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多种路线分步解决中国污泥处理处置问题

2014-09-12 13:14  作者:薛涛  来源:中国固废网 

 看待一个污泥处理路线的发展机会和市场路径,需要对包括政府行为偏好在内的多重制约综合分析,而不仅仅就技术或成本进行论证。本文集合笔者观察污泥市场10多年的发展,希望综合技术、市场、政府管理等方面的要素,讨论和预判下这个特殊行业的发展。

开篇:从晒盐和煮盐说说污泥处理处置产业发展中的特殊性

本章导读:环保历来是与政府强相关性的市场,技术选择必须重视技术之外的要素。

晒盐和煮盐作为历史上制盐的两种工艺,后者虽然成本更高但却在中国历史的很长阶段都是主流工艺,除了占地等其他一些制约因素以外,最重要的原因是制盐一直是官办,而作为官方采购的定价方式,运行成本并没有便于管理重要,而煮盐在生产方面更容易被管控。这样的道理,在环保产业这样与政府采购高度相关的行业一样重要,因此,看待一个污泥处理路线的发展机会和市场路径,需要对包括政府行为偏好在内的多重制约综合分析,而不仅仅就技术或成本进行论证。本文集合笔者观察污泥市场10多年的发展,希望综合技术、市场、政府管理等方面的要素,讨论和预判下这个特殊行业的发展。

一、技术引进秘方在污泥领域的失灵

本章导读:中国的特殊国情和特殊泥质导致期望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发展仍在战国时代。

经过三十年的从无到有,到覆盖到县镇的污水厂建设,我国的污水处理设施建设已经进入了一个新的阶段,对比印度等国,可以说又是一个我国政经体制在市政基础设施建设发展上独具优势的佐证。技术引进的开端主要是利用国外政府贷款等资金引入国外污水处理先进技术,并最终促成了这些技术在国内被完全掌握和国产化。同时,伴随这样的引进也形成了像金州集团、麦王公司等以进口代理升级到EPC环保服务甚至投资的环保公司,更形成了包括宜兴环保产业园内诸多的国内环保设备技术公司。此外,建设部在初期的建设规范要求中,也设定在仅要求污泥脱水至含水80%即外运的标准,客观上促成了现在污泥市场的完整爆发,当然我们可以完全理解,从无到有中不可求全责备,成功启动和顺利普及污水处理仍然是大功一件。

引人反思的是,改革开放以来通过市场换技术的方式,从污水治理乃至通信、高铁、核电等技术引进方面百试不爽的成功模式,在污泥治理方面,虽已经过近十年的摸索,却不能得到很好的复制,比如唐家沱消化干化、石洞口干化焚烧等等项目。简单引进国外的技术,存在无论是技术、造价还是管理等各方面表现出与中国国情适用性不足的明显问题,究其原因,有因为中国雨污合流、市政工业污水合流等管网建设滞后带来的不同的污泥属性;有出于经济发展限制和政府财力仍不富裕,对环保的重视和投入分配仍需加强的阶段性局限;有全国各地经济、地理、人口、气候等条件的极不均衡和复杂;有主导污水技术并在污泥路线上有强大发言权的主流市政设计院对污泥所涉及的各种跨领域学科的不熟悉;还有污泥处置自身的特殊性。

但是,污泥遗留问题需要解决已经刻不容缓,从五年前雷声大雨点小的前奏,到现在已经成了各地政府真正无法回避的环境灾难。而国外技术的引进和其在国外自身的变革反思和升级,以及国内各种更具适应性和“阶段性”的处理路线的层出不穷,甚至鱼龙混杂的某些乱局,都构成了污泥处理处置产业发展和设施建设的一道非常独特的风景。

二、污泥技术路线选择考虑的几个重要因素

那么,对于中国的污泥处理处置技术路线选择,有哪些重要的因素需要考虑呢?

