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国内目前污泥处置难题的现状和解决建议

2016-07-15 08:21来源:中国水网作者:薛涛

  污泥能源化曾经在国内出现,但不久就由于在实际应用中存在品质低劣和二次污染现象,技术方法逐渐没落。实现污泥能源化,要做到足够安全,其成本并不低。成本的制约,是当下选择污泥处置路线要考虑的最主要因素。高阶项目BOT全成本大多会超过500元/吨,每吨污水的处理成本约0.4元,相对于全国平均不到1元的污水处理费显得过高。与成本制约并存的是人才制约。中国地区发展差异巨大,造成欠发达地区人才缺乏,污水处理厂专业建设管理和运营人才不足。  

主管部门不仅要关注高阶项目的示范,更要关注中低端处理处置路线能否满足安全稳定化和部分减量化的需求。湿污泥直接混烧会带来板结、烟气超标等问题,因此,实现“低成本的脱水”——即湿污泥破水工艺依然重要。分析当地土地环境成为选择污泥处置技术的重要依据:在盐碱地、沙化地较多的地区或者林区,以较低的成本把仅达到安全稳定化要求的处理后污泥作为改良土,用于土壤改良或者林肥。经历30年的从无到有、再到覆盖县镇一级,我国污水处理设施建设已经进入了一个新阶段。  

值得思考的是,在污水治理、通信、高铁、核电等领域,通过市场换技术这一引进模式屡试不爽。而在污泥处理方面,虽已探索近10年,这一模式却不能得到很好的复制,例如重庆唐家沱污泥消化干化、上海石洞口干化焚烧项目等。国内的污泥处理处置产业虽然经过甚至还处于鱼龙混杂、泥沙俱下的混乱局面,但是,主要的技术方向和阶段性适应技术已经渐渐清晰,这个产业甚至存在国内技术再次占领国外市场的可能。而我国各地建设主管部门和水务投资运营商,在选择污泥处理处置路线时,一定要兼顾现在和未来,因地制宜,最终给污水处理画上完美句号。  

技术引进为何在污泥领域失灵?  

  由于特殊国情和特殊泥质,导致通过惯有的市场换技术来解决中国的污泥问题并不顺利,各类污泥处理处置技术仍在战国时代靠简单引进国外技术,无论是技术、造价还是管理均明显表现出不适合中国国情的问题。究其原因,雨污同流、市政工业污水合流等管网建设滞后,导致我国污泥属性不同;受经济发展限制,政府财力有限,对环保的投入与重视程度不够;全国各地经济、地理、人口、气候等条件复杂且极不均衡;主导污水处理技术并在污泥路线处理上拥有话语权的主流市政设计院对污泥所涉及的跨领域学科还很陌生。同时,污泥处置自身也具有特殊性。目前,污泥遗留问题已经成了各地政府无法回避的环境问题。然而,国外技术在引进之时是否也在不断变革和升级?国内层出不穷的处理路线是百花齐放还是鱼龙混杂?技术混战成了当下我国污泥处理处置产业发展和设施建设的独特现状。  

受制于低成本,技术路线如何选择?

  安全稳定化和减量化是当务之急,污泥资源化的含义不是变废为宝,而是取宝于废,劣质建材化必须停止。选择中国的污泥处理处置技术路线,有哪些重要的因素需要考虑呢?目前中国生活污水污泥面临的首要问题,是作为污水中几乎全部污染物(很多成分同时也是资源)的载体,经脱水至含水率为80%后,直接进入填埋场会破坏其正常结构并造成二次污染,更普遍的是填埋场拒绝接收后污泥被不当弃置。值得注意的是,不同于以往的概不追究,江苏省去年已经有官员为此担责。北京“门头沟污泥第一案”中推托给第三方(即通过不合理低价却在合同条款中声明要求安全处置的污泥处置外包合同来转嫁风险和责任)的逃避模式已经不能再被采用。因此,在资金不足的背景下,把稳定化、减量化作为当前最紧迫的任务完成,并保证其安全、稳定,是现阶段最现实的选择。在这方面,主要的难题就是在低成本前提下将湿污泥含水率降至60%以下并保证处理后污泥的安全稳定。  

