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李成江透过经典示范工程——看我国污泥处理处置技术发展方向

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时间:2022-09-19 02:26:14 作者:ag真人客户端下载 来源:ag真人平台官方网站

  前言:高视角总结我国污泥处置技术现状,结合国内几个引人注目的经典示范工程,前瞻性地指出我国污泥处理处置技术发展方向——污泥处理从减容、减量、稳定化、无害化向资源化过渡发展;选择污泥处理处置工艺路线要因地制宜,在一座城市可有几种方式,实现互补。

  (本文根据作者在“第七届中国城镇污泥处理处置技术与应用”会议报告整理)一、污泥处理处置现状▶  目前,各种污泥处理主流工艺在国内都有不少应用案例,普及程度低。▶  总体看,形式单一,稳定化、减量化程度不高。部分城市污泥处理主流工艺仍为浓缩脱水外运,脱水污泥含水率为50--80%左右,减量化、稳定化效果不明显。后续处置问题多,目前应用较多的深度脱水没解决稳定化问题,仅为过渡方案。▶  污泥处理处置能力不足,污泥处理处于建设的普及阶段。▶  污泥处理处置关键技术与设备还不能满足工程的需要;污泥深度脱水技术与设备的开发(降低药耗减少二次污染);污泥消化技术需进一步优化提高;各种堆肥技术与设备的开发;污泥热干化、焚烧技术与设备的集成开发;污泥堆肥后土地利用的潜在环境风险跟踪研究。

  污泥处理处置途径▶  国内污泥处理主要单元技术有;污泥热水解预处理、厌氧消化、深度脱水、好氧堆肥、热干化、单独焚烧、协同焚烧、石灰稳定等。▶  在技术路线选择上,应综合考虑污泥泥质特征、当地的土地资源、环境背景状况、经济社会发展水平等因素,在减容、减量、稳定化、无害化基础上充分考虑资源化。因地制宜地确定本地区的污泥处置方式或组合。目前污泥处置的主要方向

  ▶  南方大城市以污泥干化、焚烧填埋或建材利用为主,堆肥土地利用(绿化为主途径)为辅(深圳、杭州、上海、重庆)▶  北方大城市以污泥厌氧消化、干化综合利用为主、堆肥土地利用为辅。(北京、天津、长春、青岛)

  ▶  高温热水解预处理——厌氧消化—深度脱水—高温好氧发酵—土地利用▶  高温热水解预处理—厌氧消化—深度脱水--干化—土地利用/建材利用▶  脱水污泥--高温好氧发酵—土地利用▶  污泥热解—回收蛋白—深度脱水—绿化用土/建材用土/燃料▶  污泥干化--焚烧—建材利用/填埋

  ▶  石灰处理/改性—土地利用二、经典示范工程1污泥厌氧消化1)天津市津南污水厂高浓度污泥厌氧消化(循环经济示范工程)津南污水处理厂近期污水55万m3/d、污泥800t/d(含水率80%)▶  污泥处理工艺:高浓度污泥厌氧消化+板框脱水+干化▶  干化后产生含水率40%的污泥202t/d,交天津市环境建设投资有限公司作为生产有机肥料的原料。▶  污泥脱水和消化产生的高浓度滤液2000m3/d,采用“磷酸铵镁除磷+ANAMMOX菌脱氮”工艺,处理后出水排至津南污水厂进水区进行再处理。除磷产生的鸟粪石500t/d,作为肥料外售。▶  本项目厂区占地面积6公顷,投资约59963万元

  2)长沙污泥集中处置工程---高温热水解厌氧消化规模500m3/d,其中餐厨垃圾66m3/d,混合污泥有机物含量53%▶  提高消化速率,减小污泥消化时间,污泥的流动性更强,可提高进入消化池污泥浓度,减小消化池容积约40-50%▶  污泥处于高温、高压环境下,细菌、病毒等基本均被灭活,因此经消化处理后的污泥细菌指标可达到美国EPA503中A级农用标准;▶  提高可溶解COD,沼气量得到较大的提高,沼气中H2S的含量更低,更有利于沼气的利用,消化过程中泡沫的产生量极少,污泥臭味小;▶  热水解消化后的污泥,经板框脱水含固率可以达到40%,可以减少污泥热干化的蒸发量。▶  工程总投资37785.36万元▶  单位生产成本347.9元/吨湿污泥▶  单位经营成本161.36元/吨湿污泥长沙污泥集中处置工程污泥厌氧消化工艺总结

  ▶  污泥厌氧消化技术是一种有效、低成本的污泥稳定化技术,随着国内污泥有机质含量的升高+污泥厌氧消化技术的提高,工程应用逐步增加。原因,生物能回收率高、碳减排、综合成本低、环境友好。▶  随着民众环境意识的增强。污泥厌氧消化系统建在污水厂内,比单独建设污泥处理厂更容易实施。▶  高浓度污泥厌氧消化、高温热水解污泥厌氧消化在一段时间会共同发展。▶  加快工艺与设备国产化将促进该技术的发展。▶  高效污泥厌氧消化+高效脱水+干化的污泥解决方案系统完整、适应面宽。▶  投资与运行成本接近污泥好氧堆肥。碳减排量更大,碳足迹更低。2污泥深度脱水▶  当污泥含固率要求达到30-50%时,一般采用板框脱水机,污泥的调理需要加石灰、无机絮凝剂。目前国内正在开展这方面的研究与示范,已实施了多项工程。同时,通过其他方式降低污泥表面吸水性减少调理剂用量的污泥深度脱水方法也在不断诞生,如,臭氧氧化+催化污泥深度脱水、污泥碱式热水解深度脱水技术、低温碳化技术等。