1)无害化、稳定化必须被首先确保,减量化视地区条件可能被突出,资源化之破题可能

本章导读:面对不容乐观的污染现状,率先解决无害化和稳定化,同时在东部发达地区减量化,更被视为当前之急需,资源化之蓝色经济思想可能能破除高成本和完全处置之间的矛盾,劣质建材化必须停止。

1.1)“ 推责”之不能倒逼出的污泥处置商机在低价要求中徘徊

正如前文所述,二十年前的引进和建设的标准,留下了含水80%的污泥,而这些作为污水中几乎全部污染物(很多成分同时也是资源)载体的污泥,直接进入填埋场破坏其正常结构并导致二次污染的发生,更普遍的是填埋场拒绝接收后被不当弃置,这方面的案例太多。值得注意的是,随着排水条例的发布,不同于以往的得过且过,在江苏省南京等城市,去年已经开始有官员为此背责的案例出现,以类似于北京何某被判刑的“门头沟污泥第一案”的方式推托责任给第三方(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次被采用。近期的福建和厦门的污泥处置项目招标连续流标的根本原因,首先是投标企业不愿意在不合理低价和技术不成熟的情况下,接手这“烫手山芋”涉险挣钱。

在福建和厦门案例中另一个代表性的特征是,两个项目提出的处理费价格都是110元/吨污泥(我理解是基于每吨80%湿污泥的BOT价格),路线分别是干化或者堆肥,这样的不合理价格也是导致流标的直接原因。虽然政府已经开始真正重视环保问题,但当事关政府投入时还是不能痛下决心,成为污泥行业乃至整个环保行业面临的最大制约。

1.2)低价和政府指令导致干化填埋成为一个历史阶段的过渡措施

80%污泥直接填埋甚至弃置导致的危害这里不用细谈,因此,在资金仍不富裕的背景条件下,把无害化和稳定化作为当前首要的任务先予以保证是急迫的任务。因此,环保部提出的含水率50%的污泥进填埋场的脱水标准成为了高干脱水获得大发展的一个重要契机(正如开篇提到的煮盐说所现),第二个原因就是价格因素和信息不对称(不能深入了解和信任其他资源化加技术),最终污泥处置手段仍然更多采用相对保守和便宜的填埋方式,由此减量化也被当作了重要的指标,一般而言,减量化技术本身往往同时可以兼顾到安全、稳定,而减量的程度取决于所付出的成本。

由于上述原因,近几年,在低成本前提下完成将湿污泥脱水至含水率50%以下并保证处理后污泥的安全稳定的技术获得了现实中的很多市场,尽管这类项目实际运行中仍需规范。基于经济上的现实压力,我国曾经有低成本为特征的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导致后续处置受限以及违背循环经济的原则,已经开始走向消亡。随后,在我国的污泥处理中出现了以山东景津为代表的板框脱水方式(也包括利用同济大学的科研能力在技术上进行了优化的上海同臣独特的叠螺式污泥脱水机),这一曾经很受关注、近期却由于为破水而必须添加化学物质而受到争议但仍在努力突破的中国式特色路线,也出现了脱胎于韩国的电渗析的国产电干化等受到关注的不需添加物质的干化技术,作为上述受制于低成本前提下的阶段性脱水的替代方向,但后者也面临很多需要克服的难题。

1.3)考虑到社会全成本,资源化终究是未来方向,国家政策全面到位前,污泥资源化企业的产业链整合能力和政策推动能力尤为重要

资源化并不是要把污泥本身当作重要的资源和财富,如果对此存在误解会进一步带来污泥处理资金投入更加不足的尖锐矛盾,这一点在若干年前已经与垃圾资源化的偏颇理解一起被理清了。污泥资源化的含义不是变废为宝,而是取宝于废。更重要的是,如果把农田、大气等其他非直接环境因素和成本考虑在内,资源化也许是唯一最合算的处理处置手段。当然,这样的计算和压力想完全体现到实际商业竞争中,需要政府的一系列法规和税费设计,在此之前,资源化企业利用自身在产业链整合中的能力,通过资源化的后端价值实现来减轻前端的处理费价格需求,对其相应技术在市场上的推广而言就显得尤为重要。

公认可行的资源化路线包括以中科博联、沃土为代表的好氧堆肥等将养分还原于土壤和从国外技术引进后国产化的包括安阳艾尔旺、青岛天人在内的厌氧消化将沼气热量重新利用的两大方向,还有像天津裕川的提取蛋白质(BOT成本在150-200元)这类比较独特的资源化方式。

