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污泥焚烧或成大势所趋,独立焚烧or掺烧,谁能C位出道?

时间:2020-05-21 09:15

来源:北极星水处理网

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  2019年污染防治攻坚战取得关键性进展,水环境治理作为“重头戏”成果卓然。2020年作为污染防治攻坚战的决胜之年以及保障“十四五”顺利起航的奠基之年,污染防治将力度不减。而如何巩固“战果”进一步打赢碧水保卫战,污泥处置也身居要位,成为不可或缺的重要一环。

  无害化处置率低,污泥出路难题待解

  随着污染防治攻坚战的推进,我国污水处理率已超过90%,作为污水处理重要副产物的污泥也伴随污水处理规模的扩大而大量产生。但与高污水处理率形成鲜明对比的则是低于30%的污泥无害化处置率。根据《“十三五”生态环境保护规划》目标的明确指示,2020年底前,地级及以上城市污泥无害化处理处置率将达到90%,污泥处置走出“泥泞“困境已刻不容缓。

  据统计,我国目前污水处理总量大约2亿吨/天,粗算产生湿污泥量约为20万吨/天,产量惊人。但由于行业内长期“重水轻泥”,我国每年产生的大量污泥中,约3000万吨没有得到妥善安置,形势不容乐观,污泥处置成为制约污水处理厂良性发展的重要瓶颈。

  相关研究认为,2020年我国市政污泥年产量将达到6000万吨至9000万吨。在污泥处置缺口日趋增大的趋势下,如何拓展污泥处置市场,探索污泥资源化利用技术,是污水处理行业创新突破的必经之路。如何打通污水处理“最后一公里”,为污泥处置寻找一条合适的出路成为亟待解决的难题。

  污泥处置技术多点开花,污泥焚烧成大势所趋

  近年来,污泥已经从过去单一的填埋处置转变为填埋与农艺运用、焚烧消化等兼而用之的多种处置方式。其中,污泥“丢弃”( 如填埋、农用) 是最为简单和经济的方式,在“地大物博”的中国,污泥“丢弃率”高达70%以上。从经济性及操作难易程度等方面考虑,“丢弃”固然备受青睐,但受空间和农业的限制,我国现有的填埋场将满负荷运行。没有足够可持续接纳污泥的填埋场地,技术路线也是临时过渡性的,且填埋也不符合我国提倡的无废城市理念及未来发展趋势。另外,据一些园林绿化公司反馈,污泥对植物生长的作用远比不上肥料,而且黏稠、味重,因此园林绿化公司免费接收并不积极。由此可见,污泥填埋及农用并非污泥处置长期可行的最佳方式。

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数据来源:GEP Research报告

  通常认为,污泥焚烧投资与运行费用太高,易造成大气污染,一般首先考虑堆肥和消化。但是,污泥堆肥出路有限,厌氧消化后仍有 50%~70% 的污泥有机物残留,不得不再增加焚烧环节进行最终处置。鉴于此,专家郝晓地曾表示,污泥采取“低端”丢弃方式变得日益艰难,不如直接走向“高端”,即焚烧。

  清华大学教授王凯军也曾指出,长期以来,国人对污泥干化焚烧工艺存在误读,普遍认为它是一种高能耗工艺和高碳排放工艺。实际上,国际上污泥焚烧能量可以达到自给,从不同工艺能耗来看,焚烧工艺(~100kW/t)与堆肥工艺(>100kW/t)相当。焚烧能够实现彻底处理和处置,而堆肥后续需要考虑储存、运输等能耗。而且,污泥中的有机质焚烧是碳中性的。

  此外,人们还误认为污泥焚烧特性与垃圾相同是二噁英排放源,而事实上,污泥排放的二噁英远远低于垃圾排放的二噁英。日本京都大学某教授对日本各个污染源的二噁英年排放量进行统计显示,污泥燃烧产生的二噁英量基本与汽车尾气在同一个标准,远远低于城市垃圾焚烧。同时,在对国内两个污泥焚烧示范工程的监测中发现,二噁英的排放量也相对较低。

  污泥焚烧是将污泥中的有机物在高温条件下氧化分解为二氧化碳和水,同时回收热能,能实现污泥的无害化治理与资源化利用,可最大限度减少污泥的体积,杀死一切病原体,解决污泥的恶臭问题,是最为彻底的污泥处置方式。另一方面,经过脱水的污泥热值相当于褐煤的水平,可以回收能量用于发电和供热,实现能源最大化利用,降低处理成本。

  尤其自疫情发生以来,粪口传播成为人们需要高度警惕的病毒传播途径。1月30日,钟南山院士在采访中提醒,要高度警惕新型冠状病毒粪口传播的问题;2月1日,深圳市第三人民医院透露,在某些新型冠状病毒感染的肺炎确诊患者的粪便中检测出新型冠状病毒核酸阳性,很有可能提示粪便中会有病毒的存在。