  臭氧氧化+催化污泥深度脱水项目,脱水污泥含水率小于60%。体会常温臭氧氧化+催化、污泥碱性热水解二种污泥深度技术脱水仅需按常规加药量都可使污泥含水小于60%,在满足深度脱水要求前提下为污泥后续处理留有更多选择。

  热干化实例国内某240t污泥/d的二段干化工程,投资1.8亿元,热源用天然气。 国内某100t污泥/d的二段干化工程,投资1.4亿元,(包括二期100t污泥/d的厂房)热源为垃圾焚烧厂的蒸汽,经营成本246元/ t污泥。 国内某400t污泥/d的带式干化工程,初步设计概算为18634万元,单位生产成本为303元/吨湿污泥占地0.95公顷。 干化热源热电厂的烟气转换成90℃的热水,将湿污泥干化至60%含固率后填埋。

  100t/d循环流化床一体化污泥焚烧炉污泥干化焚烧体会与问题▶  在土地资源稀缺与人口密度较高东部区域干化焚烧是污泥处理处置的重要出路。▶  污泥焚烧选址困难(在污水厂内、协同焚烧)▶  加强工艺与设备成套技术研发有利于推进工程应用▶  设备制造与投资结合是技术产业化的主要力量三、污泥处理技术发展方向1、日本的污水高效分离+污泥高效高温消化日本的污泥处理处置基本上以焚烧后建材利用或填埋为主,总体污泥利用率2010年为77%,2010年内阁会议要求到2020年污泥的综合利用率达到85%,并以回收生物能为资源化利用的主要途径,优先采用节能高效的污泥浓缩、高效率厌氧消化,消化污泥脱水后经固体燃料化变成燃料或肥料。

  日本最新开发的污水处理新技术示范工程;污水采用高效分离提高SS去除率,可大大节省二级生物处理的能耗,同时增加污泥产量,污泥处理采用高效高温厌氧消化(在厌氧消化罐投加填料、温度50度左右),全系统生物质回收量增加,能耗大大降低,建设费用与运行成本也相应降低。分别为,建设费用降低25%,运营费用降低38%,温室气体降低44%、电力使用量减少58%的增和效果。

  污泥高温热水解加厌氧消化,脱水污泥干化后可以做肥料或燃料。与传统厌氧消化比,污泥中N、P含量明显增加,原来的N含量是2.6%, P是4.69%,现在是9.14和18.36%,肥效明显提高。

  资料显示一般污泥好氧发酵,发酵温度最高不超过80℃,本技术可通过YM细菌分解有机物自然发热至120℃,一般运行温度为90℃-120℃。

  由于发酵温度高,水分得到充分蒸发,发酵后含水率低于35%。同时发酵彻底,剩余物质少,减量可达80%。一般好氧发酵减量不超过50%,发酵时还需添加秸秆等辅料,处理后污泥体积基本未减少。污泥超高温好氧发酵不需添加任何辅料,成本低。

  YM菌超高温发酵只需把发酵后的产物与污泥混合,经过适宜的发酵周期即可完成发酵,发酵不需添加任何辅料,成本相应降低。

  污泥超高温好氧发酵项目四、污泥处理处置的发展▶  污泥排放的严格监管是污泥处理处置的前提与动力▶  选择污泥处理处置工艺路线要因地制宜,在一座城市可有几种方式,实现互补。▶  近几年污泥处理的技术研讨与工程实践为污泥处理工程的普及建设起到了指导作用▶  随着碳减排要求的提高,污泥处理从减容、减量、稳定化、无害化向资源化过渡发展技术发展方向▶  污泥热水解厌氧消化▶  高浓度污泥厌氧消化▶  高效污泥脱水技术▶  污泥碳化技术▶  污泥干化/焚烧▶  污泥高效堆肥技术▶  高氨氮污水厌氧氨氧化▶  回收消化液氮、磷的技术

  《中国给水排水》是面向全国给水排水和环境工程界的专业性科技期刊,具有较高的理论导向性和较强的工程实践性,被称为中国水行业的“首席杂志”、中文核心期刊、“中国百强科技期刊”中国精品科技期刊、中国科学引文数据库来源期刊(CSTP)。

  目前我国的污水处理事业得到了空前的发展,各种污水处理技术得到了广泛的应用,污水处理技术的发展经历了九十年代前的自主研发到九十年代后的引进消化吸收及目前以自主创新为主的发展过程。目前我国的污水处理技术水平已接近发达国家,截至2014年底,全国设市城市、县累计建成污水处理厂3717座,污水处理能力约1.57亿立方米/日。累计处理污水480.6亿立方米,运行负荷率达到84.1%。 截至2013年底,全国污泥处理处置设施建设规模仅完成43.4%。

