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            污泥焚燒或成大勢所趨,獨立焚燒or摻燒,誰能C位出道?
            發布時間:2020-06-16 13:31:13 閱讀數 :35

            2019年污染防治攻堅戰取得關鍵性進展,水環境治理作為“重頭戲”成果卓然。2020年作為污染防治攻堅戰的決勝之年以及保障“十四五”順利起航的奠基之年,污染防治將力度不減。而如何鞏固“戰果”進一步打贏碧水保衛戰,污泥處置也身居要位,成為不可或缺的重要一環。

            無害化處置率低,污泥出路難題待解

            隨著污染防治攻堅戰的推進,我國污水處理率已超過90%,作為污水處理重要副產物的污泥也伴隨污水處理規模的擴大而大量產生。但與高污水處理率形成鮮明對比的則是低于30%的污泥無害化處置率。根據《“十三五”生態環境保護規劃》目標的明確指示,2020年底前,地級及以上城市污泥無害化處理處置率將達到90%,污泥處置走出“泥濘“困境已刻不容緩。

            據統計,我國目前污水處理總量大約2億噸/天,粗算產生濕污泥量約為20萬噸/天,產量驚人。但由于行業內長期“重水輕泥”,我國每年產生的大量污泥中,約3000萬噸沒有得到妥善安置,形勢不容樂觀,污泥處置成為制約污水處理廠良性發展的重要瓶頸。

            相關研究認為,2020年我國市政污泥年產量將達到6000萬噸至9000萬噸。在污泥處置缺口日趨增大的趨勢下,如何拓展污泥處置市場,探索污泥資源化利用技術,是污水處理行業創新突破的必經之路。如何打通污水處理“最后一公里”,為污泥處置尋找一條合適的出路成為亟待解決的難題。

            污泥處置技術多點開花,污泥焚燒成大勢所趨

            近年來,污泥已經從過去單一的填埋處置轉變為填埋與農藝運用、焚燒消化等兼而用之的多種處置方式。其中,污泥“丟棄”( 如填埋、農用) 是最為簡單和經濟的方式,在“地大物博”的中國,污泥“丟棄率”高達70%以上。從經濟性及操作難易程度等方面考慮,“丟棄”固然備受青睞,但受空間和農業的限制,我國現有的填埋場將滿負荷運行。沒有足夠可持續接納污泥的填埋場地,技術路線也是臨時過渡性的,且填埋也不符合我國提倡的無廢城市理念及未來發展趨勢。另外,據一些園林綠化公司反饋,污泥對植物生長的作用遠比不上肥料,而且黏稠、味重,因此園林綠化公司免費接收并不積極。由此可見,污泥填埋及農用并非污泥處置長期可行的最佳方式。

            山東祥桓環境科技有限公司

            數據來源:GEP Research報告

            通常認為,污泥焚燒投資與運行費用太高,易造成大氣污染,一般首先考慮堆肥和消化。但是,污泥堆肥出路有限,厭氧消化后仍有 50%~70% 的污泥有機物殘留,不得不再增加焚燒環節進行最終處置。鑒于此,專家郝曉地曾表示,污泥采取“低端”丟棄方式變得日益艱難,不如直接走向“高端”,即焚燒。

            清華大學教授王凱軍也曾指出,長期以來,國人對污泥干化焚燒工藝存在誤讀,普遍認為它是一種高能耗工藝和高碳排放工藝。實際上,國際上污泥焚燒能量可以達到自給,從不同工藝能耗來看,焚燒工藝(~100kW/t)與堆肥工藝(>100kW/t)相當。焚燒能夠實現徹底處理和處置,而堆肥后續需要考慮儲存、運輸等能耗。而且,污泥中的有機質焚燒是碳中性的。