值得一提的是,由于消耗在城市的有机物多年不能得到回补,中国的耕地缺失有机质严重,带来对水环境和大气的污染,也带来化肥失效,农产品品质和产量下降和重金属含量提高的问题(土壤有机质除了本身的增产和提质作用,同时可以增加化肥的吸收减少对化肥的需求,和减少重金属被带入产品量),导致国家越来越重视提高有机肥施用的比例,这个给一直艰难的坚持土壤有机质回归土壤的资源化技术厂家以曙光,这方面也包括对嘉博文为代表的餐厨、粪便土地利用处置方向的积极影响。与之比较,虽然消化产沼气对能源实现了利用,并且由于产业链延伸方面比其他两类资源化路线简单,一直得到建设部有关方面的主推,但是,将宝贵的有机质作为能源消耗掉,其实根本上是受困于产业链延伸不易的次优选择。

由于农业部的要求,为了避免工业污水和生活污水不能完全分离,污水中的重金属通过污泥进入食物链,污泥制肥进入农肥目前存在困难,这是很多堆肥项目最终失败的一个重要原因。不过,中科博联打通了园林用肥渠道,而嘉博文本身一直有农肥的许可证,为这个重要方向的突破带来曙光。对于裕川的蛋白质提取,工艺中保证了重金属不会进入蛋白质,而蛋白可以用于工业制品,也可以进入农业,但这些也都要裕川自身完成产业链整合的工作。

在过去十多年中,污泥资源化在中国,可以用“看上去很美”来形容,其发展的步履维艰主要是受制于以下几个原因:

1、受制于技术不够成熟以及后端产业链整合难度,早期资源化的项目大部分不成熟,包括大量的不成功的堆肥项目,也包括下述的建材资源化,使当前的资源化项目取得用户信任方面面临困难;同时,由于污泥技术路线选择多样,用户在选择上也会容易迷茫,E20环境平台近期推出的环境医院就是希望在这两个方面取得突破;

2、资源化项目产业链延伸和政策推动的难度较大,对企业的综合能力要求高,而E20污泥联盟希望在这方面能集合群力有所贡献;

3、一些包括碳化、提蛋白等资源化的实现往往需要跨专业的工艺突破,主流设计院和行政主管部门并不熟悉,很难在政府常规项目技术路线选择中被采纳,失去了利用政府资金采购推广的机会;

4、一些资源化项目对泥质的变化敏感性高,导致推广中不稳定;

5、资源化方向多,较难形成准确的定义和清晰的规范。

1.4)低成本的建材化和协同处理必须禁止

值得一提的是,污泥资源化的另一个方向,即建材化,曾经以低成本方式(BOT价格在100以下)在国内出现,但不久就由于在实际应用中发生了普遍的品质低劣和二次污染现象,已落到名声狼藉的地步;这种处境,类似某些所谓可以不再产生污泥的污水处理厂改良技术,也已不被行业所普遍认可。建材化,如果做到足够的安全,其成本并不低,这一点,在日本等发达国家的成功案例中可以看到。

类似的情况还发生在利用水泥窑或电厂掺烧的早期案例中。如果对污泥前期的干化预处理不足,直接掺烧对工艺和环境的影响都不容忽视。由此,浙江天通在电厂掺烧的方案中对利用余热干化做了重点地突破。

2)成本和管理能力的重要制约和分步实施接口的提前考虑

本章导读:中国地区差异巨大,受资金能力所限,能够达到彻底处置或者高度资源化的高阶项目只能适应部分地区,根据木桶理论,重视低成本下实现脱水到50%达到初步减量要求并保证处理后污泥的稳定安全的技术路线是当务之急,同时,应考虑上述权益路线不能对下一步的处置进阶带来不良影响。