  污泥处理处置项目大多与污水厂建设脱节,污泥处理处置没能同污水处理一样严格执行量化考核,是导致污泥处理处置建设滞后的主要原因。按照国务院办公厅印发的《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》,到2015年,直辖市、省会城市和计划单列市的污泥无害化处理处置率达到80%,其他设市城市达到70%,县城及重点镇达到30%。但住建部关于全国城镇污水处理设施2013年底建设和运行情况的通报,污泥处理处置设施建设规模仅完成43.4%。

  针对污泥处理处置严重不足对环境带来的危害,污泥处理处置建设已经提上政府的议事日程。国家相关部门、行业协会、相关研究部门及企业,自2010年前后广泛开展污泥处理处置技术的研究与学术交流,经过近几年探索论证,国内污泥处理处置方向基本明确,相应的法规、技术标准正在不断完善,结合中国国情充分借鉴国外成功经验的污泥处理处置工程的正在开始规划建设。按目前的建设速度污泥处理率在“十三五”期间会有大幅提高,但是,要达到“十二五”规划提出的目标还需作出很大努力,所以“十三五”是污泥处理处置建设高峰期,世界先进的污泥处理技术将会得到广泛采用,从而将我国的污泥处理技术提高到一崭新水平。

  国内污泥厌氧消化处理起步于1984年建成的天津市纪庄子污水处理厂污泥厌氧消化,之后,准许使用国际金融组织、外国政府和设备供应商的优惠贷款,引进国外先进技术和设备,由此推动了一大批城市污水处理厂与污泥厌氧消化设施的同步建成。截至到2013年国内建成的污泥厌氧消化设施近60套,占全国设市城市、县累计建成污水处理厂3513座的1.7%;污泥好堆肥的研究与示范起步较早,已建成工程多在2009年之后,污泥好氧堆肥是目前应用最广处理污泥量最大的技术。近些年在国内某些城市还相继建成了热电厂、垃圾焚烧厂及水泥厂伴烧污泥以及污泥单独焚烧的工程项目。这些项目涵盖了污泥处理的主要方向,因工程是近几年建成的,其工艺技术水平与发达国家相近。

  当前我国污泥政策多集中在技术政策或技术指南等细节性政策上,而推动行业快速发展的关键政策至今仍不完善。污泥是个社会问题,涉及环保、建设、农业、国土以及发改等多个部门,一个部门无法单独解决问题,应有协调机制,明确各部门的责任。其次,应建立考核机制,或与已有考核机制挂钩,明确奖惩。众所周知,我国污水处理行业在“十一五”和“十二五”期间发展迅速,建成投入运行的三千多座污水处理厂为水污染控制发挥了根本性作用。取得这样的成果,固然有水污染压力的原因,但部门职责明确以及关键政策到位发挥了重要作用。

  污泥处理形式单一,稳定化、减量化程度不高。大部分城市污泥处理主流工艺仍为浓缩脱水外运,脱水污泥含水率为80%左右,减量化效果不明显。后续运输处置问题多,2010年环境保护部办公厅文件《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》(环办[2010]157号) 要求;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。此后国内建成大量污泥深度脱水项目,深度脱水不解决稳定化问题,仅为过渡方案。

  污泥处理处置设施能力不足。目前污水的处理设施建设尚在加强普及阶段,污泥处理处于:由技术选择,到试点建设的起步阶段。,建成数量远不能满足处理要求。

  污泥处理处置关键技术与设备还不能满足工程的需要,污泥深度脱水技术与设备的开发(降低药耗减少二次污染);污泥消化技术需进一步优化提高;各种堆肥技术与设备的开发;污泥热干化、焚烧技术与设备的集成开发;污泥堆肥后土地利用的潜在环境风险跟踪研究。

  经过近几年探索论证,国内污泥处理处置方向基本明确,污泥处理技术路线有污泥热水解预处理、厌氧消化、好氧堆肥、焚烧、热干化、石灰稳定等。在技术路线选择上,应综合考虑污泥泥质特征、当地的土地资源、环境背景状况、经济社会发展水平等因素,因地制宜的确定本地区的污泥处置方式或组合。

  1) 污泥中有机质高效利用,回收CH4,减少电能或热能消耗,减少温室气体排放,实现能量和物质的双重利用。

  2) 符合“低碳经济、循环利用、节能降耗、安全环保、稳妥可靠”的规划思想。

  5) 受污泥中有机质成分限制,干化过程中热能大多不能平衡,需要外补热量。

  除上述3)、7)外,其他同上,污泥不采用高温热水解预处理时,消化后污泥宜采用高温好氧发酵堆肥处理才适合农业利用。

  1) 污泥中能量和无机物的回收减少建材企业中化石能源和粘土资源的消耗。利用水泥厂/砖厂的废气余热,可为污泥干化提供热量。

  3) 污泥中含有较高的污染物质,污水处理厂内建设用地紧张,而当地可供填埋的场地时,可采用。

  污水处理技术的发展经历了九十年代前的自主研发到九十年代后的引进消化吸收及目前以自主创新为主的发展过程,引进消化吸收与自主创新大大加快了我国污水处理事业的发展,目前我国的污水处理技术水平已接近发达国家。至今,我国已能采用当今先进的处理工艺建造大、中、小型污水处理厂。1996年后开工建设的污水厂多为国内自行设计、施工。大量污水厂项目的实施迅速提高了设计院及设备制造商的技术水平。在污泥处理处置方面,由于受政策、资金、技术的影响,污水厂于污泥处理没能同步建设。近几年受污泥处理处置建设项目的拉动污泥处理技术与设备的开发才真正加大投入,成果产出显著。目前国内污泥处理的技术与设备水平虽然能满足部分建设项目的需要,但是,总体水平与能力还不足。具体情况如下;

