張懷宇|污泥好氧發酵:污泥物料回歸的微循環之路

     

?中國市政工程中南設計研究總院 張懷宇

本文看點

??背景

??有效性和安全性

??污泥好氧發酵的技術經濟指標

??與前序污水收集、處理過程的協調

??與后序處置的協調

??結語與展望

背景

1、污泥產量提升與處置的矛盾

??城鎮污水實際處理量逐年上升,污泥量也同步上升,預測2018年城鎮污泥4400萬噸;

??十二五規劃中污泥項目的超低完成率的影響,將在后續年份中繼續發酵;

?2018年環保督察中多省出現城鎮污泥違規傾倒現象,標明仍未得到妥善處置;

??污泥出路未來將是艱巨的任務。

2、污泥土地利用節能減排效果顯著,但NPK總量占比有限

??盡管城鎮污泥量迅速增長,從宏觀角度總量仍然相當有限;

??如以30%城鎮污泥土地利用,則相對與化肥生產過程,從2014年的節能13.40萬tCE增加到2018年的節能21.05萬tCE(預測);

??自2015年后,化肥產量已有大幅度下降,但2018年預測污泥蘊含的N、P、K僅相當于化肥產量的0.23%~0.30%;

??可以得出結論,我國從總體上污泥土地的出路仍然是廣闊的。

3、沖突與問題

??兩個相互沖突的結論:

日益增長的污泥量造成了很多問題和麻煩;

污泥的土地利用不僅可以實現節能減排,在總體上的出路是廣闊的。

??問題的導出:

污泥的土地利用是否有效和安全?

污泥的土地利用是否經濟?

當前的技術體系是否適應土地利用的模式?

當前的管理體系是否適應土地利用的導向?

土地利用的有效性和安全性

1、國內外污泥處理處置(農用、園林)標準對比

國外:

◆?40CFR PART503(美國標準,2018年版);

◆?86-278-EEC(歐盟標準86);

◆?Working document on sludge, 3rd draft(歐盟草案2000)。

國內:

◆CJ/T 510-2017 ?城鎮污水處理廠污泥處理 穩定標準。

2、理化成分

3、重金屬

◆?全部重金屬指標處于文獻報導的較低水平,Cu甚至低于文獻中的下限;

◆?除Cd高于即將實施的農用A類標準外,滿足B類標準及其他全部標準,以及美國、歐盟標準。

4、衛生學指標

??蛔蟲卵及沙門氏菌國標無定量指標;

??衛生學指標中,蛔蟲卵及沙門氏菌未檢出,糞大腸菌雖然部分超過國標限值,但經過好氧發酵后可降低數個數量級,穩定達標。

5、環境激素

??本研究中的環境激素遠低于國內文獻統計的均值;

??環境激素指標符合當前最嚴格的標準(文獻中部分DEHP高于丹麥標準)。

土地利用的有效和安全性小結

1.?產業驅動生活模式-選擇旅游型城鎮;

2.?污泥中的營養成分較高,預期經過好氧發酵后,能滿足土地利用(園林綠化或土地改良)的要求,其利用是有效的;

3.?研究對象的重金屬、衛生學指標、環境激素等有害物質含量低,有害物質低于文獻中位值,除Cd不能滿足即將實施的污泥農用A級標準(能滿足B級)外,經過好氧發酵等穩定化措施后,可以滿足國內、美、歐相關標準,其利用是安全的;

4.?旅游型小城鎮相對人口流動大、可以預計,人口流動相對較小的城鎮的生活污水污泥,有效性和安全性能達到旅游型城鎮的水準,預期可作用農用B級、園林綠化、土壤改良(營養土)。

污泥好氧發酵的技術經濟指標

1、污泥好氧堆肥(發酵)工程實施及工藝設備應用情況調研

主要資料來源:污泥好氧堆肥(發酵)工程實施及工藝設備應用情況調研(中國市政工程中南設計研究總院有限公司、中國人民大學,2014-2015,國家污泥處理處置產業技術創新戰略聯盟委托)。

調研方式:實地調研、問卷調研、文獻調研。

2、調研對象的工藝統計

3、主要技術經濟指標

調查項目中設施較為完備的污泥好氧發酵工程:

??單位工程投資一般為25~45萬元/(t/d),平均34.71萬元/(t/d),單位工程投資在調研范圍內未表現出顯著的規模效益;

??直接運行費用均值138.1元/t,規模150t以內者上下差異較大,未見均值隨規模的顯著變化;

?占地指標0.164hm

2

/(t/d)。

4、成本壓力

成本主要來源于輔料、能耗、人工,其中人工一般規模大者單位泥量人工較低。

1輔料與返混

輔料與返混各工程相差懸殊。

輔料常用的有稻殼、秸稈、鋸末(木屑)、木塊、花生殼、稻草、酒渣等;返混料一般為陳化的產品,也有未經陳化直接返混的,或添加菌種且不返混的。

以進場污泥為基數,以重量比論,輔料添加量0-20%;以體積比論,輔料添加量0-100%。

以進場污泥為基數,以體積比論,返混料添加量0-100%。

2能耗

共計10項工程獲得電耗指標的數值。其中60%項目的單位能耗集中中20.0-26.3 kWh/t的范圍內; 30%的項目單位能耗高于40 kWh/t;1項計10%采用自然通風的項目單位電耗8.0kWh/t??梢娚鲜龉こ痰碾姾闹笜丝煞譃?個群落:自然通風的項目單位電耗8.0kWh/t,常規能耗項目20.0-26.3kWh/t,高能耗項目40 kWh/t以上。高能耗項目均有較大的除臭風量。

