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污泥圍城困局如何破解?且看威立雅的治泥之道

時間:2019-08-20  點擊:562 次 字號+  字號-
長久以來,“重水輕泥”一直是我國水處理行業十分普遍的現象。目前,污泥產量增長迅速,高難度的污泥處理處置問題給我國環境帶來了十分惡劣的影響。如何提高我國污泥處理效率,將污泥進行有效環保的處置已成為行業內亟待解決的問題。近日,威立雅水務技術亞太區市政工程設計總監陳曉華博士、威立雅水務亞太區市政工藝經理宮曼麗博士接受《水工業市場》雜志的采訪,就威立雅在污泥處理處置領域的技術工藝、項目經驗、市場布局以及面臨的挑戰與機遇等內容進行了詳解,并對我國污泥處理處置現狀發表看法,對未來行業的發展前景進行了展望。

威立雅水務技術亞太區市政工程設計總監陳曉華博士
 
威立雅水務亞太區市政工藝經理宮曼麗博士

記者:“治水不治泥,污染大轉移”,污泥治理一直是令行業頭疼的問題。目前污泥的處理處置有哪些先進的工藝?各自有何優缺點?

宮曼麗:據不完全統計,截止目前全國每年產生含水率為80%的污泥約4000萬噸左右,其中10%左右用作堆肥、30%填埋、10%焚燒、10%制肥、5%建材、35%進行了其他處置方式。可以說“重水輕泥”是目前中國水處理行業難以走出的怪圈,許多城市出現了“污泥圍城”的現象,而由于污泥處理設備投入不足、污泥處理達不到處置的要求,大量城鎮污水廠剩余污泥一直存在解決不了出路的問題。

近幾年來,國內大城市如北京、上海、鄭州等在污泥處理處置上做了大量工作,使得污泥無害化處理率大大提高,其他城市如深圳和廣州也都有宏偉的污泥焚燒計劃。“水十條”要求地級及以上城市實行無害化和資源化處理,處理率2020年底前要達到90%以上,這給污泥處理技術和產業發展帶來了前所未有的挑戰和發展機遇。隨著我國污泥產量的增多,業界分外關注如何選擇先進適用的創新技術工藝,落實(水十條)政策規定,滿足無害化、減量化、穩定化、資源化的處理處置的技術要求,避免環境的二次污染等。

在中國,污泥處理和處置工藝很多,目前有堆肥、消化+發電、高干度板框脫水、低溫干化、污泥熱水解+消化、消化+干化、焚燒等,此外還有如污泥裂解、從污泥提取蛋白等相關技術。總體而言,適合大城市污泥處理處置的工藝主要有兩大路線:

一是消化路線,其中包括簡單消化、消化+發電、消化+干化、熱水解+消化+沼氣利用(包括發電,提純注入市政管網)。北京市采用了熱水解+消化技術,通過產生大量富余沼氣進一步加以利用。2007年威立雅在青島建立了一座污水處理廠,其應用的污泥消化發電系統至今運行效果良好,在2010年被評為了中國污泥處理處置十大案例之一,為國內污泥消化路線起了良好的示范作用。

二是焚燒路線。在中國,焚燒路線一般是預干化+焚燒工藝,目前深圳、上海實行焚燒路線較多。

以上兩種路線在國內屬于主流工藝,相比較之下,消化路線投資較省,可以實現污泥資源化、穩定化,但污泥減量化不夠徹底,在某些大城市污泥不讓填埋的情況下仍然找不到出路。焚燒路線既可以實現污泥徹底減量化,同時也能實現穩定化、無害化及資源化,但投資較高,同時需要運營人員更專業。

記者:污泥資源化、能源化回收與利用過程中,會面臨哪些成本問題?