  在污泥处理方面,引进技术与设备建造的多套污泥厌氧消化系统为污泥厌氧处理技术的自行设计奠定了基础,目前,设计院可以独立设计柱状、卵形消化池及工艺设备系统。厌氧消化设备在我国有近30年(引进国外设备有近20年)的使用时间,但是,国内能够系统提供厌氧技术与设备的生产商很少。多依靠引进技术与设备。尤其近年来污泥厌氧技术有很大发展,如高浓度厌氧消化、污泥热水解厌氧消化等新型厌氧消化技术,有力促进了厌氧技术的发展,随着国内节能减排及发展循环经济的深入开展,厌氧消化作为可回收生物质能源、能源使用品位高、碳足迹最低的污泥处理技术,在国内会大量被采用,国内新开工建设的污泥厌氧消化系统多采用了新型厌氧消化技术。

  污泥好堆肥的研究与示范起步较早,采用国内技术与设备建成的污泥好氧堆肥工程多在2009年之后,由于污泥堆肥设备相对简单,国内有多家设备供应商能提供技术与设备,但是,设备的系统性、整体质量的可靠性与国外厂家还有差距,尤其是翻抛设备和控制部分,另外,新型的膜覆盖堆肥技术我们还不掌握,所以,在污泥好氧堆肥技术与设备方面还需要引进消化吸收与自主创新。污泥好氧堆肥是目前应用最广处理技术,遵照土地利用优先的污泥处置方向,需要建设大量的污泥堆肥工程。

  近几年依靠国内与国外技术与设备结合的集成方式,在国内建成了几座污泥焚烧厂,代表性工程有温州污泥焚烧厂240吨/日、成都污泥焚烧厂400吨/日,工程中的污泥配送、干化、焚烧炉多为国外产品,其它是国产设备。主要以国产设备(干化、焚烧炉)建成的焚烧厂也有一定数量。我国的自主开发的循环流化床焚烧炉技术成熟、产品质量稳定,能满足污泥焚烧的需要。总体而言,污泥干化与焚烧工艺采用的设备数量多,复杂程度高,技术开发难度大,设备与国外存在差距。污泥干化与焚烧是污泥处理的重要工艺之一,在不具备土地利用条件的项目上会得到应用。如大型城市、人多地少的南方地区采用污泥干化与焚烧的条件更具备,如深圳污泥处理主要采用污泥焚烧与干化的方式,污泥好氧发酵堆肥处理所占比重很低。上海污泥处理已建成石洞口、竹园二座焚烧厂。江苏与浙江二省的污泥采用电厂伴烧的比重较高。所以,污泥采用单独干化或干化污泥焚烧的项目也数量可观。而污泥热干化在各种处理工艺中会有较高的使用频率。

  高温热水解是近些年来研发出的污泥预处理新技术,国外称高温热水解+厌氧消化称作高级厌氧消化技术,目前国内已开发出高温热水解-回收蛋白质—深度脱水(含固率40—60%)和高温热水解+厌氧消化的技术,利用以上技术建造的污泥处理处置工程已在正常运行。高温热水解技术的主要特点有;提高消化速率,减小污泥消化时间,污泥的流动性更强,可提高进入消化池污泥浓度,减小消化池容积40-50% ;污泥处于高温,高压环境下,细菌、病毒等基本均被灭活,因此经消化处理后的污泥细菌指标可达到美国EPA503中A级农用标准;提高可溶解COD,沼气量得到较大的提高,沼气中H2S的含量更低,更有利于沼气的利用,消化过程中泡沫的产生量极少;经高温处理后的污泥臭味极小,污泥进一步处理环境更好,且处理后污泥可满足更多种污泥处置要求;热水解消化后的污泥,经板框脱水含固率可以达到40%,可以减少污泥热干化的蒸发量。由于该技术的绿色、环保性好,国外、国内技术都有发挥作用的天地。

  我国污泥处理引进项目的设备装备质量好,可靠程度高,系统综合性能好。近年来,国内污泥设备制造商加快自主创新,并消化吸收国外的技术,生产的设备种类、性能大大提高,现在可以部分提供污泥处理处置所用的主要定型和非标设备,但在设备的制造水平、性能、质量上与国外产品存在差异 。电气设备多为大型企业制造的产品,也有合资、独资企业的产品,质量过关 。仪表控制从硬件到软件开发,国内公司提供的产品基本能满足工程的需要。经过近十几年大规模污水处理厂建设,目前国内污水厂设备制造商提供的产品技术含量明显提高,为转型制造污泥处理处置设备打下了坚实基础。

  按照国务院办公厅印发的《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》确定的各项建设任务,,到2015年,直辖市、省会城市和计划单列市的污泥无害化处理处置率达到80%,其他设市城市达到70%,县城及重点镇达到30%。但住建部关于全国城镇污水处理设施2012年第四季度建设和运行情况的通报中明确提出:截至2012年底,污泥处理处置设施建设规模仅完成26.9%。