3成本

????輔料一般是污泥好氧發酵工藝的最大成本壓力項。一般在污泥處理場建設時,輔料成本相對較低;運營中當地輔料價格上漲較快,造成較大的成本壓力。部分廠商尋求輔料的替代品,包括惰性輔料、100%陳料替代輔料等,但尚無成熟的連續運行經驗。

終端用戶建設的污泥處理場尚未見顯著輔料壓力,可能和這些用戶較為容易獲得輔料有關。用于制肥的,因污泥是添加的輔料而非主料,不需要采購木質、草質輔料;直接土地利用的用戶,園林廢棄物易于獲得。

污泥好氧發酵的技術經濟指標-小結

1.?32項工程調研,覆蓋北部、中部、南部、東部、西部,規模15-1000t/d,涵蓋技術包括4個大類10個小類;

2.?平均單位投資34.71萬元/(t/d),直接運行費用均值138.1元/t,占地指標0.164hm2/(t/d);

3.?能耗指標:自然通風參考值8.0kWh/t; 常規污泥好氧發酵參考值20.0~26.3 kWh/t;高通風除臭項目參考值40+ kWh/t;

4.?污泥好氧發酵占地相對較大,投資和運行費用具有競爭力。

與前序污水收集、處理過程的協調

1、系統布局與工藝比選

1工業廢水和生活污水的總體布局

??傳統的工業廢水和生活污水混合以利于處理轉向;

??含有害物質的工業廢水分離和生活污水分離;

??工業廢水強化預處理后的合并處理。

2污水處理廠工藝設計

??有機物留給土地的環境和經濟效益;

??厭氧產能的經濟效益。

2、處理廠污泥產率與能耗控制

1工藝的改變

??有機物由曝氣氧化去除傾向于捕獲(節能);

??氮由硝化-反硝化轉向剩余污泥對氮的捕獲(節能)

??相應的產泥量增加。

2技術經濟比較

??處理廠對污泥由微觀的減量(減少處置費用)轉向宏觀的減量(基于土地利用的全局費用的降低);

??水處理過程中的能耗降低+處置費用降低vs脫水+運輸費用的增加。

與后序處置的協調

1、污泥處置出路

1產品檢測與泥質

??自檢率最高5項指標的依次為含水率、有機質或揮發性有機物、pH、N/P/K、種子發芽率等。自檢率分別為100%、62%、46%、31%、23%;

??各污泥處理場的污泥基本都能達到土壤改良或綠化標準。

2處置

??污泥處置主要目標依次為園林綠化利用、土壤改良、制肥;

??園林綠化和土壤改良占比59%,接近六成。

2、投資來源

(1)投資方

◆?調研項目中,投資部門分別來自市政部門、技術持有商、終端用戶,比例分別為56%、32%、12%。其中的技術持有方也包括采購技術的投資商。

◆?實際項目中市政部門投資的可能比例更高,技術持有方、終端用戶投資的比例在本調研中放大。

2存在問題

◆?部分項目的污泥經過好氧發酵后沒有出路,以至于停產。這種情況同時存在于市政部門也存在于技術持有方(第三方)。

◆?對最終利用的去向缺乏足夠的監管和跟蹤。

結語與展望

1、樹立循環利用的觀念

(1)方案比選時,污泥好氧發酵經常被視作技術水平不高的選項,從而被忽略;

(2)污泥好氧發酵-土地利用的過程中,有機質和營養物質的回歸是人類活動中物料循環的重要組成。在這個過程中同時實現了節能減排,也實現了土壤肥力的持續;

(3)污水廠污泥有不經處理的土地利用的現象;

(4)城市集中下水道出現后,出現集中的糞便制肥和利用,至化肥推廣后中斷;

(5)傳統的農作中有糞便回田的物料循環利用(分散利用),污泥好氧發酵-土地利用不等同于糞便回田的概念。污泥好氧發酵與糞便回田相同的是循環利用,不同是科學的穩定化過程,衛生狀況不同。

2、樹立系統分析的觀念

(1)物料回收與循環

◆?有機質:在污水處理廠內耗費能量去除、在厭氧發酵過程中高損耗地轉化為高品能源(一般低于1/3),還是回歸土壤增加持久肥力(高效利用)?

◆?營養物質(氮):去除或回收?

◆?工業廢水和生活污水是分還是合?

◆?目標定位土地利用后,污水處理的變化?

◆?污泥處理:厭氧或好氧?

(2)污泥減量誤區矯正

◆?狹義的“污泥減量”,不符合污泥好氧發酵的特征;

◆?好氧發酵過程中,除水分的減少實現的減重以外,有機質以轉化為主、降解為輔;最終的產物堆積容重較低。狹義的減容、減重效果“不佳”;

◆?污泥好氧發酵的減量是全局循環中實現100%減量,焚燒-危廢焚燒殘渣,填埋-碳排放。相對于其他工藝:減少了污水處理過程中的能耗、替代化肥的節能減排效應、回歸土壤的持久肥力。

3、展望

日益增長的污泥量的麻煩vs土地利用從宏觀上出路廣闊的沖突,表明今后隨著問題的解決,市場的潛力是巨大的、可持續的。

◆污泥好氧發酵的應用,將推動污水處理系統從收集到處理的模式。

◆污泥好氧發酵的應用還將推動投資、管理模式的變革。

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