  因此,对于城镇污水处理领域,从进水到出水的流程中,很多工段都存在着病毒扩散传播的风险。

  众所周知,污泥由于富含营养物质,是细菌和病毒的良好营养基。污泥中富集了污水中的污染物,包括病毒微生物、寄生虫、重金属等有害物质。防范疫情的特殊时期,针对富集病毒的市政污泥,最科学、安全、合理的处理方式就是采用焚烧方式,彻底杀灭病毒,阻断进一步传播的可能性。

  国内外污泥处置情况概览,污泥焚烧或迎来跨越式发展

  污泥焚烧在世界上已有70多年的发展历史。1934年,美国密西根Dearborn 安装有记录的第一台污泥焚烧炉,1962年,德国率先建设并开始运行欧洲第一座污泥焚烧厂。目前,污泥焚烧在国外已有较多工程应用,为了适应污泥焚烧特性和控制环境污染,国外多倾向于单独建设污泥焚烧厂,采用适合污泥焚烧的工艺和炉型。尤其在日本,污泥焚烧技术已经相当普及,其设计、建设、运营经验已成为标准化模式,十分成熟,其污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的60%以上,欧盟也在10%以上。

  在美国,每年产生的干污泥总量约700万t,其中15%~22%进入同步焚烧系统进行无害化处理。值得一提的是,美国几乎所有的污泥焚烧系统都建在污水厂内,污泥无需转运。

  在欧洲,由于污泥填埋标准提高,部分国家已禁止填埋或用于农业,污泥焚烧比例较高。其中2010年~2011年污泥焚烧比例超过50% 的国家有荷兰(99%)、比利时(86%)、瑞士(59%)、斯洛文尼亚(58%)、德国(55%)。欧洲焚烧工艺路线与国内相同,均采用干化后焚烧,2010年污泥干化厂已超过450座。

  在日本,焚烧法处置污泥发展迅速,规模较大的污水处理厂大都采用焚烧法处理污泥,截止至2009年焚烧炉使用台数已达707台,以回转式(408台) 及流化床(253台) 为主。据统计,2011年日本全国污水处理厂污泥产生量为222 万t(以干固计算),其中污泥焚烧比例高达66.9%。

  上海城市建设设计研究总院(集团)有限公司唐建国总工在近日的文章中提到,过去十年,德国的污泥产量呈下降趋势,从2008年的205万t下降到2017年为171万t,但污泥焚烧处理率却从2008年的52.6%(108万t)上升到2017年的69.5%(119万t)。

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德国污泥处置情况

  目前德国现有独立焚烧设施年处理规模为66.8万t,受各种因素影响,实际能够发挥的年处理能力约50万t。通过技术改造和扩容等,至2021年可以再增加14.3万t。

  而在中国,虽然污泥焚烧所占比例尚低,但越来越多的专家倾向于将污泥焚烧作为污泥处置的最终出路。

  另外, 从政策层面,我国对污泥进行焚烧处理是持支持态度的。自2009年以来,我国环保部、住建部、科技部等国家部委纷纷颁布了《污泥处理处置及污染防治技术政策》、《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》等多项与污泥处理处置相关的政策、规范及标准,明确了污泥干化焚烧技术在我国的定位及应用条件。其中,《污泥处理处置及污染防治技术政策》(2009年)明确提出:经济较为发达的大中城市,可采用污泥焚烧工艺,鼓励污泥焚烧厂与垃圾焚烧厂合建。该技术政策的颁布,促进了污泥干化焚烧项目的建设。

  污泥焚烧相关政策

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  污泥焚烧成功案例不断涌现,单独焚烧or掺烧,谁能C位出道?

  污泥焚烧作为实现污泥最大减量化的一种手段,可根据污泥热值情况,进行单独焚烧或者混合掺烧,方式相对比较灵活。例如上海石洞口污水处理厂就采用了独立污泥焚烧处置系统焚烧污泥。上海石洞口污泥干化焚烧项目是我国运行较早的工程,该项目处理量为180t/d,采用流化床干化系统和流化床焚烧系统相结合的工艺流程。随后浙江部分地区陆续新建污泥单独焚烧工程,主要采用雾化干燥联合回转式焚烧炉的方法,其处理量在300~600t/d 不等。

  2019年12月16日22时,白龙港污泥二期工程焚烧炉成功点火并进泥,这宣告了世界上一次性建成的最大规模污泥单独干化焚烧项目第三单元成功完成焚烧炉进泥系统测试。其他地域焚烧污泥所采用的方式有:压滤污泥后直接焚烧,污泥干化后焚烧,将污泥与生活垃圾、工业垃圾、煤一同燃烧等,如浙江长兴电厂燃煤耦合污泥发电工程、萧山4000吨/日市政污泥处理项目等。

  为实现减量化、无害化、资源化的污泥处理处置目标,近年来我国加紧了污泥处置技术的研究和探索,特别是在污泥焚烧发电方面。

  作为目前全球最大的污泥焚烧厂T•PARK,如今已经同步实现了污泥处理、发电、海水淡化、污水处理等要求,污泥减量率可以达到9成以上,在能源方面可以做到自给自足,并输出能源。