            此外,人們還誤認為污泥焚燒特性與垃圾相同是二噁英排放源,而事實上,污泥排放的二噁英遠遠低于垃圾排放的二噁英。日本京都大學某教授對日本各個污染源的二噁英年排放量進行統計顯示,污泥燃燒產生的二噁英量基本與汽車尾氣在同一個標準,遠遠低于城市垃圾焚燒。同時,在對國內兩個污泥焚燒示范工程的監測中發現,二噁英的排放量也相對較低。

            污泥焚燒是將污泥中的有機物在高溫條件下氧化分解為二氧化碳和水,同時回收熱能,能實現污泥的無害化治理與資源化利用,可最大限度減少污泥的體積,殺死一切病原體,解決污泥的惡臭問題,是最為徹底的污泥處置方式。另一方面,經過脫水的污泥熱值相當于褐煤的水平,可以回收能量用于發電和供熱,實現能源最大化利用,降低處理成本。

            尤其自疫情發生以來,糞口傳播成為人們需要高度警惕的病毒傳播途徑。1月30日,鐘南山院士在采訪中提醒,要高度警惕新型冠狀病毒糞口傳播的問題;2月1日,深圳市第三人民醫院透露,在某些新型冠狀病毒感染的肺炎確診患者的糞便中檢測出新型冠狀病毒核酸陽性,很有可能提示糞便中會有病毒的存在。

            因此,對于城鎮污水處理領域,從進水到出水的流程中,很多工段都存在著病毒擴散傳播的風險。

            眾所周知,污泥由于富含營養物質,是細菌和病毒的良好營養基。污泥中富集了污水中的污染物,包括病毒微生物、寄生蟲、重金屬等有害物質。防范疫情的特殊時期,針對富集病毒的市政污泥,最科學、安全、合理的處理方式就是采用焚燒方式,徹底殺滅病毒,阻斷進一步傳播的可能性。

            國內外污泥處置情況概覽,污泥焚燒或迎來跨越式發展

            污泥焚燒在世界上已有70多年的發展歷史。1934年,美國密西根Dearborn 安裝有記錄的第一臺污泥焚燒爐,1962年,德國率先建設并開始運行歐洲第一座污泥焚燒廠。目前,污泥焚燒在國外已有較多工程應用,為了適應污泥焚燒特性和控制環境污染,國外多傾向于單獨建設污泥焚燒廠,采用適合污泥焚燒的工藝和爐型。尤其在日本,污泥焚燒技術已經相當普及,其設計、建設、運營經驗已成為標準化模式,十分成熟,其污泥焚燒處理已經占污泥處理總量的60%以上,歐盟也在10%以上。

            在美國,每年產生的干污泥總量約700萬t,其中15%~22%進入同步焚燒系統進行無害化處理。值得一提的是,美國幾乎所有的污泥焚燒系統都建在污水廠內,污泥無需轉運。

            在歐洲,由于污泥填埋標準提高,部分國家已禁止填埋或用于農業,污泥焚燒比例較高。其中2010年~2011年污泥焚燒比例超過50% 的國家有荷蘭(99%)、比利時(86%)、瑞士(59%)、斯洛文尼亞(58%)、德國(55%)。歐洲焚燒工藝路線與國內相同,均采用干化后焚燒,2010年污泥干化廠已超過450座。

            在日本,焚燒法處置污泥發展迅速,規模較大的污水處理廠大都采用焚燒法處理污泥,截止至2009年焚燒爐使用臺數已達707臺,以回轉式(408臺) 及流化床(253臺) 為主。據統計,2011年日本全國污水處理廠污泥產生量為222 萬t(以干固計算),其中污泥焚燒比例高達66.9%。

            上海城市建設設計研究總院(集團)有限公司唐建國總工在近日的文章中提到,過去十年,德國的污泥產量呈下降趨勢,從2008年的205萬t下降到2017年為171萬t,但污泥焚燒處理率卻從2008年的52.6%(108萬t)上升到2017年的69.5%(119萬t)。