2.1)笔者眼中的高阶项目其实就是安全稳定又不需要填埋作后期处置安排的项目

所谓的高阶项目,在笔者的理解里,就是同时达到减量化、安全稳定化、资源化三方面要求,或者至少在安全稳定的前提下达到减量效果非常彻底的技术路线,比如上海石洞口焚烧、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、无锡国联惠联自持焚烧项目、襄樊国新天汇热水解消化CNG及沼渣堆肥、天津裕川滨海污泥提蛋白及渣土园林利用等项目。在上述项目中由于国内泥质特殊、高额运行成本和运营管理能力等因素的限制,很多进口设备为主的项目后期运行并不顺利,即便是未来,当面对更多的中小污水厂、县、镇级政府和中西部地区的需求和实际条件,再推进“高阶”项目时必须因地制宜考虑。

成本的重要制约,是当下污泥路线选择的最主要的因素,上述高阶项目中,采用国外技术的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)大多都会超过500元/每吨80%含水率的湿污泥),摊到每吨污水中接近四毛钱,对于全国平均不到一元的污水处理费用而言无疑过高,这也是前述为什么国外技术引进和推广困难的原因之一,更何况,类似石洞口、唐家坨这些引进类的高端项目,在适应中国污泥的复杂成分方面都发生了一些问题。

现阶段,在地方政府债务压力日益加重、税源收入仍然不足、融资模式尚未突破并反而受限的前提下,虽然对环保的重视和政策性资金的支持会促进一些以进口的先进技术为代表的高阶项目的产生,但这些高阶项目更多的会出现在北、上、广等一线发达城市的30万吨以上的大型污水处理项目中,污水厂体量符合高阶项目的规模经济需求,并具有示范项目的性质,为未来的技术发展提供模板。

2.2)国产高阶项目正在节节突破

同时,我们欣喜地看到,国产技术为主体的高阶污泥项目在二、三线城市的大型污水处理厂中找到机会,包括国内也在自主研发具有中国特色的高阶处理处置路线,比如无锡国联开发的板框干化加后续热循环干化燃烧的方式,作为高阶项目,BOT全成本已通过国产化自主开发降低到了近300元/吨泥(80%含水率),不过上述价格可能未完全覆盖由于前端板框干化方式添加物所带来的更高的尾气达标处置和焚烧后飞灰作为危废安全处置的成本,即便如此,这样的价格也远远低于国外同类路线的价格,体现了国内环保装备技术的长足进步。

在日本,除了比较常见的焚烧处理以外,还有碳化技术作为另一选择。通过引进日本巴工业的核心技术,由湖北博实开发的污泥干化加碳化技术,最终被央企中节能集团看重并收购成功,就是基于这方面的考量。虽然碳化技术仍显昂贵,但是生产出的碳粒可以成为商品出售,一定程度上回补了运行成本,成为了高阶项目部分国产化(部分核心设备仍需从巴工业进口)的一个代表之作。

国产化的高阶项目中,天津裕川的污泥提蛋白及渣土园林利用和国新天汇的襄樊热水解消化沼气作CNG和沼渣堆肥制园林两个资源化项目也非常有特点,两者的共性都是利用了资源化的后端降低了前端的BOT取费要求,两者的难题也都是需要很好的打通产业链后端才能获得收益和实现全链条的消纳。相比而言,裕川的工艺路线比国新天汇的相对简单,最终价格也较低(大约150元—200元BOT成本,国新天汇在200-250元)。对于国新和裕川的共同的考验都是如何打通后续产业的连接问题,包括裕川的蛋白液利用的后续产业(作为发泡剂的消防产品和建材,以及回归土壤的营养液),国新的CNG进加气站,以及两者共性的利用园林消纳渣土的出路。但是,如果能够在这方面顺利突破,高阶项目将可以在价格上具备相当的竞争力,这个是难能可贵的,毕竟,真正要在市场上获得成功,成本是最大的制约因素。

虽然高阶项目国产技术节节突破,我们还是可以关注到,在北上广这样的一线城市的超大型污水处理厂的污泥处置,资金相对充裕的地方政府还是倾向选择国外的成熟技术,北京高碑店百万吨污水厂的污泥热水解+消化+沼渣作荒山覆盖土的项目中,普拉克和热水解的国际代表企业挪威CAMBI公司联合体获得了历史性的大单,不但标志着热水解技术在厌氧消化技术中的更广泛的应用,也体现了上述倾向。