  T·Park项目采用先进的流化床焚烧技术,共4个焚烧炉一同作业。污泥经过高温焚烧后,剩余的底灰和残渣只有原来的10%,从而大大减少了填埋区的负荷。污泥焚烧过程可将热能转化为电力,并入公共电网后可供给4000户居民,实现资源化能量利用。

  据了解,国内现已运行的污泥焚烧炉多为流化床焚烧炉,其工作原理是燃料和物料在炉膛内流化空气的作用下呈流化状态,燃料在流化状态下燃烧。流化床焚烧炉具有很大的热容量和良好的物料混合,对燃料的适应性强,床内强烈的湍流和物料循环,可增加燃烧的停留时间,因此燃料燃烧充分、彻底,燃烧效率高,更适合我国污泥高水分低热值的特性。

  如果说T·PARK项目开创了纯污泥焚烧发电项目的先河,那么已稳定运行一年有余,年处理污泥27.5万吨(按含水率80%计),年发电量3325万千瓦时的辛集污泥焚烧发电项目同样备受关注。

  2018年10月,河北辛集污泥集中焚烧发电处置中心一期项目正式并网发电,成为全球两大纯污泥焚烧发电项目之一,作为河北省重点建设的环保示范项目及内地首例纯污泥焚烧发电项目比肩T·PARK项目。辛集污泥集中焚烧发电处置中心的投运,使辛集这座曾经深受“污泥围城“困扰的皮革城实现“华丽转身”,成为污泥资源化领域的典范,并形成了污泥处理处置的“辛集模式“。那么,“辛集模式”何以领先?

  与T·PARK项目同样,辛集污泥集中焚烧发电处置中心一期项目在焚烧设备上同样采用了流化床焚烧炉,保证了燃料燃烧充分、彻底。技术上,项目采用了上海国惠集团的SL-STPTM污泥资源化处理技术,对辛集市制革工业区、城市污水处理厂产生的工业污泥和市政污泥进行改性脱水、燃料制作、氧化焚烧处理,不添加生石灰、铁盐、铝盐,不利用外部热源进行热干化,最大程度地保留了污泥所含的热值。

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污泥资源化利用、烟气及成本问题

  那么,对于大家最为关注的污泥资源化利用、烟气及成本问题,项目又是怎样的呢?

  据了解,在氧化焚烧环节,项目采用“三 T”控制技术,确保污泥燃烧充分、彻底,飞灰产生量小,烟气在焚烧炉中停留时间为 4-6 秒,焚烧温度为 1100℃以上,从源头上有效控制二噁英的产生。污泥焚烧后剩下的灰渣,体积只剩原污泥量的 5%左右,可制作成生态砖等建材,从而形成了良性的污泥闭环处理处置。厂区所产生的所有污水经处理后可用作灌溉、冲厕及清洁,实现充分回用,不外排到河湖,达到“零排放”的目标。每年可为国家节约标准煤2.84万吨,减少二氧化碳排放7.89万吨,减少二氧化硫排放573吨,减少氮氧化物排放229吨。而污泥真的变废为“宝”,被用来焚烧、发电、供汽,彻底解决了“污泥围城”的行业乱象。

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  综观现有污泥处理处置技术,多为只解决局部问题的单元技术,着眼全链条的成熟可行技术少之又少。同济大学教授戴晓虎曾指出,单元技术的衔接及全链条解决方案是未来发展的重点。

  可以说,在污泥混烧受焚烧锅炉的热效率、尾气排放、水泥产品质量等较大影响而应用范围受限的形势下,污泥独立焚烧发电作为聚焦污泥处置全链条的技术,或将为未来污泥处置提供一种新的思路和合适的出路。

  也正是鉴于技术的成熟性与先进性,日前,SL-STPTM污泥资源化处理技术已成功入选生态环境部环境发展中心发布的《“无废城市”建设试点先进适用技术(第一批)》及中国首部《生态治理蓝皮书:中国生态治理发展报告(2019-2020)》。

  河北环保联合会副会长兼秘书长王路光表示,辛集污泥集中焚烧发电处置中心项目成功并网发电,不仅可以有效处理辛集市工业、生活污泥,还将解决周边县市的污泥处置难题。同时,该项目还为破解困扰城市可持续发展的“污泥围城”难题提供了可借鉴的生动实践。

  SL-STPTM污泥资源化处理技术由国惠集团自主研发,此污泥生态治理新模式对整个污泥处理处置行业具有重要示范推广意义。如今,国惠集团打造的“辛集模式”正在全国范围内复制推广,更多污泥焚烧发电厂正在紧锣密鼓筹建中,国惠集团携SL-STPTM污泥资源化处理技术布局全国的蓝图正徐徐展开。

  综上所述,总体上,我国污泥处理处置整体发展还存在着处理率低、技术路线生搬硬套、监管难等各种问题。在污泥处置市场将全面爆发的现在及未来,污泥焚烧能否成为污泥处置的最终出路,污泥单独焚烧能否C位出道,需要市场反复的验证,需要时间的长时间洗涤,我们拭目以待。

编辑:徐冰冰

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