  污泥处理处置设施建设缓慢,但污泥产生量正在快速增长。根据2011年《中国城市建设统计年鉴》中城市污水处理厂处理水量及产生的干污泥量(含水率0%)折算,每处理1万吨污水,产生干污泥(含水率0%)2.06吨;根据《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》,到2015年,全国城镇污水处理规模将达到20805万立方米/日;根据住建部发布的数据,2011年污水处理设施的平均负荷率为79%。按以上数据计算,到2015年,全国城镇污水处理厂干污泥(含水率0%)产生量将达到1189万吨,污泥处理处置任重而道远。

  《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》(国发〔2013〕36号)要求加快城市污水处理设施建设。以设施建设和运行保障为主线,加快形成“厂网并举、泥水并重、再生利用”的建设格局。到2015年,36个重点城市城区实现污水“全收集、全处理”,全国所有设市城市实现污水集中处理,城市污水处理率达到85%,建设完成污水管网7.3万公里。按照“无害化、资源化”要求,加强污泥处理处置设施建设,城市污泥无害化处置率达到70%左右;

  《国家发展改革委办公厅住房城乡建设部办公厅关于进一步加强污泥处理处置工作组织实施示范项目的通知》(发改办环资[2011]461号)的要求    各地要把污泥处理处置设施作为城镇基础设施建设的重点,明确目标,提出融资策略和保障措施,确保设施建设顺利进行。加大协调力度,确保污泥处理处置设施建设项目尽快完成土地征用、环境影响评价、可行性研究、初步设计等环节审批;对于已开工建设的项目,要抓紧施工,保证进度,尽早发挥效益。

  各地应充分结合本地实际,积极借鉴国内外的成功经验,以“资源化、无害化、节能降耗和低碳环保相结合”为基本原则,研究制定适合本地区的污泥处理处置技术路线。在筛选确定污泥处理处置工程具体技术方案时,应按照国家有关技术政策和相关标准规范的要求,在综合分析评价各方案的经济性、环境影响和碳减排情况的基础上,选择合适的技术,确定合理可行的工程建设方案。

  为引领示范污泥处理处置工作,国家发展改革委共同组织专家对已投入运行并具有一定规模的厌氧消化、好氧发酵、协同焚烧、热水解、污泥制建材等方向的污泥处理处置项目进行了考察和评审,现将通过评审列入第一批示范的项目予以公布(见下表)。示范项目包括了污泥处理处置的主要方向,便于从中总结经验,指导污泥项目的科学建设。

  我国已基本完成建制镇以上污水厂建设,发达地区正在普及建设乡镇污水处理,下一步会把建设重点转移到污泥建设上来,污泥处理处置建设要以“资源化、无害化、节能降耗和低碳环保相结合”为基本原则,制定适合本地的污泥处理处置方案。经过近几年广泛论证,目前重点城市的污泥处理处置思路逐渐明确,污泥处理处置建设的黄金期即将到来。

  总体情况是这样,目前我国的污泥处理得到了空前的发展,污泥处理技术得到了实际应用,污泥处理经过了20世纪90年代的研发和消化吸收,目前我国的污泥处理技术,已经接近发达国家的水平,到2013年底,全国的651个城市基本建立了污水处理厂,占到了99.1%。但截至2012年底,污泥处理处置才完成了26.9%,污泥处理处置严格通过量化考核,按照国务院办公厅引发的“十二五”全国污水建设规划,到2012年底,要达到80%,其他设市城市要达到70%,这个差距还是比较大的。

  国内污泥处理的方向,经过这几年的探索基本明确了,技术路线有了热水解预处理,好氧堆肥,深度脱水,焚烧、热干化、石灰稳定这几项技术的应用,对污泥处理有了进一步提升。我们在减能减量要充分考虑资源化,因地制宜确定本地区的污泥处理处置,符合市情。

  由于土地资源稀缺,干化焚烧是处理污泥的一个重要手段,在中部采用其他方法困难会更多。污泥焚烧选址也是一个巨大的困难,加强工艺与设备成套技术的研发,有利于推进工程应用,还有设备制造商是技术产业化的一个有效手段。我们要有技术,要有设备提供商,捆绑的方式来进行污泥项目是比较容易的。

  (2)选择污泥处理处置工艺路线要因地制宜,在一座城市可有几种方式实现互补。

  (3)近几年污泥处理的技术研讨与工程实践为污泥处理工程的普及建设奠定了基础。

  (4)随着碳减排要求的提高,污泥处理从减容、减量、无害化向资源化过渡发展。

  原来减容减量是主要目标,现在要向资源化发展。以后也有一些应用价值比较高的技术,一个是厌氧技术,回收消化液中氮磷的技术,也会进一步应用。高效的污泥脱水技术,这也是一个发展方向。再就是污泥的碳化技术,污泥的高效堆肥技术,也是我们需要的高效技术。

  (根据中国给水排水杂志2014年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会报告速记内容删减,未经报告人审核。)

  (1)生活污泥,是指在城镇污水处理厂处理生活污水过程中产生的污泥,有机物含量较高,颗粒较细,密度较小,且呈胶体结构。

  (2)工业污泥,是指工业污水处理厂和以工业污水处理为主的综合污水处理厂产生的污泥,与生活污泥相比,工业污泥的来源更广,成分更复杂,其具体的成分和特性与其来源密切相关。