2.3)高阶项目需考虑管理能力的制约,结合资源化的产业链贯通需求,从第三方服务角度带来商机

在这样的高阶项目推广中,除了成本制约必须被充分考虑意外,还有中国地区发展差异巨大所带来的欠发达地区常见的人才缺乏的瓶颈和因此带来的污水处理厂专业建设管理和运营人才的不足。当面对高阶的污泥项目建设和运营时,比如消化、热干化、碳化和焚烧都需要更好的前期项目筹备和后期运营,其所涉及的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能够普遍推广中需要克服的问题。

在这个问题上,借着十八大的政府采购公共服务的春风,更多的在污泥高阶项目中推进PPP类型的项目,通过BOT或者DBO这样的形式,解决地区人才和管理瓶颈,是高阶项目推广的一个重要途径,更何况资源化的高阶项目所需的跨行业的产业链整合能力,更要求污泥资源化技术企业不但要把项目“扶上马”,还要“送全程”。其实,这样的需求不但是责任,何尝不是难得的商机,这方面的代表作包括中科博联的松江项目,通过DBO模式,由上海市政府出资建设,又考虑到污泥产品的消纳需要对接下游企业,中科博联由此可以继续运营该项目,处理费据说在200元以上,获得了很好的商业收益。类似的,嘉博文和裕川的资源化项目也在这方面有很强的获取能力。

2.4)除了有序推进高阶项目,我们也要注重低阶项目的安全稳定性

那么,在目前的资金投入不足和地区发展不平衡的阶段性压力下,对于2012年所统计的3000万吨含水率80%的湿污泥,有多少能有机遇在未来五年内被送到这样的高阶处理处置项目中实现彻底的妥善处置呢?估计会像我们的高考一样,千军万马过独木桥,仅有少部分优等生有机会最终考入“211”院校。正如当前中国教育的发展应注重大力完善职业教育一样,笔者呼吁中央一级主管部门,不但要关注高阶项目的示范,更要关注作为中低端的处理处置路线是否能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,类似一个城市,将同笔资金,首先用于大幅提高污水收集和处理率,会比将某个本已经完备的污水处理厂从一级B升级到一级A甚至到回用在控制污染方面更有意义。

因此,在这样的价格阶段压力下,分步实施是技术路线选择时一个需要考虑的措施。分步实施的含义既包括在有条件的城市中选择有条件的大型污水处理厂建设“高阶项目”作为示范,也包括注重三线城市及中小城镇等地区选择成本相对更低但同时保证稳定安全化和适度减量化的路线作为第一阶段,该路线选择应对未来处理处置方式的升级有所考虑和预留接口,避免投资浪费和带来其他问题。根据目前国内污泥处置的现状,脱水到含水率至50%或以下并能够保证稳定安全性的较低成本的技术路线就像是钉在木桶短板处的急需的一块木板,虽然这些路线存在妨碍资源化的缺点需要改进,但却可以在相对较低的成本下应对当前最急需的需求。

2.5)高干脱水项目与未来升级的接口

如前章所述,脱水到含水率50%的路线,包括板框脱水路线、电干化和利用工业余热的干化方式。脱水后的污泥去向填埋场只能是一个阶段性措施,因此,后段升级可能是在目前一些相对欠发达地区钉短板时必须兼顾考虑的问题。接口板框脱水受限于目前仍然不能解决不添加石灰、三氯化铁(絮凝剂)或强碱等对污泥用于土地利用资源化有妨碍的物质,因此,如果板框后接工序是无锡国联的自持焚烧,或者协同处置的水泥窑或电厂混烧,那么再减量化上可以实现得较为彻底,因此,这样的技术路线,可以分步实施,先用板框脱水填埋处置,再进一步上焚烧或混烧措施,实现全处置的目标。作为正规负责的板框脱水的代表企业是山东景津、浙江兴源和广州新之地,以及类似路线的上海同臣,BOT成本大约在150元左右(少数不良厂家有100元的价格但有不安全的风险),可以作为分步实施的一个选择。

