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最后四部委联合发文,说明焚烧还是很好的无害化处理方法,能够相对集中解决问题,国家发声后来垃圾焚烧的反对声少了一些。到现在,形成了80万吨/天的焚烧能力(2.4亿吨焚烧能力),实际清运能力为2.1亿吨,垃圾焚烧能力已经超出了垃圾清运能力。
污泥焚烧也遇到同样的问题。大家看反对杭州七格污水处理厂污泥焚烧项目这条新闻,当时调查98.82%的网友反对焚烧。深圳市“第一座”城市污泥焚烧处理项目引进国外现金技术装备,总投资约5亿元,也是因为反对的声音太多而运行不起来。对比垃圾焚烧,人们对污泥焚烧实际上是存在一种误读。
误读一:污泥焚烧特性与垃圾相同是二噁英排放源。垃圾焚烧确实会产生大量的二噁英。根据京都大学平岗教授调研比较,垃圾焚烧、污泥燃烧和尾气排放,污泥的焚烧和垃圾焚烧跟汽车排放产生的二噁英是在同一个数量级,因为垃圾焚烧有大量的塑料和有机物,所以污泥焚烧和垃圾焚烧本质不一样。
误读二:污泥焚烧是一种高碳排放工艺。联合国气候变化专门委员会(IPCC)认为污泥生物源产生的有机质焚烧是碳中性的,所以污泥焚烧不是高碳排放。
误读三:污泥焚烧是一种高能耗工艺。如果我们认真比较大型的污泥处理工艺,通过污泥焚烧厂和一个堆肥厂在装机能力上的比较发现,污泥堆肥厂的装机能力是要高于垃圾焚烧厂的。我们通过系统比较一系列的大型污泥堆肥厂,从耗能来讲,污泥焚烧不是一种高能耗工艺。
在污泥行业中,有搞厌氧技术的,有搞堆肥技术的,也有搞焚烧的,大家不是一块儿想把蛋糕做大,而是互相说对方的工艺不行。早在2014年我就呼吁过,为什么污泥焚烧被妖魔化了呢?引用孟子一段话来说,“夫人必自悔,然后人悔之”。在行业中需要的是共同呼吁解决污泥问题,而不是相互攻击说别人的工艺不行,说对方工艺不行,实际上很有可能是因为我们对技术不太了解。做水处理技术的专家对燃烧工艺了解多少?因为不了解,专业人士也变成了公众,公众发表专业意见,这就存在很大的问题。
我们在各种场合呼吁解决污泥问题,也曾以专报的形式上报生态环境部。发改委、住建部、生态环境部三部委共同印发《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》,这都是对污泥问题的重视。“十四五”规划纲要对污水处理只有一段话,明确提出污泥集中焚烧无害化处理,再就是管网和污水资源化的问题。所以,这三个问题是“十四五”的主要工作。
我国政策法规也对污泥干化焚烧技术有一系列的支持。《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BAT指南》、《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》这三个文件我都参与了制定。住建部、环保部、科技部发的污染防治技术政策、污染防治最佳可行指南以及污泥处理处置技术指南,都明确了污泥焚烧在其中的位置。
在国际污泥主流处理处置技术中,干化-焚烧也是主流之一。美国颁布联邦法典规定污泥焚烧应该遵循的要求;日本由于地方狭小、人口稠密,污泥焚烧一直是主导工艺;在欧洲,污泥焚烧也是主流工艺之一,其他还有厌氧、堆肥工艺。
二、关于污泥干化—焚烧工艺的技术分析
接下来简单介绍一下污泥干化—焚烧工艺技术。80%或60%的污泥干化到具有自持燃烧的程度,可分为直接干化技术和间接干化技术。
早期认为直接干化是不行的,主要原因是烟气接触有污染,但是对尾气治理达到排放标准后是没问题的。直接干化技术,主要是喷雾干燥和带式干化,还有其他的滚筒干燥等;间接干化分别为桨叶干化、圆盘干化、薄层干化等。这些技术都有一些适用条件和特点。间接干化技术的设备单机最大处理能力为100吨/天。
单机处理能力小是间接干化技术面临着问题。在国际市场,300吨的焚烧已经是大项目了,但是在中国动辄就是500吨、1000吨的项目。如果单机处理能力小,千吨级项目就要选择十几台处理设备,这样使系统复杂程度非常高。
为什么间接干化处理设备做不大呢?因为间接干化主要靠桶壁加热,而桨叶的面积很小,滚筒直径增大后和加热面积不成正比,做到一定直径后就很难再做大,这是间接干化的技术弱点。
对比直接干燥的的单体设备可以做到比较大的体量,比如“喷雾干燥技术“单塔可以做到500吨/个,更适用于大型污泥干燥项目。
作为焚烧工艺设备主要有三个,分别是鼓泡流化床、循环流化床和回转窑。其中循环流化床基本上用于掺烧,单独污泥焚烧很少使用,是因为飞灰的量比较大,不在今天的讨论主题之内。鼓泡流化床和回转窑是污泥焚烧主要采用的设备,在国内都有应用的案例,这里就不详细展开介绍,后面对鼓泡流化床稍微有些深入的探讨。