  (3)企业预处理污泥,是指工业企业污水预处理过程产生的物化、生化和深度氧化污泥等,常见的企业预处理污泥包括印染污泥、造纸污泥、制革污泥、食品污泥等。

  (4)其他污泥,还包括给水水源净化以及河道、湖泊、池塘等自然或人工水体疏浚等过程中产生的污泥。

  根据住建部发布的《2020 年城乡建设统计年鉴》,2020 年全国城市、县城和乡污水处理厂共计 6,496 座。由于各省(市、区)的污水处理规划不同,在污水处理厂的数量和规模方面存在一定差异,但数量基本均超过 50 个,呈现较为分散的特征。

  由于污泥是污水处理的必然伴生物,污水处理厂的分散使得污泥分布也较为分散。为完成污泥无害化处置要求,各个地区均有一定数量的污泥处理企业,从而导致污泥处理行业内单个企业的业务范围通常具有一定的区域性且市场占有率普遍不高。

  受长期以来“重水轻泥”的影响,我国污泥处理行业起步相对较晚,目前仍处于成长阶段。多数涉足污泥处理的企业主营污水处理,而污泥处理仅是其为完善污水处理产业链的业务拓展,行业内仅有少数企业专门从事污泥处理。因此,当前我国从事污泥处理的企业生产经营管理水平和技术水平参差不齐,尚未出现行业标杆企业。

  综上所述,现阶段我国污泥处理行业的市场参与者众多,竞争格局较为分散,行业集中度较低。

  我国污泥产生量以及污泥处理技术发展水平存在较为明显的地区差异。通常而言,经济发展水平、人口密度以及污水处理水平等方面的差异会导致经济发展水平较高地区的污泥产生量更大,并且通常此类地区污染治理观念较强、对环保要求较高,同时也更有能力将更多的资源用于污泥处理处置。因此,现阶段大规模的污泥处理处置项目以及先进技术的应用大多集中于经济发展水平较高的地区。

  随着生态文明建设的不断推进,各地区的环境治理观念和治理能力都在逐渐提高,因此未来经济发展相对落后地区的污泥处理处置市场也将逐步扩大。同时,由于经济发展水平较高地区的污泥产生量较大,且随着污水处理能力、城镇化以及人民生活水平的不断提高,未来的污泥处理处置需求还将进一步扩大,对污泥处理技术的要求也将不断提高,因此,在经济发展水平较高地区也仍存在较为广阔的市场空间。

  污泥是污水处理的必然伴生物,污泥能否及时得到处理处置将会直接影响污水处理单位能否稳定运行。污水处理单位主要为城市污水处理厂,其作为市政公用设施,对运行的安全性和稳定性有较高的要求,因此在选择污泥处理技术和运营单位时通常较为谨慎。

  由于不同技术路线对应需要的主要设备不同,改变技术路线的设备更换成本较高。即使是采用同一技术路线的不同污泥处理运营单位,其技术差异通常也会引致对设备需求的差异,更换污泥处理运营单位通常也需要较大的设备改造投入。

  因此,若污泥处理项目能够满足污水处理厂的污泥处理需求和环保要求,污水处理厂不会轻易更换污泥处理技术路线和污泥处理运营单位。

  污泥拥有污染物和资源的双重属性。发达国家已逐渐不再把污泥视为废弃物,如德国的《循环经济法》已经从法律层面上将污泥定义为资源物,通过技术开发和政策扶持来鼓励和强化对污泥进行资源化利用,欧盟也越来越重视污泥资源化利用技术的开发与应用,开发了如污泥与有机物协同消化制生物燃气、污泥热解碳化、污泥热解气化、污泥协同焚烧、污泥磷回收等新技术来提高污泥的资源化利用率。

  我国强调必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念。面对社会发展对生物质能源以及环境质量提出的更高要求,我国污泥处理处置需要以无害化为目标,以资源化为手段,大力开发高效回收、利用污泥中能源与资源的技术,并在实现污泥中能源资源高效回收的同时,实现污泥中污染物的稳定化或高效去除,提高污泥处理产物后续利用的安全性,解决污泥的最终出路问题。

  污泥处理技术的选择不仅要考虑具体技术的成熟适用性,还应该要从保护生态环境的角度出发,所采用的技术不仅应具有良好的技术经济性能,更应具有良好的生态效益。污泥处理的目的是为了解决污泥可能引起的污染问题,若在污泥处理的过程中产生污染或污泥处理的产物仍具有环境危害性,就会与最初的污泥处理目标背道而驰,因此在污泥处理的过程中应该尽量避免对环境产生二次污染,保证处理过程的环保性和所产生脱水干泥的无害性。

  住建部 2017 年发布的《城镇污水处理厂污泥处理技术标准(征求意见稿)》也指出,应对技术方案进行综合的技术经济比选。技术经济比选应以全局协调、经济合理、技术先进、安全稳定、环境友好为原则,综合评价社会效益、环境效益和经济效益。