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            德國污泥處置情況

            目前德國現有獨立焚燒設施年處理規模為66.8萬t,受各種因素影響,實際能夠發揮的年處理能力約50萬t。通過技術改造和擴容等,至2021年可以再增加14.3萬t。

            而在中國,雖然污泥焚燒所占比例尚低,但越來越多的專家傾向于將污泥焚燒作為污泥處置的最終出路。

            另外, 從政策層面,我國對污泥進行焚燒處理是持支持態度的。自2009年以來,我國環保部、住建部、科技部等國家部委紛紛頒布了《污泥處理處置及污染防治技術政策》、《污泥處理處置污染防治最佳可行技術指南》、《城鎮污水廠污泥處理處置技術規范》等多項與污泥處理處置相關的政策、規范及標準,明確了污泥干化焚燒技術在我國的定位及應用條件。其中,《污泥處理處置及污染防治技術政策》(2009年)明確提出:經濟較為發達的大中城市,可采用污泥焚燒工藝,鼓勵污泥焚燒廠與垃圾焚燒廠合建。該技術政策的頒布,促進了污泥干化焚燒項目的建設。

            污泥焚燒相關政策

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            污泥焚燒成功案例不斷涌現,單獨焚燒or摻燒,誰能C位出道?

            污泥焚燒作為實現污泥最大減量化的一種手段,可根據污泥熱值情況,進行單獨焚燒或者混合摻燒,方式相對比較靈活。例如上海石洞口污水處理廠就采用了獨立污泥焚燒處置系統焚燒污泥。上海石洞口污泥干化焚燒項目是我國運行較早的工程,該項目處理量為180t/d,采用流化床干化系統和流化床焚燒系統相結合的工藝流程。隨后浙江部分地區陸續新建污泥單獨焚燒工程,主要采用霧化干燥聯合回轉式焚燒爐的方法,其處理量在300~600t/d 不等。

            2019年12月16日22時,白龍港污泥二期工程焚燒爐成功點火并進泥,這宣告了世界上一次性建成的最大規模污泥單獨干化焚燒項目第三單元成功完成焚燒爐進泥系統測試。其他地域焚燒污泥所采用的方式有:壓濾污泥后直接焚燒,污泥干化后焚燒,將污泥與生活垃圾、工業垃圾、煤一同燃燒等,如浙江長興電廠燃煤耦合污泥發電工程、蕭山4000噸/日市政污泥處理項目等。

            為實現減量化、無害化、資源化的污泥處理處置目標,近年來我國加緊了污泥處置技術的研究和探索,特別是在污泥焚燒發電方面。

            作為目前全球最大的污泥焚燒廠T?PARK,如今已經同步實現了污泥處理、發電、海水淡化、污水處理等要求,污泥減量率可以達到9成以上,在能源方面可以做到自給自足,并輸出能源。

            T·Park項目采用先進的流化床焚燒技術,共4個焚燒爐一同作業。污泥經過高溫焚燒后,剩余的底灰和殘渣只有原來的10%,從而大大減少了填埋區的負荷。污泥焚燒過程可將熱能轉化為電力,并入公共電網后可供給4000戶居民,實現資源化能量利用。

            據了解,國內現已運行的污泥焚燒爐多為流化床焚燒爐,其工作原理是燃料和物料在爐膛內流化空氣的作用下呈流化狀態,燃料在流化狀態下燃燒。流化床焚燒爐具有很大的熱容量和良好的物料混合,對燃料的適應性強,床內強烈的湍流和物料循環,可增加燃燒的停留時間,因此燃料燃燒充分、徹底,燃燒效率高,更適合我國污泥高水分低熱值的特性。

            如果說T·PARK項目開創了純污泥焚燒發電項目的先河,那么已穩定運行一年有余,年處理污泥27.5萬噸(按含水率80%計),年發電量3325萬千瓦時的辛集污泥焚燒發電項目同樣備受關注。

            2018年10月,河北辛集污泥集中焚燒發電處置中心一期項目正式并網發電,成為全球兩大純污泥焚燒發電項目之一,作為河北省重點建設的環保示范項目及內地首例純污泥焚燒發電項目比肩T·PARK項目。辛集污泥集中焚燒發電處置中心的投運,使辛集這座曾經深受“污泥圍城“困擾的皮革城實現“華麗轉身”,成為污泥資源化領域的典范,并形成了污泥處理處置的“辛集模式“。那么,“辛集模式”何以領先?