陳曉華:污泥處理處置的新理念是污泥可以轉換成熱源、能源和肥料,而不是將其看成廢物。用英語來說,是source of energy 即能源,或者resources recovery即資源回收。在這新理念的推動下,設計污泥處理工藝時一定要考慮水處理線的設計。水處理線的設計直接影響了污泥產量和污泥的質量。水處理線設計中需要讓工藝多產泥,英文Produce more and consume less意思是多產污泥而降低水廠消耗。初沉池是一個很好的處理階段,設了初沉池基本上免費去除了30%的污染物,降低了后續生物處理的投資和運營費用,而且初沉污泥產氣率特別高。初沉池種類有傳統初沉池,高密度沉淀池和一級強化高密度初沉池。其中高密度初沉池設計緊湊,效率高。更多的污泥通過消化,產生更多的沼氣。沼氣可以用于發電也可以被提純注入天然氣管網,從而使得整座污水處理廠運營更經濟、污泥資源最大化。污水處理廠設計中將水線及污泥處理整體考慮是未來型水廠設計的重要一步。但是我們必須注意到污泥處理處置需要大量投資,基本要占整個污水處理廠投資的30%-50%,這些投資無法折舊。這就要靠政府的支持以及鼓勵政策。污泥資源化可為污水處理廠降低運行成本,例如污泥產生沼氣能發電自用,為處理廠節省30%-60%的電耗。青島麥島污水處理廠60%的電耗是自己發電機提供的。

污泥焚燒能徹底解決了污泥的問題,實現了最大程度的穩定化、無害化、減量化和資源化,減量化大大減少了污泥運輸和填埋的費用。

另外,要注意到國內污泥的有機物含量低,同時含水率以及無機質含量高,這樣中國的污泥資源化和能源回收效率沒有國外高。例如在設計國內焚燒爐時,由于污泥熱值低、含水率高,焚燒爐前需要加干化機、運行時需要補充熱源以求運營優化,這樣導致投資和運行費用比歐洲貴出30%。還要注意到中國各地區情況不一樣。比如北方污泥比較‘肥’。而南方污泥的有機質比較低,污泥焚燒設計要充分考慮到不同原泥的情況。

在資源回收方面,威立雅研發了鳥糞石技術。以磷為基礎的鳥糞石可在土壤中緩慢釋放氮和磷,這個技術基本上成熟了。還有生物塑料提取技術,從污泥里面提取一種高分子物質即PHA,它是可生物降解的一種原料。但這種技術目前成本比較高,資源回收成本需要注意。比如,污泥制肥的成本通常也高于最終用戶市場上直接購買肥料的花費。再比如,從污泥中回收生物塑料的成本可能是從土豆中提取生物塑料花費的2到3倍。

因此面對這種現狀,國家的政策和激勵機制非常重要。歐盟要求成員國2025年能源產出里有23%是可再生能源,這個比例到2030年要達到32%。因此污水處理廠里用污泥轉換能源是個很有發展前景的業務。中國在這方面也有一些政策,比如污泥只有達到40%干度以上才能填埋。這些政策的導向性推動了技術的發展。政府的獎勵機制,更加推動了資源回收。目前歐洲各國都有政府的相關激勵措施,水務公司自產電能銷售給電網的電價經常可以是從電網直接購電的兩倍。以法國為例,綠色電能可以以0.14歐元/度賣出而以0.07歐元/度購入。另外沼氣提純注入市政天然氣管網是一種越來越時髦的方法,在法國提純沼氣可以以0.5歐元/立方賣出,而以0.3歐元/立方購入。在中國,盡管水務公司也可以售電給電網,但因為銷售的電價與購買的電價相同,所以大多處理廠還是選擇將回收的電能廠內自用。我們盼望中國有關部門早日頒布綠色能源激勵機制。