  未来污泥处理工艺在围绕着实现减量化、无害化、稳定化和资源化目标发展的同时,还应当兼顾环保性与经济性。

  随着我国城镇化水平的提高,污水处理设施建设也得到了高速发展,为解决随之而来的污泥处理处置问题,我国自“十一五”以来加大了科技投入。通过“水专项”的技术研发,我国的污泥处理处置研究在污泥干化、炭化、焚烧、超高温堆肥、厌氧消化、生物质协同处理和资源化利用等方面已经取得一定成果,包括污泥生物稳定化和资源化成套技术、污泥脱水干化技术与装备产业化应用、污泥(协同)热化学处理技术等污泥处理处置关键技术与重大装备获得长足发展,符合我国国情的污泥处理处置技术体系和政策标准体系初具雏形。

  自 2009 年以来,我国陆续出台了各类处置路径所对应的污泥泥质标准要求,对城镇污水处理厂污泥用于单独焚烧、混合填埋、园林绿化利用以及制砖利用等出台了系列国家标准。2011 年 3 月住建部和发改委共同组织编制并发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》,总结了我国城镇污水处理厂污泥处理处置的实践经验和研究成果,并借鉴国外的先进经验,介绍了污泥处理和处置的相关技术,逐步推动我国污泥处理处置行业发展。

  自 2019 年 7 月开始,第二轮环保督察总计通报了超过 90 个典型案例,其中包括 4 个污泥典型案例,涉及天津、北京、辽宁和四川等省市。我国环保督察组对污泥问题的重视,有利于推动地方加快污泥处理处置设施建设,加强污泥处理处置市场的规范化运行。

  2020 年 9 月,我国提出:“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和”。

  我国《十四五规划和 2035 年远景目标纲要》指出要深入打好污染防治攻坚战,建立健全环境治理体系,推进精准、科学、依法、系统治污,协同推进减污降碳,不断改善空气、水环境质量,有效管控土壤污染风险。

  “碳减排”与“碳中和”背景下,污泥处理处置过程中的碳减排有着很大的必要性。我国污水行业碳排放量占全社会总排放量的 1~2%,污水甲烷排放量排名第一,虽然碳排放量整体占比不大,但结合行业自身的发展需求,污水处理需要节能降耗和碳减排。污水资源化,一方面是水的综合利用,另一方面是污染物的综合利用。污泥作为污水处理的副产物,富集了污水中带入和污水处理过程产生的难降解的有机物、重金属和病原体等有毒有害物质,同时含有 N、P、K 等营养物质,源头上具有“污染”和“资源”的双重属性。因此,污泥处理处置过程碳减排对污水处理行业的“减污降碳”具有重要意义。

  在此背景下,碳排放量有望成为未来污泥处理处置工艺路线选择的重要指标之一,低碳工艺和高效节能设备等符合绿色节能导向的技术与装备有望加速推广。

  (2)污泥焚烧在国家相关规划中的重要性持续提升,焚烧处置有望成为经济发达地区污泥处置主流方式

  国内常用的污泥处置手段包括卫生填埋、焚烧、土地利用和建材利用。其中,卫生填埋由于没有实现完整处置且浪费土地资源,难以适应我国当前和未来的环保发展要求,且《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》明确指出要加快压减污泥填埋规模,积极推进污泥资源化利用,因而卫生填埋的处置方式将逐步被淘汰。土地利用能够充分利用污泥中的有机物和氮、磷、钾等营养元素以及多种植物生长所需的微量元素,但对污泥的来源和泥质有较为严格的要求,且政策限制较大、消纳能力有限。建材利用实现了污泥资源化,但在利用的过程中容易出现二次污染难以避免、建材产品质量受到影响等问题,且建材生产企业通常对污泥成分有特定的要求,消纳能力受建材生产企业的影响。

  污泥焚烧处置能够将污泥中有机物在高温条件下氧化分解为二氧化碳和水,同时释放热量,实现最大限度的污泥减量化与无害化,可大幅减小污泥的体积,彻底杀灭其中的病原微生物,阻断污泥中病毒的传播,解决污泥的恶臭问题,且焚烧产物为稳定的惰性灰渣,可进行建材利用资源化,实现了真正意义上的稳定化和无害化。同时,焚烧污泥产生的热量还可用于进行湿污泥的干化、副产蒸汽、发电等,是国际上大型城市的主流污泥处置方式。

  随着我国污泥处理技术发展与污泥处理处置工作的不断推进,焚烧能够实现污泥彻底的稳定化和无害化处置的优势得到广泛的认可并在越来越多的城市应用实施,上海、深圳、杭州等多个经济发达城市均已将焚烧作为主要的污泥处置路径。

  我国《十四五规划和 2035 年远景目标纲要》明确指出要推广污泥集中焚烧无害化处理。因此,污泥焚烧未来将逐步成为土地资源紧缺的大中型城市污泥处置的主流方向,与焚烧处置相适应的污泥处理技术的应用也将进一步增加。

  由于焚烧项目容易引起较为敏感的“邻避效应”,经济发达地区对这一问题通常更为重视,因而对污泥焚烧项目的审批更为谨慎,对其节能性、污染物排放、运行管理等要求更为严格,对污泥清洁焚烧技术的需求更为迫切。在此背景下,在污泥处理环节提高脱水减量效果,降低污泥含水率、提高脱水干泥热值,并能够减少需进行焚烧处置的干泥量,还能够节约单位污泥焚烧过程中的能耗和燃料,具有重要的节能减排意义。

