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王凯军:污泥资源化利用的瓶颈与发展方向

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-07-03  来源:中国给水排水   作者:王凯军  浏览次数:2172

参加过好几届中国给水排水污泥论坛,讲过厌氧工艺,也系统介绍过清华大学的污泥处理处置技术和污泥焚烧热解工艺。去年讲了我们的一些实践,这次主要围绕之前的话题,看能否发现一些新的问题,跟大家一起来探讨。

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(本文根据王凯军教授在中国给水排水2019年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第十届)上的发言整理)

1、城镇污水污泥市场的政策和机遇

提起污泥处理,以前更多是环保问题和建厂本身的问题。从开启中央环保督察开始,污泥处理成为跟各厂、企业负责人的乌纱帽有密切关系的问题。在中央环保督察中,一些大的公司因为污泥问题倒闭了,很多污泥堆在厂里不敢出去,下一步污泥的处理处置问题非常严重。“水十条”中明确指出,现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造,地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。“十三五”规划中指出,“十三五”期间要新增或改造污泥(含水率80%污泥)无害化设施处置能力6万吨/日。由此可见,国家对污泥处理处置的要求非常高。我国污水处理发展非常快,十二五规划中指出要对污泥处理投资300多个亿,我国2020年污泥产量预计12万吨/日污泥,十三五期间要求新增6万吨/日处理能力,每吨污泥处理40万的投资计算,总投资额240多亿,五年内完成投资。对中央财政来讲,几千亿已经投下去了,这些钱应该也不是问题。

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我国污泥处理处置政策法规建设

关于污泥处理处置,我国已经出台了一系列的政策法规,如2000-2002年期间《城市污水处理及污染防治技术政策》和《城镇污水处理厂污染物排放标准》;2009年住建部、环保部和科技部联合出台《污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》;2010年环保部出台《污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南》、《城镇污水厂污泥处理处置技术规范(征求意见稿)》,住建部出台《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》,等等。政策明晰,国家要求明晰,资金有保证,标准也完善,为什么污泥处理、处置市场却迟迟启动不了?国家污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上,而目前的污泥处理率却只有30%,为何有这么大的差距?我们先从技术上找问题。

2、污泥处理处置技术进展和问题分析

1、厌氧工艺发展的技术瓶颈

厌氧工艺发展存在以下技术瓶颈:微生物共同体破壁非常困难;由于泥沙问题导致效率低;厌氧系统能量净输出低导致大家没有热情。

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城镇污水污泥处理处置技术进展

国内污泥厌氧消化新技术的发展与时俱进,高浓度厌氧发酵、新材料(设备)应用和水热等技术要求高的技术均已经掌握。在搅拌设备的多样性、反应器材料及形状、厌氧发酵技术、沼气利用途径等方面,我们均做了一系列的探索与实践。在搅拌设备上,最早是蛋型、立式的,后来发现做成蛋型混凝土池的搅拌设备很费钱,所以有了钢结构池型,对应的搅拌形式和设备也更加多元化了。在工艺上,863做了攻克,我们特别提出了两相的工艺和热水解等技术,且技术上都已有所突破。在沼气产物的利用上,不但可以进行发电,还能提纯沼气。可以说,国内污泥厌氧消化新技术的发展是与时俱进的,充分跟踪了国际新进展和问题分析,高浓度厌氧发酵、新材料(设备)应用和水热等高要求技术也均已掌握。

2、我国污泥堆肥技术瓶颈基本解决

在好氧堆肥上,关于臭气、氧的测定及控制等问题,我国也有长足的进步。

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我国污泥堆肥技术瓶颈及解决方案

目前国内污泥堆肥技术已基本实现了工程大型化、设备国产化、控制智能化、污泥高效稳定化的国际技术水平,基本完成了污泥好氧堆肥工艺的开发,臭气污染等环境影响在技术上也得到解决。

3、污泥喷雾干化-焚烧技术工程案例

国产化的污泥处理设备不多,我们课题组用了近十年的时间,建立了十余个大型污泥喷雾干化-焚烧技术应用工程,总计处理量超过5000t/d(80%含水率),建立1200t/d的喷雾干燥工程,这也是目前行业内最大的污泥喷雾干燥单体工程。