記者:在有效處理處置污泥方面,威立雅能為行業提供怎樣的解決方案?特別是污泥焚燒方面。

宮曼麗:威立雅憑借其污水處理和污泥處置的一系列技術和運營經驗,能夠為用戶提供全方位的解決方案,將污泥轉化為資源再利用。中國的相關法規規定了污泥含固率必須達到40%才能進入垃圾填埋場。當前國內常用的有兩種污泥處理工藝,第一種是熱水解。在一些城市,脫水污泥無法在垃圾填埋場進行填埋。污泥消化結合上游先進的預處理技術如熱水解(THP),是污泥穩定化的有效方法,可使污泥含固率達到30%至65%,同時可以減少部分泥量和生產沼氣,但這種方法無法實現污泥徹底地減量化。

在這種情況下,第二種污泥處理工藝即污泥焚燒被認為是最適用的技術,我們從2006年開始一直在國內呼吁污泥焚燒。當時國內一些專家認為污泥焚燒在中國行不通。盡管它是眾多先進污泥處理技術中成本偏高的一種,但它是中國特別是大型及特大型城市的污泥的唯一出路。我們的污泥焚燒是把污泥加熱到850攝氏度,之后會釋放大量的高溫煙氣。我們從高溫煙氣中回收熱量,利用煙氣余熱來發電,或轉化成蒸汽給前端的預干化使用,這些都是能源回收的方式。香港源·區(T-PARK)污泥焚燒項目就是一個成功的污泥焚燒+發電的案例。該項目日處理能力為2000噸濕污泥,也就是約為600噸干泥,處理來自全港11座污水廠的脫水污泥,是目前全世界最大的污泥焚燒處理項目。它采用了污泥處理和熱量回收相結合的工藝。該污泥處理廠由威立雅建設運營,配備了2座14兆瓦發電機,其產生電力足夠維持處理廠的運行,產生的剩余電力則出售給電網公司,大概可輸出2兆瓦。

記者:能否請您分享一下香港T-PARK污泥焚燒項目的運營經驗?
香港T-PARK污泥焚燒廠
 
陳曉華:在污泥處理和處置究竟用什么工藝的論證上,香港政府曾委托咨詢公司做了很深入的可行性研究,即在10年間對不同的污水和污泥處理解決方案進行論證,最終推薦的解決方案就是建立一座集中式污泥焚燒廠。對于污泥焚燒廠來說,民眾的接受意愿非常重要,不然項目無法實施。所以我們打造了一座非常高大上的建筑。在香港T-PARK污泥焚燒項目設計中,考慮了很多安全因素,比如該項目的煙氣采用干式處理方法,香港環保署對處理后煙氣實行24小時實時監測,因此焚燒工程安全可靠,居民不需要顧慮二次污染問題,此外,廠區內還設立了一座環境教育中心,免費接待公眾參觀,使民眾對焚燒廠的接受起到了十分積極的作用。中國做污泥焚燒項目可借鑒這個項目上的成功經驗。威立雅作為該項目總的承包商及運營商,有豐富的相關經驗。項目設計中還考慮了可持續發展等多種因素,該廠的飲用水是海水淡化產生的飲用水,產生的廢水通過廠內一座小型處理廠處理,處理后的水回用,而產生的污泥則和外來污泥混合被燒掉。該污泥焚燒廠的一個技術挑戰是泥質的均勻性。由于香港T-PARK的污泥來自11座污水處理廠,因此污泥的均勻混合是個不容易解決的問題。該項目的污泥混合系統是借鑒了威立雅在荷蘭的一個項目經驗,做得比較成功,也很好地解決了這個困難,處理后煙氣達到歐盟2000年指令性標準。最后,T-PARK污泥焚燒后的飛灰和余渣都在隔壁垃圾填埋場進行了填埋,而不需要做為危廢處理。

宮曼麗:該污泥廠是孤島運行模式。即外界沒有任何的水、電、氣供應,外界輸入的只有污泥。除了水、電、氣自給自足外,香港焚燒項目還能夠向外輸出剩余電能。

記者:您認為對于污泥處理處置目標來說,穩定化、無害化、減量化、資源化,哪一點最重要?為什么?