  基于经济的现实压力,我国曾经探索以石灰搅拌实现含水率下降及稳定化的路线,但由于增量、对污泥泥质的彻底毁坏以及违背循环经济的原则,已经走向消亡。随后,又出现了以广州新之地和山东景津为代表的板框脱水方式(这一路线由于破水必须添加化学物质,近期备受争议,但仍在努力寻求突破)。此外还有天津万峰电干化等,作为低成本前提下的阶段性脱水的替代方向。资源化并不是要把污泥本身当做重要的资源和财富,污泥资源化的含义不是变废为宝,而是取宝于废。公认可行的资源化路线包括将养分还原于土壤的好氧堆肥和以国外技术为主导将热量重新利用的厌氧消化,这是取宝于泥的两大方向。当然,污泥资源化属于更高阶段的处理处置方式,在技术层面上还需能够兼顾安全稳定化,保证最终的安全处置。但是,在过去10年中,我国的污泥资源化,可以用“看上去很美”来形容,其发展步履维艰。值得一提的是,污泥资源化的另一个方向,即建材化曾经在国内出现,但不久就由于在实际应用中存在品质低劣和二次污染现象,这一技术方法已逐渐没落。实现建材化,要做到足够安全,其成本并不低,这从日本等发达国家的成功案例中可以看出。  

高阶项目推广为何难?  

  成本高,人才缺,高阶项目暂时只能是局部样本性存在,国内正在开发适合“本土”的高阶技术所谓高阶处置方式,就是同时达到减量化、安全稳定化、资源化3方面要求,或者至少在安全稳定的前提下减量效果明显的技术路线,例如上海石洞口焚烧、上海白龙港消化、高碑店污泥消化、重庆唐家坨消化及热干化、襄樊热水解消化CNG及沼渣堆肥等项目。在上述项目中,由于国内泥质特殊、运行成本高和运营管理能力不足等因素的限制,很多项目后期运行并不顺利。未来,面对更多中小型污水处理厂的需求,以及县、镇级政府和中西部地区的实际条件,高阶项目很难普遍推广。成本的制约,是当下选择污泥处置路线要考虑的最主要因素。高阶项目BOT全成本(即全面考虑建设成本和运行维护费用的生命周期全成本)大多会超过500元/吨(80%含水率的湿污泥),每吨污水的处理成本约0.4元,相对于全国平均不到1元的污水处理费显得过高。  

  现阶段,在地方政府债务压力加重、税源收入不足、融资模式尚未突破的情况下,国家对环保的重视和政策性资金的支持会催生一些高阶项目。但这些高阶项目大多会出现在北上广等一线发达城市,并集中在30万吨以上的大型污水处理项目中,体量符合高阶项目的规模经济需求。值得一提的是,国内也在自主研发符合中国国情的高阶处理处置路线,例如无锡国联开发的板框干化+后续热循环干化燃烧方式,其BOT全成本已通过国产化自主开发降低至约400元/吨(80%含水率污泥)。不过,前端板框干化添加物带来更高的尾气达标处置成本,焚烧产生的飞灰须作为危废安全处置,这一价格可能未覆盖这些成本。此外,在PM2.5日益为公众关注的情况下,焚烧在国内国际都受到了较大挑战。在日本,越来越多的项目倾向于在半程干化后转而选择碳化工艺,避免尾气和危废处理难题。  

  中节能集团收购湖北博实通过引进日本技术开发的污泥干化+碳化技术,就是基于这方面的考量。碳化技术生产的碳粒可以作为商品出售,一定程度上弥补了昂贵的运行成本,成为高阶项目部分国产化(部分核心设备仍需进口)的代表。另外,与成本制约并存的是人才制约。中国地区发展差异巨大,造成欠发达地区人才缺乏,污水处理厂专业建、设管理和运营人才不足。当面对高阶的污泥项目建设和运营时,比如消化、热干化、碳化和焚烧都需要专业人员进行前期项目筹备和后期运营,专业管理能力和资金的限制一样,一定程度上成为现阶段高阶项目普遍推广的阻碍。  

什么任务更为紧迫?