国产电干化也是分步实施的另一个选择,相对在国内推广的并不多,无论国外还是国内的技术。这种路线所面临的问题是无法有效地降低电耗成本及对不同污泥适应性不足。根据笔者了解,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,国产也有包括桑德在内的两三个厂家实现了国产化。韩国电渗透虽然在韩国早已成为主流处理技术,电干化技术还普遍在加拿大、美国、日本某些地区得到成功运用甚至在日本、加拿大和美国均有成功运用。不过,受制于电耗在150度/每吨80%含水湿污泥(加拿大平板电干化产品标称则达到了200度),导致仅电费开支就达到120元每吨湿污泥之多,BOT成本达到了200元,此外,国外雨污合流带来的污泥含沙量高,以及不同地区的污泥的电导率不同的问题电渗透或电干化设备一直未能很好的适应,上述两个原因导致无论国外还是国内的电干化设备在国内的推广都比较困难。电导率的差异轻则电干化设备无法脱水到60%,重则会发生电极板击穿现象。因此,作为电干化产品的生命力,一方面是要能够适应国内复杂的泥质,另一方面是如何有效降低电耗。作为上述电干化的后续处置路线,在韩国有微波干化和电加热干化两种路线,由于在前一阶段的电干化中已完成最难解决的破水问题,后续工艺在国内的设计开发都将会比较容易。此外,电干化的污泥在实际使用上也有做覆盖土、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。

3) 周边条件制约和引导污泥处理处置路线的选择

本章导读:由于周边条件的限制或者可被利用也会很大程度地影响污泥处置路线的选择,我国的污泥处理处置必将出现百花齐放的格局。发达地区减量化要求高需要更有效的利用周边条件降低成本,三个类型的高阶项目中,资源化项目的破题在于结合周边条件的后端产业链的一体化,余热将不再是免费的午餐,而混烧会受制于电厂或水泥厂的协调。西部土地资源广阔应妥善利用降低成本,污泥堆肥等其他资源化路线。

3.1)污泥处理处置的“核心二难”与协同处置

污泥处理之所以复杂,其实前端难在“低成本的脱水”以普遍性的覆盖当前之短板,后端难在“最终的处置”。污泥不同于污水的处置,必须结合其周边条件来安排污泥的最终出路。彻底的资源化路线通过相对复杂的产业链延伸,消纳了后段的污泥资源化产品(气、肥、渣、蛋白…),而彻底的减量化路线(脱水到50%、焚烧、碳化甚至硫化)之所以和彻底资源化路线并称为高阶项目,其中一个原因就是由于污泥的彻底减量化使它的剩余物后续处置相对将是非常简单和不易受制约的,无论进行填埋、焚烧还是建材化,都在处置阶段具有可以灵活和低成本的特性。

3.2)协同处置,特别的高阶项目

但是,彻底减量化需要相对更高的投资和运营成本,而当某城市有水泥厂、电厂等情况下,开发混烧技术,或者利用余热作干化,可以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。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、烟气超标等大量的问题,不可操作,使前文所述的如何实现“低成本的脱水”---即湿污泥破水工艺依然重要。这方面的代表企业浙江天通,实际上走的是典型的协同处置的路线,利用电厂余热干化,再最终掺烧,飞灰资源化利用,利用协同效应在降低成本的同时达到了高阶项目的全处置标准。

值得注意的是,工业节能的日益推进也使余热不再是一个无偿的热源来源,该项成本需要从长考量。此外,协同处置的制约因素是需要有第三方(电厂或水泥厂)配合,存在协调难度,在部分达到条件的地方有一定竞争力。当然,这种选择也存在上述水泥或发电产业本身结构调整的风险。不过,近期国家发改委下达的鼓励水泥和电厂协同处置废弃物的文件,为这个方向带来利好因素。

归结而言,同样具有高阶项目的潜力,协同处置路线普遍推广所面临的难点类似资源化项目,同样需要跨行业的产业整合能力,而不是在单点上就可以完成项目。

3.3)高阶项目的总结:三个类型

总而言之,达到全处置的高阶项目,在国内想获得商机必须克服高成本的难题,而在多年摸索后我们看到具备竞争力的高阶项目可以总结为三个类型:

1、通过国产化和更高效热平衡计算降低成本要求的全减量型高阶项目----代表企业:无锡国联的自持焚烧、中节能博实的中温碳化;

2、通过协同处置降低成本要求的高阶项目---代表企业:浙江天通的盘式热干化;

3、通过资源化后端降低成本要求和实现全消纳的高阶项目---代表企业:天津裕川的提蛋白、北京嘉博文的制肥、中科博联的堆肥。

3.4)利用周边条件的其他选择

受制于前述的成本和管理因素,那么,结合最终处置的条件,针对投资承受力的薄弱和我国各地条件差异大的背景,必然出现各种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,即使达到环保部要求的含水率50%,恐怕也是最无奈和短期的处置出路,因为随着城市化的推进,连垃圾都没地方埋而要选择被迫高价焚烧了。

不能简单的一埋了之,又没有资金和能力一步到位的选择高阶路线实现彻底减量化,那么,分析当地土地环境也成为选择污泥处置技术的重要出路之一:在盐碱地、沙化地较多的地区或者林区(往往也是西部、北部贫困地区等待发展地区),可以在较低的成本上选择仅达到稳定化安全化要求的处理后的污泥作为改良土用于土壤改良或者林肥。即使在北京,也正在考虑在大型消化设施之后,选择将消化后脱水的污泥(经过充分消化的污泥,脱水会变得相对容易)用于周边荒山的覆土,可见污泥处置充分利用周边条件的重要性。

4)分散与集中、运输、规模限制、用地、扰民、尾气、飞灰

本章导读:除了周边条件,还有很多细节需要在选择污泥处理路线时一并考虑,政府管理偏好、投资产权体制、分散和集中的关系对于中小污水厂的污泥处理统筹安排是个需要认真考虑的问题,项目占地尤其是扰民的问题,随着城市化和公民维权意识的提高,变得越来越棘手,也为除臭技术带来商机。

正如开篇所述,污泥技术路线首先面对的问题是政府管理偏好,依赖政府协调产业链后端基本没有前途,这个在早期堆肥项目中已经证明,所以,资源化或协同处置路线方面的公司必须自己来解决相关产业对接和协调的问题,否则很难推广。另外,在政府路线选择中的信息不对称,也是污泥资源化路线推进中需要克服的难题。

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设施的技术路线选择,而从一个城市统筹考虑,除了第3条提到的周边条件以外,污水处理厂的分布情况、投资体制(BOT还是专营)以及运输条件等方面都成为选择污泥处置路线必须要考虑在内的因素。由于在小型污水厂建设消化设施肯定不适合,在城市内的污水处理厂建设堆肥项目肯定会在场地和扰民方面碰到限制。如果要建立集中的大型设施,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,就这方面而言,无锡国联的板框干化后接集中焚烧有特殊的优势,可以很好地灵活应对分散与集中的协调问题。此外,现在大多数城市中往往有BOT也有专营的国有污水处理厂,建设大型集中污泥处理设施时必须也要考虑这方面的问题。

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这一日益加剧的矛盾导致项目选址上的难题。征地的困难,已经从垃圾处理厂扩展到了污泥处置方面,为某些发达城市的主管部门带来困扰。但这也意味着除臭技术正在城市化的推进和公民维权意识的提高中迎来巨大的商机。

三、主要技术路线的一般性比较

本章导读:利用表格总结各类技术路线的优缺点,并期待我们的国产污泥技术能够象华为一样能够走向世界。

最后,结合总体情况,笔者尝试给出每种技术路线的优劣势比较,并通过表格化希望能够清晰醒目:

 工艺路线

处理/处置方式

技术思路

技术优势

技术劣势

高压板框压滤

处理方式,后接卫生填埋、焚烧或混烧

利用高压和加添加剂破壁(石灰、絮凝剂、强碱)对污泥进行压滤。

1、可实现污泥的稳定化;2、建设和运行成本较高;3、占地面积小,可适应小型污水厂需求,分散处理后再安排集中处置;4、操作简单效果稳定。

1、添加剂增加干物质,石灰或絮凝剂导致增量严重;2、石灰或酸碱法产生新有害成份影响填埋场渗滤液PH值,填埋场氨气超标;3、如采用焚烧混烧添加药剂中三氯化铁导致烟气难达标;4、任何一种添加剂都导致无法做任何安全的土地利用;5、无法循环利用污泥中有机物的热能或肥力。