宮曼麗:在污泥需要實現的四化中,穩定化、無害化是最重要的,因為污泥管理不當會二次發酵,對環境造成二次污染,因此實現污泥穩定化和無害化,最大程度降低污泥的污染風險最為重要。在穩定化、無害化解決了之后,才會涉及污泥的減量化,通過提高污泥含固率,進一步降解有機物,目前我國要求污泥達到40%干度以上才可以填埋,同時減少運輸和填埋費用,并減少填埋占地。在實現前面三點的前提下,如果條件允許可以追求污泥的資源化利用,使其變廢為寶。目前國內污泥資源化再利用才剛剛起步,還有很長的路要走。

記者:目前中國市場污泥處理處置面臨哪些行業問題與挑戰?應當如何化解?

宮曼麗:我認為當前中國污泥處理處置市場主要面臨三大挑戰。

我們從目前工作當中也發現了一些問題。首先是污泥處理處置項目建設前期,必須對需要處理的初始污泥特性有一個正確的理解,這對項目頂層設計來說至關重要。污泥特性包括原泥種類(初沉污泥、二沉污泥或混合污泥)、揮發性有機物VSS、含固率、污泥熱值LCV等。很多時候,國內業主缺乏這些數據,所以我們會根據我們的經驗,給他們一些意見。例如,中國幅員遼闊,地區差異大,污泥特性也因此各不相同。例如,北方地區污泥有機質及熱值高;南方地區污泥有機質低,但無機質和含沙量高。因此需要在正確認知污泥特性的基礎上慎重選擇技術工藝及設備材質等。

此外,公眾對污泥焚燒廠的接受程度也是一個巨大的挑戰。在國內,垃圾焚燒和污泥焚燒工程在建設之中被迫停下的情況時有發生。因此,鄰避效應問題需要政府做大量工作,要讓民眾理解了焚燒工程不會產生二次污染,化解民眾疑惑。香港T-PARK焚燒項目在這方面有很成功的經驗可以借鑒。首先香港政府把該污泥焚燒項目打造成一座高檔次、高品位的地標性建筑,在廠中專門建造了環境教育中心,每天可以供250位香港市民參觀。注冊參觀的市民中有很多是中小學生。這項舉動讓市民從小意識到污泥焚燒設施和我們是共生的互惠互利的。

最后的挑戰是高干度焚燒的相關問題。目前國家規范要求污泥填埋需要達到40%含固率,但一些城市已經開始推廣60%的含固率要求了。威立雅認為,60%含固率和污泥焚燒并不兼容。首先,60%含固率的污泥焚燒在國外也還沒有業績。歐洲處理污泥的進泥方式一般采用柱塞泵,該技術最多也只能接受45%含固率以下的污泥;而日本采用的螺旋進泥,對污泥的要求也是和原泥混合后達到40%含固率。此外,60%污泥有可能是通過投加大量無機物得到的,這種含大量無機物的污泥進入焚燒爐也不能實現體積的大幅減量。總體而言,高干度進泥需要極其苛刻的運行條件,不同含固率污泥的混合方式、流化風量設定、爐子板結問題、熱平衡等參數都需要論證,最后才能確認高干度焚燒的可行性。

記者:您認為污泥處理處置未來的技術方向與目標是什么?威立雅在這些方面做了哪些布局?