  急需能够将污泥含水率降至60%及以下,并保证稳定安全性的低成本技术路线。在目前资金投入不足和地区发展不平衡的阶段性压力下,国内2012年统计的3000万吨含水率80%的湿污泥中,能在未来5年内被送往高阶处理处置项目中妥善处置的恐怕很少。因此,主管部门不仅要关注高阶项目的示范,更要关注中低端处理处置路线能否满足安全稳定化和部分减量化的需求。这就是木桶理论的原理,将同笔资金优先用于大幅提高污水收集和处理率,会比将某个已经完备的污水处理厂从一级B升级到一级A在控制污染方面更有意义。  

  分步实施是技术路线选择时需要考虑的措施。分步实施的含义包括在有条件的城市选择有条件的大型污水处理厂建设“高阶项目”作为示范,也包括选择成本相对更低但能够保证安全稳定化和适度减量化的路线。同时应考虑未来处理处置方式的升级并预留接口,避免投资浪费和其他问题。根据目前国内污泥处置现状,将含水率降至60%及以下并能够保证稳定安全性的低成本技术路线还很缺乏。脱水至含水率60%的两条路线,一是板框脱水路线,二是电干化方式中的国产电脉动或进口电干化。目前,不添加石灰、三氯化铁(絮凝剂)或强碱等妨碍污泥资源化的物质这一困难仍不能解决,学习台湾采用高热蒸汽又会导致成本剧增,这些制约了板框脱水技术的发展。因此,虽然板框阵营在前几年日益庞大,但继续发展须攻克这些难题。  

  国产电脉动或进口电渗透如果能够降低电耗成本,提高对不同污泥的适应性,则具有成本优势,符合安全稳定化与适度减量化的双重要求,并为未来预留好了接口。据了解,进口电干化包括来自韩国的电渗透技术,以及来自加拿大的平板电干化技术。韩国电渗透在韩国已成为主流处理技术,在加拿大、美国、日本等地区也得到成功运用。不过,电渗透技术处理80%含水率湿污泥的电耗在150元/吨(加拿大平板电干化产品则达到了200元/吨),导致仅电费开支就很大。此外,电渗透设备一直未能很好地适应雨污合流带来的污泥含沙量高的问题。这两个原因导致电渗透设备在国内推广比较困难。  

目前国内的电干化产品都在努力通过不同的电流方式和前置处理工艺降低电耗,如果能将电耗降低至100元/吨以内,则可控制BOT全成本在150元/吨(含水率80%)左右,污水处理费需上涨约0.1元/吨,与正规运营的板框脱水(仍需添加絮凝剂或强碱脱水,但不考虑采用废碱来降低成本的不良商家)基本相当,值得关注。因此,电干化产品要生存,一方面要能够适应复杂的泥质,另一方面要有效降低电耗。由于在前一阶段的电渗透干化中已突破最难解决的破水问题,后续工艺在国内的设计开发都会比较容易。此外,电脉动或电渗透干化的污泥在实际使用上也有作覆盖土、园林培植土和林业用土的成功案例,但仍需农林有关检测机构的进一步验证。  

怎样合理利用周边条件降低成本?