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污泥喷雾干化-焚烧技术工程案例

3、污泥处理处置问题的政策分析

随着污水处理事业的发展,我国污泥处理发展历程可以分为以下四个阶段:发展初期、起步期、超常规发展期与成熟期。在这些阶段,我们没有充分吸取经验,分别犯了不同的错误。

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我国污泥处理发展历程

在污水处理发展初期,天津纪庄子、北京高碑店、杭州四堡等一大批大型污水处理厂采用了正确的技术路线。到了起步期,大概从上世纪90年代中期开始,由于污水处理厂和垃圾处理同属一个部门管,在政府引导下导致污泥脱水后直接放到填埋厂了。在可研报告中,就把填埋厂作为污泥处理的最终目的地。经过很长一段时期后大家才认识到填埋厂不能作为污泥消纳厂。污水处理进入快速发展期,上世纪末开始我国引进了国外所谓的先进技术,即低负荷氧化沟技术,否定了污泥厌氧稳定,错误地选择了低负荷、高投资、高能耗的延时曝气,采用好氧污泥稳定方法。

随着技术的不断成熟和经验积累,污水处理开始进入成熟期。2010年环保部办公厅发文并指出,污水处理厂以贮存(即不处理处置)为目的将污泥运出厂界的,必须将污泥脱水至含水率50%以下。行业将该文件误读,导致全国各地全部建高干脱水设施,也要加石灰(有的甚至要加到10%)。这不是污泥减量,而是污泥增量。中国污泥处理界选择高干脱水工艺将阻碍污泥处理技术发展,导致市场上出现劣币驱逐良币的现象。我们可以思考一个问题,为什么全世界不走这个技术路线,中国却偏要走这个技术路线?这是不是一条正确的技术路线?我个人多次在会议上指出,这是一条错误的技术路线。

今年年初,天津市人民政府办公厅出台了《天津市城镇污水处理厂管理办法》,要求建设单位按照国家有关规定和标准进行污泥处置,保证污泥无害化。这也是第一个城市层面出文明确规范污泥处理的运行和规范,但把责任推给了国家,这也是一个问题。我认真学习了该设计规范,其中并没有说应该怎么办或者强制怎么办。为什么国外污泥厂都是用厌氧消化或堆肥,我国却并没有把厌氧消化和污泥堆肥作为强制性要求纳入污水处理规范?我国的标准要求达到稳定化率,但却缺乏考核方法和考核指标。现在的监督检查并不检查污泥是否稳定,是否达到40%的削减率,这也导致我国的污泥处理不上处理设施。国家职能部门和技术界能否把污泥处理的指标作为考核城市污水处理厂必备要素?

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污水处理到污泥处理后,经过脱水或者高干脱水,就会填埋或者混合焚烧。焚烧的路子不通,好氧堆肥到土地利用的路子也不是非常通顺,这就是污泥处理处置的瓶颈和障碍。

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与各种污泥处理、处置技术相关的瓶颈分析

1、污泥的土地利用

第一是业界自己的问题。通常好氧堆肥后要进行土地利用,但是几十、几百万吨的污泥要土地利用,涉及到污泥的储存、运输中转与发放。污泥发放到农民手里要几千、几万个人的行业支撑,而我们现在并没有这个行业支撑。有没有途径解决这个问题?可以从政府和企业两个方面想办法,当然两者的解决途径是完全不同的。这里给出两个案例。

以北京市以园林局为主导的相关研究为例,堆肥污泥园林利用干基用量2-4吨相对安全,每年可消纳北京城市污泥量约200万吨,仅需林地20万亩。全市有1700万亩林地,北京林地土壤有机质仅0.5-0.8%,提升到发达国家的3%,市林地土壤改良有机肥需求潜力8.5亿吨。《北京市新一轮百万亩造林绿化行动计划》到2022年,要新增森林绿地湿地面积100万亩,初步估算建设总投资约为406亿元,百万亩造林里对土壤和肥料的需求也是巨大的。从园林局的角度解决这一问题也不是不可能的。所以说,主体从水务部门变为园林部门是解决问题的钥匙。