陳曉華:國內和世界各國專家有個共識,即未來污泥處理處置主要有兩個技術方向:一是污泥消化路線,包括消化和干化組合或熱水解預處理和消化相結合。這些工藝能實現污泥穩定化,無害化,減量化和資源化,它們是很好的工藝組合。二是污泥焚燒。威立雅在全世界有40多座焚燒建造業績和20多個焚燒廠的運營業績。在國內,我們正在完成鄭州新區污水廠的一座大型污泥消化項目,現在正在調試。該項目包括6座消化池,單池體積12700立方米,后接干化機,這樣污泥可實現資源化和減量化。威立雅還有一種污泥處理的技術,即污泥濕式氧化技術,這是十多年前開發出的一種無焰焚燒技術,該工藝將濃縮污泥置于高壓 45至50公斤的反應器中,然后注入純氧,反應器升溫到200-250攝氏度,污泥全部被氧化,產出少量的飛灰。歐洲一些城市目前已經采用濕式氧化法進行污泥處理處置。例如,法國和比利時現共有四到五座濕式氧化項目,其中最大的案例是比利時北部污水處理廠,規模達到150萬當量人口。可以說,在不允許污泥焚燒的情況下,濕式氧化法提供了一種更環保的焚燒替代方式。我們還在研發其它一些污泥處理的設備如提高污泥干度的設備。最后說一下各水廠也在嘗試智能化。威立雅的數字化服務工具叫做AquavistaTM,該產品結合威立雅在污水污泥處理方面的運營經驗,充分利用大數據分析平臺,且全球共享威立雅優秀的技術專家團隊指導,可以優化污水和污泥廠的投資和運營費用、及時預判和診斷問題、尋求最優解決方案。

記者:最后,面對目前政府重水輕泥的政策現狀,您對未來政府在污泥新政的建立實施上有什么建議。

陳曉華:首先,國內現有的相關政策需要加大監督力度。另外,還應有比如PPP這樣的投資的新模式來吸收社會資金,將社會資金融入污泥處理和處置工程。最后,就是進一步推廣消化和焚燒模式。我們認為未來5年污泥處理的前景是非常好的。

宮曼麗:此外,還希望國家推出行業的獎勵機制,比如綠電政策,在污泥處理得到的能源回收或者發電并網方面,希望國家能夠更加開放。

左起:威立雅水務技術市場部經理安源、威立雅水務技術亞太區市政工程設計總監陳曉華博士、威立雅水務亞太區市政工藝經理宮曼麗博士

關于陳曉華

陳曉華博士是業界公認的自來水,污水及污泥處理領域專家。自1996年前威立雅水務進入中國市場以來,一直擔任工藝設計工作。1984年本科畢業于天津大學土木工程系給水排水專業,1986年在法國高等道橋學院獲得環境技術與管理碩士,1989年在巴黎第六大學獲得水處理博士學位。在威立雅公司總部工作10年后,2003年陳曉華被總部任命為威立雅水務技術亞洲地區設計總監。上任以后,陳博士根據中國和東南亞國家的具體情況,將公司總部的很多先進處理工藝,如緊湊型水處理工藝 (如高速沉淀池,曝氣生物濾池等)、通風除臭工藝、污泥處理(消化/熱點聯產,污泥焚燒等)進行本土化的工程設計使得威立雅在中國及東南亞獲得了200多座市政水廠業績。

關于宮曼麗

宮曼麗,女,博士,亞太區市政工藝經理。畢業于哈爾濱工業大學市政環境工程學院,師從中國工程院院士任南琪教授。自2008年加入威立雅以來,一直從事污泥處理相關工藝的研發和設計工作。主要工作領域集中在污泥干化和焚燒、污泥熱水解和消化、沼氣提純和利用、除臭工藝設計等方面。

關于威立雅水務技術

威立雅水務技術為工業和市政客戶提供全面的飲用水和污水處理設施和系統的設計、建設、維護以及升級改造的服務。公司廣泛的技術組合包含在線故障診斷解決方案、蒸發結晶、能源可回收的污泥處理、先進的脫鹽工藝、實驗室水處理和移動水處理服務等。通過對工藝和運行監測的優化,威立雅水務技術幫助客戶減少水足跡,同時節約能源和化學消耗。
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主管:中華人民共和國住房和城鄉建設部
主辦:中國國際貿易促進委員會建設行業分會
國內統一刊號:CN11—4022/TU
國際統一刊號:ISSN1008—570X
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