  我国城市污水处理能力不断提升,污水收集处理率逐步提高,到 2019 年我国城市污水处理能力已达到 20,405 万立方米/日。

  与此同时,污水处理要求也不断严格,自 2002 年《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)发布至今,我国污水处理排放标准经历了由部分一级 B 标准,到全面实施一级 B 标准,再全面提升至一级 A 标准的过程。为了提升处理后水体的水质,污水处理过程需要添加的药剂量也会增加。而污泥就是由原废水中的固体物质和在废水处理过程中所产生的固体物质组成,所以在污水处理过程中添加更多的药剂会使得污泥产生量进一步扩大,将对污泥处理处置能力和技术水平提出更高的要求。

  当前国内污泥处理市场仍处于起步发展阶段,部分污水处理厂仍存在违规排放污泥的情况,污泥问题也是当前我国环保督察重点关注的环保问题之一。自2016 年以来,我国生态环境保护督察围绕污泥处理处置政策要求对多地违法违规处理处置污泥的情况进行了督察与问责,并要求地方政府制定整改方案,抓好整改落实工作。

  《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》指出到 2023 年城市污泥无害化处置率和资源化利用率要进一步提高。《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》指出“十四五”期间新增污泥(含水量 80%的湿污泥)无害化处置设施规模不少于 2 万吨/日,到 2035 年要全面实现污泥无害化处置,污水污泥资源化利用水平显著提升,城镇污水得到安全高效处理,全民共享绿色、生态、安全的城镇水生态环境。

  因此,在污泥产生量上升和环保督察趋严、政府对污泥处理处置要求逐渐增加的多重压力下,市场对污泥处理的需求将会进一步提升。

  污泥处理行业中企业数量众多,其中大多数企业规模较小,市场较为分散。行业内企业的生产经营管理水平和技术水平参差不齐,缺乏一批具有核心竞争力且市场占有率大的大规模企业,即行业标杆的引领作用有待加强,良性竞争机制仍有待完善。

  从整体来看,污泥处理是过程,污泥处置才是目的,污泥处置是对脱水干泥的最终消纳过程。经处理的脱水干泥必须要满足处置利用技术的要求才能完整解决污泥问题。污泥经热干化、深度脱水或好氧发酵等不同技术路线处理后,都仍可能面临减量化后的干泥后续处置利用路径不畅的情形。

  以焚烧处置为例,焚烧厂受运行参数的影响,对脱水干泥的接纳情况仍不稳定。由于脱水干泥的燃烧特性与煤存在较大差异,单独焚烧或掺烧比例较大时需要对燃煤锅炉进行改造或调整相关参数才可使其稳定燃烧。若一个地区支持脱水干泥焚烧的条件较弱或允许掺烧的污泥量较小,便会导致脱水干泥难以及时处置,也即难以在该地区开展规模较大的污泥处理项目。

  随着我国经济的发展,各地区的人民生活水平都得到了不断改善,基础设施建设也都在稳步推进,但是在实际发展过程中,仍存在较为明显的东西部和城乡差异,而这一差异在环保方面表现的更为明显。

  由于污水产生量和处理能力与地区的经济发展水平、人口密度、地理环境等因素密切相关,而污泥作为污水处理的产物也会呈现相应的区域性特征,即经济发展水平高的地区污泥产生量相对较大。此外,由于经济发展相对落后地区更容易存在污泥处理处置观念薄弱、技术落后、用于解决污泥问题的财力有限等问题,制约了这些地区污泥处理处置行业的发展。因此,当前我国的污泥处理处置规模和技术都存在较为明显的地区不平衡。

  由于不同地区、不同来源污泥的成分和性质存在差异,不同地区在污泥处理处置技术路线选择、污染物排放标准以及脱水干泥后续处置相关产业发展情况等方面均存在差异,且不同业主单位对脱水干泥后续处置路径的选择、项目运行的环保要求通常有所不同,因而污泥处理项目在技术方案设计的过程中难以实现标准化。此外,在污泥处理项目运营的过程中受到季节变化和业主单位污水处理工艺调整等因素的影响,污泥的性质也会发生动态变化,相应的污泥处理工艺也需适时进行调整。这就对污泥处理单位的技术创新能力、技术适应性、应变能力与工程经验提出了较高的要求。而深厚的技术基础、较强的创新能力依赖于企业长期的工程实践和研发探索的积淀,这对于新进入者构成一定的技术壁垒。

  污泥处理与市政环境紧密相关,直接关系到城市污水处理厂的运行稳定性,因此业主单位对污泥处理运营服务供应商的选取较为谨慎,且对项目的运行稳定性有较高的要求。在环保政策趋严、监督力度加大的实现背景下,业主单位更加关注服务商的项目案例、综合实力以及市场口碑等,并且通常倾向于选择项目运营经验丰富、运营团队稳定、市场口碑良好的服务商进行合作。若没有以往项目业绩、多年的市场积累和良好的市场口碑,通常难以承接规模较大的污泥处理项目。因此,项目经验与市场口碑构成了本行业的重要壁垒之一。

  来源:普华有策咨询《2022-2028年中国污泥处理处置行业发展现状分析及投资战略咨询报告》