污泥电干化

处理

电场作用下,通过电泳和电渗作用实现泥水分离。

1、可实现污泥的稳定化和减量化;2、占地面积小,同时可适应大、中、小型污水厂需求,可分散处理后再安排集中处置;3、操作简单效果稳定;4、后续深脱水容易,并可根据后期处置路线灵活选择,继而可利用有机物的热能或肥力。

1、设备电耗高;2、可能不适应国内雨污合流和工业水掺杂,适用泥质范围窄;3、含重金属的工业污泥不能土地利用;4、高热值污泥的热量利用不如厌氧消化充分;4、含重金属的工业污泥不能土地利用;5、对电导率要求苛刻,不能适应污泥成分变化;6、后接土地利用稳定性不够,缺乏安全性认可。

好氧堆肥

处理处置

利用好氧菌对污泥进行吸收、氧化、分解。

1、成本居中、操作简单;2、有机物回归土壤利用肥力;3、可适应小型污水厂需求,可分散安排。

1、减量不明显;2、占地大、周边恶臭污染扰民;3、农业部环保部不允许农用导致产品出路受限;4、含重金属的工业污泥不能土地利用;5、达到农肥标准成本上升。

缺氧碳化

处置方式,前段需接干化

将污泥通过缺氧燃烧的方式脱去污泥的含水率 

1、除类似焚烧的下述优势外,可免除尾气和飞灰的处理难题;2、并可与其他有机质废物混合处理。

 1、成本相对较高;2、需要半程热导干化预处理;3、运营维护复杂;4、仅适合大中型污水厂。

全程热干化

处理处置

通过加热的方式,破坏污泥中的细胞质或胶体物质,改善污泥脱水性能。

1、相对彻底地实现了污泥的减量化、无害化;2、如周边有热源可实现循环利用降低成本。

1、成本高昂;2、热源受限;3、运营维护复杂;4、仅适合大中型污水厂。

焚烧

处置方式,前段需接干化

将污泥半程干化后直接焚烧。

1、减量化最彻底;2、在污泥热值高的前提下,可利用焚烧余热配合其他热源对已部分干化的污泥做进一步干化满足焚烧要求;3、可适应集中和分散的灵活要求。

   1、成本相对高;2、尾气和飞灰处置成本偏高;3、需要半程干化预处理;4、运营维护相对复杂。

提蛋白资源化

处置方式是渣土利用

提取蛋白后渣土利用

1、蛋白中不含重金属,在资源化路线中对污泥成分适应力强;2、资源化后降低处置成本;3、渣土可用于建材或园林,实现全消纳

1、需要整合后端产业链;2、运营维护相对复杂;

传统厌氧消化

处理方式,后可接部分处置方式

利用厌氧菌作用将污泥中的有机物转化为沼气。

1、可回收污泥中的能源,高热值污泥可获得售气收入;2、消化后污泥脱水容易。

  1、要求污泥有机物含量高;2、厌氧消化后的污泥仍然需要进行脱水处理和处置;3、由于沼气系统的存在使得安全系数较低,4、需前端热水解提高产气率;5、运营管理复杂;6、仅适合大中型污水厂;7、投资和运行成本略高;8、沼气发电不经济,作CNG后端相对复杂。

总之,在国内,污泥产业虽然经过甚至还在经历鱼龙混杂、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应该说已经渐渐清晰,这个产业也许甚至存在国内技术再次占领国外市场的可能。而我国各地的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,最终将污水处理画上完美的句号。

9月19-20日,2014(第六届)上海污泥热点论坛即将在上海同济大学举办,论坛主题为“蓝色思维之下的污泥之道”,届时将分享更多前沿思想,并推出富有特色的E20环境(专科)医院考察活动。

(作者系E20环境平台高级合伙人、清华大学环境学院环保产业研究中心副主任E20研究院执行院长

 

编辑:张凌超

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