊的泥質),提高了沼氣產氣率。其次通過進入CNG加氣站提高了沼氣帶來的收益。其三是沼渣制肥在項目附近的江心島用于園林培植,解決了沼渣的出路問題。

3個方面中后兩個都是所謂的邊界條件的利用或者破除制約。因此,其他復制者如果不能很好地解決周邊條件配套的問題,就不能成功復制這一項目。這一點再次驗證了周邊條件對污泥處置路線選擇的重要性。

目前還不能掌握具體的運行成本,僅知道襄樊項目300噸污泥處理能力總投資達到1.14億元。在襄樊項目中也可以看到,污泥消化的另一個重要突破方向,就是通過前置處理工藝提高產氣率,這不但是厭氧消化技術突破的關鍵,也是厭氧消化在國內和國外重獲生機的重要依據及方向。

□還應統籌考慮哪些因素?

投資產權體制、分散和集中的關系、項目占地以及擾民等問題需一并考慮,相關除臭技術迎來商機

在污泥處理環節的技術路線選擇中,污水處理廠規模、設施占地會直接限制配套污泥處置設施的技術路線選擇。而從一個城市統籌考慮,除了周邊條件以外,污水處理廠的分布情況、投資體制(BOT還是專營)以及運輸條件等都是選擇污泥處置路線時必須考慮的因素。

在小型污水廠建消化設施肯定不適合,在城市污水處理廠建設堆肥項目肯定會在場地和擾民方面受阻。如果要建設集中的大型熱解碳化、污泥焚燒、熱干化或者混燒設施,那么將其他污水處理廠的污泥事先做初步干化再運輸會節省運費,無論是板框還是電脈動干化,都至少可以靈活地應對分散與集中的協調問題。

在土地相對緊缺的東部城市,技術路線選擇必然傾向于減量化更明顯、項目占地更少的技術路線。同時,還需考慮臭味擾民等問題?梢,堆肥路線在東部城市推廣還需面對項目選址上的難題。此外,除臭技術也正迎來巨大的商機。

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