三、关于我国污泥干燥-焚烧的几个技术问题
在焚烧应用过程中有几个问题值得我们注意。从2019年起,清华大学和清控环境对国内单独焚烧项目进行了调查。截至目前调研了70多个项目,
通过调查发现,国内的领军企业集中在三家。第一个组合是京城环保和上海市政院的合作,主要围绕上海竹园、石洞口等污泥项目,京城环保还独立建设了一些污泥焚烧项目;第二个组合是同方环境与西南市政院的合作,比如配合成都兴蓉水务一、二、三期的污泥项目;第三个组合是清华大学与浙江环兴机械的合作,到目前为止也做了十几个项目。我和京城环保赵总沟通了解到,去年京城又新增了三个项目,可以看到行业这几年的迅速发展。
其他污泥项目主要集中在苏伊士、威立雅等外资公司。苏伊士运营的污泥项目焚烧的不多,主要采用干化和掺烧。这里没有提到的一些日本公司,是因为京城和同方背后主要的设备供应厂家是日本公司。
通过北控姜总的介绍,我们看到北控水务和京城环保有密切关系,清华大学与同方环境也有紧密合作,所以在污泥焚烧领域各方合作是非常密切的。
通过总结我们发现两个问题。问题一,早期因为国外进口设备价格昂贵,项目的平均投资金额较高,达到了120万元/吨。最近有些设备型号国产化以后,投资金额探底可以到50万元/吨。投资对运行费用的影响还是非常大的。如果按照投资100万元/吨金额计算,把运行费用、折旧、BOT利息、收益摊销以后,运营成本很难低于600元/吨,所以上海、成都有的项目收费都到800块钱。
国产化后的污泥喷雾干化焚烧工程投资成本可降低至30万元/吨,运行成本可以降低到300元/吨,这就是为什么清华与环兴团队在全国做了十几个喷雾干化的工艺,从成本和科技创新上来说是非常重要的。
第二个问题是深度脱水处理政策“遗产”。2010年环保部出台了《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》,提到不以集中处理为目的外运污泥要达到50%含水率。这个通知下发后,全国各个污水处理厂全部建设高干脱水设施。我在“2019年中国给水污泥论坛”上提出,中国污泥处理界面临重大的历史选择,选择高干脱水工艺将阻碍污泥处理技术发展,导致在市场出现劣币驱逐良币现象。有幸的是,2021年生态环境部做政策清理废止了这个文件。全世界污泥处理厂90%都不采用这条技术路线,我们采用了这条技术路线,留下得高干脱水污泥技术怎么办?这是焚烧时代的机会,同时也是陷阱。
机会是深度脱水的污泥(~50%含水率)如果直接焚烧,可避免在干化粘滞区工作;有机质含量>50% 、深度脱水50%含水率的污泥,可自持燃烧,简化干化焚烧工艺。同时存在的陷阱是,如果污泥有机质<50%、高干脱水>60%含水率的污泥将面临非常尴尬的状况,干化设备必须上,为了脱出小量水导致投资效率非常低,并且这个系统配置上非常困难,太干了要喷水降温,含水率高了,烧不起来。所以,这是它的陷阱。
鼓泡流化床对低热值的解决方法是热气回流,回流后干化了污泥,相当于提高了热值,在 500<污泥热值<1000范围内起作用,针对不同情况下数值范围是不一样的,但如果热值低于500再回流也起不到作用。
热值高的情况下,流化床就会出现问题。我们从日本引进的炉型基本是绝热的,超过900°以上就需要降温,否则就会结焦。对于高热值的项目,反而需要喷水降温,这在经济上是不合理的,从工艺路线上来讲也不应该这么做。对现场数据的调研、对工艺的把握是非常重要的。所以说,这对焚烧来说,既是机会也是陷阱。
针对这种情况,我们这两年开发了立式叠层高压脱水,可迅速将80%含水率的污泥脱水至50%以下,对大部分的城市污泥脱到这个程度后,用很简单的直接干燥就可以进到焚烧,使得工艺流程大为简化,大规模降低工程造价,项目投资也大为降低。
我们进行了测算,按照80%的含水率来算,以前是正能量的,如果采用这种工艺是负能量的,能作为热能或者电能的产出。我们做过400吨/日的可研,驱动一个一兆瓦的发电机以后,对内部用电可以基本平衡,符合低碳绿色,这是一个非常好的技术方向。
由于《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》颁布,导致我国全部上马污泥高干脱水。高干脱水之后怎么顺势而为,这将是下一步污泥焚烧非常重要的话题。
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