  西部土地资源广阔,应妥善利用以降低成本;发达地区减量化要求高,需要更有效地利用周边条件。污泥处理之所以复杂,前端难在“低成本的脱水”,后端难在“最终的处置”。污泥不同于污水的处置,必须结合周边条件安排污泥的最终出路。彻底的减量化路线(脱水到5%、焚烧、碳化甚至硫化)之所以被称为高阶项目,其中一个原因就是,由于污泥的彻底减量化使其剩余物后续处置简单且不受制约,无论进行填埋、焚烧还是建材化,都具有灵活和低成本的特性。但是,彻底减量化需要高额的投资和运营成本。在一座城市有水泥厂、电厂的情况下,开发混烧技术,或者利用余热干化,通过这些配套条件降低成本,这是中国近几年不断尝试的路线。  

当然,这种选择也存在水泥或发电产业本身结构调整的风险,同时,工业节能的日益推进也使余热不再是无偿的热源。另外,需要特别指出的是,经过近些年的尝试,业内普遍总结出的结论是:湿污泥直接混烧会带来板结、烟气超标等问题,因此,实现“低成本的脱水”——即湿污泥破水工艺依然重要。由于彻底减量化的高阶项目受制于成本和管理因素,结合最终处置条件和我国各地条件差异大的情况,必然会出现污泥处理路线因地制宜,在不同地区呈现出多样化的局面。在各种处置条件中,进入填埋场,即使达到环保部门要求的含水率(60%),也是最无奈和短期的处置出路,因为随着城市化的推进,连垃圾都无处填埋,被迫高价焚烧了。不能简单一埋了之,又没有资金和能力一步到位实现彻底减量化,因此,分析当地土地环境成为选择污泥处置技术的重要依据:在盐碱地、沙化地较多的地区或者林区(往往是西部、北部贫困地区或沿海待发展地区),以较低的成本把仅达到安全稳定化要求的处理后污泥作为改良土,用于土壤改良或者林肥。考虑到农业部等部委禁止污泥制肥进入食物链,因此将污泥简单处理成无害稳定的覆盖土、培植土基或林肥更容易实施。  

  襄樊热水解厌氧消化CNG及沼渣园林肥项目是近期被业内专家认可的高阶项目,主要是系统性地解决了消化项目中常见的3个问题:首先改良了热水解技术,能够更好地适应中国污泥含沙特点(国外产品简单引进再次被证明无法适应中国特殊的泥质),提高了沼气产气率。其次通过进入CNG加气站提高了沼气带来的收益。其三是沼渣制肥在项目附近的江心岛用于园林培植,解决了沼渣的出路问题。3个方面中后两个都是所谓的边界条件的利用或者破除制约。因此,其他复制者如果不能很好地解决周边条件配套的问题,就不能成功复制这一项目。这一点再次验证了周边条件对污泥处置路线选择的重要性。  

目前还不能掌握具体的运行成本,仅知道襄樊项目300吨污泥处理能力总投资达到1.14亿元。在襄樊项目中也可以看到,污泥消化的另一个重要突破方向,就是通过前置处理工艺提高产气率,这不但是厌氧消化技术突破的关键,也是厌氧消化在国内和国外重获生机的重要依据及方向。  

还应统筹考虑哪些因素?

  投资产权体制、分散和集中的关系、项目占地以及扰民等问题需一并考虑,相关除臭技术迎来商机。在污泥处理环节的技术路线选择中,污水处理厂规模、设施占地会直接限制配套污泥处置设施的技术路线选择。而从一个城市统筹考虑,除了周边条件以外,污水处理厂的分布情况、投资体制(BOT还是专营)以及运输条件等都是选择污泥处置路线时必须考虑的因素。在小型污水厂建消化设施肯定不适合,在城市污水处理厂建设堆肥项目肯定会在场地和扰民方面受阻。如果要建设集中的大型热解碳化、污泥焚烧、热干化或者混烧设施,那么将其他污水处理厂的污泥事先做初步干化再运输会节省运费,无论是板框还是电脉动干化,都至少可以灵活地应对分散与集中的协调问题。在土地相对紧缺的东部城市,技术路线选择必然倾向于减量化更明显、项目占地更少的技术路线。同时,还需考虑臭味扰民等问题。可见,堆肥路线在东部城市推广还需面对项目选址上的难题。此外,除臭技术也正迎来巨大的商机。


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