            與T·PARK項目同樣,辛集污泥集中焚燒發電處置中心一期項目在焚燒設備上同樣采用了流化床焚燒爐,保證了燃料燃燒充分、徹底。技術上,項目采用了上海國惠集團的SL-STPTM污泥資源化處理技術,對辛集市制革工業區、城市污水處理廠產生的工業污泥和市政污泥進行改性脫水、燃料制作、氧化焚燒處理,不添加生石灰、鐵鹽、鋁鹽,不利用外部熱源進行熱干化,最大程度地保留了污泥所含的熱值。

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            污泥資源化利用、煙氣及成本問題

            那么,對于大家最為關注的污泥資源化利用、煙氣及成本問題,項目又是怎樣的呢?

            據了解,在氧化焚燒環節,項目采用“三 T”控制技術,確保污泥燃燒充分、徹底,飛灰產生量小,煙氣在焚燒爐中停留時間為 4-6 秒,焚燒溫度為 1100℃以上,從源頭上有效控制二噁英的產生。污泥焚燒后剩下的灰渣,體積只剩原污泥量的 5%左右,可制作成生態磚等建材,從而形成了良性的污泥閉環處理處置。廠區所產生的所有污水經處理后可用作灌溉、沖廁及清潔,實現充分回用,不外排到河湖,達到“零排放”的目標。每年可為國家節約標準煤2.84萬噸,減少二氧化碳排放7.89萬噸,減少二氧化硫排放573噸,減少氮氧化物排放229噸。而污泥真的變廢為“寶”,被用來焚燒、發電、供汽,徹底解決了“污泥圍城”的行業亂象。

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            綜觀現有污泥處理處置技術,多為只解決局部問題的單元技術,著眼全鏈條的成熟可行技術少之又少。同濟大學教授戴曉虎曾指出,單元技術的銜接及全鏈條解決方案是未來發展的重點。

            可以說,在污泥混燒受焚燒鍋爐的熱效率、尾氣排放、水泥產品質量等較大影響而應用范圍受限的形勢下,污泥獨立焚燒發電作為聚焦污泥處置全鏈條的技術,或將為未來污泥處置提供一種新的思路和合適的出路。

            也正是鑒于技術的成熟性與先進性,日前,SL-STPTM污泥資源化處理技術已成功入選生態環境部環境發展中心發布的《“無廢城市”建設試點先進適用技術(第一批)》及中國首部《生態治理藍皮書:中國生態治理發展報告(2019-2020)》。

            河北環保聯合會副會長兼秘書長王路光表示,辛集污泥集中焚燒發電處置中心項目成功并網發電,不僅可以有效處理辛集市工業、生活污泥,還將解決周邊縣市的污泥處置難題。同時,該項目還為破解困擾城市可持續發展的“污泥圍城”難題提供了可借鑒的生動實踐。

            SL-STPTM污泥資源化處理技術由國惠集團自主研發,此污泥生態治理新模式對整個污泥處理處置行業具有重要示范推廣意義。如今,國惠集團打造的“辛集模式”正在全國范圍內復制推廣,更多污泥焚燒發電廠正在緊鑼密鼓籌建中,國惠集團攜SL-STPTM污泥資源化處理技術布局全國的藍圖正徐徐展開。

            綜上所述,總體上,我國污泥處理處置整體發展還存在著處理率低、技術路線生搬硬套、監管難等各種問題。在污泥處置市場將全面爆發的現在及未來,污泥焚燒能否成為污泥處置的最終出路,污泥單獨焚燒能否C位出道,需要市場反復的驗證,需要時間的長時間洗滌,我們拭目以待。


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