从建国之初至今,土地政策发生了巨大的变化,土地流转是其中一个很大的变化。下面介绍一个企业利用土地流转进行沼渣沼液利用的例子。对于沼液的消纳问题,以前该企业选择把沼液拉到田间地头,并且买了沼液存储罐给当地的农民,大家很愿意使用。然而,一旦企业如果向农民收钱,农民就不愿意用了。后来该企业自己流转了2000亩土地,利用沼液进行特色种植,打造了自己的品牌。此举不仅实现了沼液的消纳,还减少了沼液脱水和处理的费用,每年可节约成本一两百万,收益更多。如果做污泥处理的人同样进行土地流转,借助市场同样可以做很多事。因此我们说,污泥资源化利用要依靠政府的手和市场的手两手发力。

2、污泥消化:世界范围污泥厌氧消化的统计

厌氧消化作为中间环节,在这里就不细说了。相对来说,农业畜禽养殖领域的厌氧消化做的比较好,我国市政行业由于在厌氧消化领域的实践不足,污泥厌氧消化处于较低的水平,在反应器的建造和设计理念上比较陈旧,远远落后于国外同行。与国内工业领域厌氧应用、农业领域沼气工程的水平的差距都较大。使得我们在温室气体减排、节能降耗上缺乏抓手。因此,要依靠全社会的力量共同推动厌氧消化,厌氧消化技术才能有比较大的发展。

3、国人对污泥干化焚烧工艺的误读

对于污泥干化焚烧工艺,国人有一系列的误读,主要体现在如下三个方面:一是认为污泥干化焚烧是一种高能耗工艺,二是认为污泥焚烧是一种高碳排放工艺,三是认为污泥焚烧特性与垃圾相同是二噁英排放源。然而在国际上,无论是欧洲、美国、日本,污泥干化-焚烧都是主导性工艺或主导工艺之一。我国政策法规也鼓励污泥焚烧,但是由于技术界的误解,导致公众对污泥干化焚烧有很大误解。最近,欧洲由于要从焚烧灰中回收磷,把协同焚烧基本取缔了,走单一焚烧的技术路线。相信几年后等我们想回收磷的时候,一定也会回到国际技术路线上来,走单独焚烧的技术路线。因为要回收磷,焚烧可能是最经济的方式。

最后,我想说污泥处理处置的障碍不仅仅来源于技术、政策,更多是业界自己存在障碍,所谓“破山中贼易,破心中贼难”。谢谢大家!

【提问】

提问:您讲污泥无害化处理后是重要的资源。在污泥工艺处理处置上,焚烧是一个比较大的方向。一方面污泥作为一种资源应该对其进行二次利用,另一方面污泥焚烧以后资源价值就会大大降低,我们应如何权衡这个问题?如何把握污泥今后的处置方向?

王凯军:污泥最终的处理路径主要有两个,一是回到土地,二是作为建材等固体回收。要因地制宜,根据不同地区的土地情况和经济发展条件来决定如何处理处置。在长三角、珠三角和一些大型省会城市,土地资源短缺,污泥焚烧可能是主要的技术方向。而焚烧并不代表资源化利用率低了,因为在这个过程中仍有多种资源可以回收。第一,国外作为磷回收的主要技术途径现在才开始;第二,焚烧后的灰用来做建材比原污泥更加有利,也比没有焚烧完利用更加经济,作为建材的回收利用是更好的。我们现在做建材基本上跟制砖放在一起,而制砖要再烧一次,这对污染的控制还是存在一定问题的。在地级市及以下地区或土地资源丰富的地区,污泥处理处置政策可以分两类:一是农业直接利用,二是林业、园林的利用。两类利用情况不一样,标准也不太一样。污泥大部分进入林业直接利用,只有在非常安全可靠的情况下,才能进入农业直接利用。

 

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