2月21日,由國(guó)家環(huán)境保護(hù)技術(shù)管理與評(píng)估工程技術(shù)中心、國(guó)家環(huán)境保護(hù)污泥處理處置與資源化利用工程技術(shù)中心和北控水務(wù)集團(tuán)聯(lián)合主辦的2023污泥處置技術(shù)與應(yīng)用高峰論壇在京舉行,論壇聚焦十四五污泥集中焚燒無(wú)害化處理,集聚生態(tài)環(huán)境部等政府部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)內(nèi)知名專(zhuān)家學(xué)者、國(guó)內(nèi)外環(huán)保企業(yè)領(lǐng)軍人物等行業(yè)精英,共同探討我國(guó)污泥無(wú)害化處理、資源化利用的技術(shù)路線(xiàn)、工程實(shí)踐和發(fā)展前景。
國(guó)家環(huán)境保護(hù)技術(shù)管理與評(píng)估工程技術(shù)中心主任、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王凱軍以“我國(guó)污泥干化—焚燒市場(chǎng)發(fā)展與問(wèn)題分析”為主題,從國(guó)家為什么解決不了污泥問(wèn)題、關(guān)于污泥干化—焚燒工藝的技術(shù)分析、關(guān)于我國(guó)污泥干燥-焚燒的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題三個(gè)方面進(jìn)行了分享,從宏觀角度介紹了行業(yè)發(fā)展與未來(lái)方向,并指出污泥焚燒是污泥處理處置的主流技術(shù)。以下為根據(jù)其發(fā)言整理。
一、 國(guó)家環(huán)境保護(hù)技術(shù)管理與評(píng)估工程技術(shù)中心
大家下午好,應(yīng)大會(huì)的要求今天我的發(fā)言重點(diǎn)聚焦在宏觀層面,首先我簡(jiǎn)單向大家介紹下國(guó)家環(huán)保技術(shù)評(píng)估與管理工程技術(shù)中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“工程技術(shù)中心”),2010年3月批準(zhǔn)依托清華建設(shè)。中心工作以環(huán)境技術(shù)評(píng)估為基礎(chǔ)工作,以技術(shù)政策、BAT導(dǎo)則和工程規(guī)范等技術(shù)指導(dǎo)體系建設(shè)為核心工作,建立環(huán)境技術(shù)的示范推廣機(jī)制平臺(tái),為環(huán)境技術(shù)管理體系建設(shè)提供技術(shù)支撐。
二、我國(guó)污泥干化—焚燒市場(chǎng)發(fā)展與問(wèn)題分析
1.國(guó)家為什么解決不了污泥問(wèn)題?
目前中國(guó)擁有15-16萬(wàn)噸/日的污泥處理設(shè)施?!笆濉逼陂g,我們就關(guān)注到污泥問(wèn)題,當(dāng)時(shí)每天污泥產(chǎn)生量為8-9萬(wàn)噸/日?!笆奈濉逼陂g規(guī)劃新增污泥(含水率80%)無(wú)害化處置設(shè)施規(guī)模不少于2萬(wàn)噸/日?;仡櫋笆濉逼陂g,新建污泥處理處置規(guī)模(含水率80%)7萬(wàn)噸/日?!笆濉逼陂g,新增或改造污泥(含水率80%)無(wú)害化設(shè)施處置能力6萬(wàn)噸/日。如果按照計(jì)劃,污泥問(wèn)題早就解決了。“十一五”至“十三五”期間建設(shè)了5500多座污水廠(chǎng)取得了很大的成績(jī),但是污泥無(wú)害化處理處置設(shè)施建設(shè)的工作一直沒(méi)有完成,污泥處理確實(shí)存在著比較大的問(wèn)題。
京城環(huán)保趙傳軍總在發(fā)言中提到垃圾焚燒在發(fā)達(dá)沿海地區(qū)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)要重點(diǎn)關(guān)注,我也有同樣的感受,所以提出“歷史的經(jīng)驗(yàn)值得注意”。
是什么歷史經(jīng)驗(yàn)?zāi)??最開(kāi)始搞垃圾焚燒的時(shí)候發(fā)生的番禺事件、余杭中泰事件、廣東清遠(yuǎn)事件,當(dāng)?shù)孛癖姸挤磳?duì)垃圾焚燒。
最后四部委聯(lián)合發(fā)文,說(shuō)明焚燒還是很好的無(wú)害化處理方法,能夠相對(duì)集中解決問(wèn)題,國(guó)家發(fā)聲后來(lái)垃圾焚燒的反對(duì)聲少了一些。到現(xiàn)在,形成了80萬(wàn)噸/天的焚燒能力(2.4億噸焚燒能力),實(shí)際清運(yùn)能力為2.1億噸,垃圾焚燒能力已經(jīng)超出了垃圾清運(yùn)能力。
污泥焚燒也遇到同樣的問(wèn)題。大家看反對(duì)杭州七格污水處理廠(chǎng)污泥焚燒項(xiàng)目這條新聞,當(dāng)時(shí)調(diào)查98.82%的網(wǎng)友反對(duì)焚燒。深圳市“第一座”城市污泥焚燒處理項(xiàng)目引進(jìn)國(guó)外現(xiàn)金技術(shù)裝備,總投資約5億元,也是因?yàn)榉磳?duì)的聲音太多而運(yùn)行不起來(lái)。對(duì)比垃圾焚燒,人們對(duì)污泥焚燒實(shí)際上是存在一種誤讀。
誤讀一:污泥焚燒特性與垃圾相同是二噁英排放源。垃圾焚燒確實(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二噁英。根據(jù)京都大學(xué)平崗教授調(diào)研比較,垃圾焚燒、污泥燃燒和尾氣排放,污泥的焚燒和垃圾焚燒跟汽車(chē)排放產(chǎn)生的二噁英是在同一個(gè)數(shù)量級(jí),因?yàn)槔贌写罅康乃芰虾陀袡C(jī)物,所以污泥焚燒和垃圾焚燒本質(zhì)不一樣。
誤讀二:污泥焚燒是一種高碳排放工藝。聯(lián)合國(guó)氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)認(rèn)為污泥生物源產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)焚燒是碳中性的,所以污泥焚燒不是高碳排放。
誤讀三:污泥焚燒是一種高能耗工藝。如果我們認(rèn)真比較大型的污泥處理工藝,通過(guò)污泥焚燒廠(chǎng)和一個(gè)堆肥廠(chǎng)在裝機(jī)能力上的比較發(fā)現(xiàn),污泥堆肥廠(chǎng)的裝機(jī)能力是要高于垃圾焚燒廠(chǎng)的。我們通過(guò)系統(tǒng)比較一系列的大型污泥堆肥廠(chǎng),從耗能來(lái)講,污泥焚燒不是一種高能耗工藝。
在污泥行業(yè)中,有搞厭氧技術(shù)的,有搞堆肥技術(shù)的,也有搞焚燒的,大家不是一塊兒想把蛋糕做大,而是互相說(shuō)對(duì)方的工藝不行。早在2014年我就呼吁過(guò),為什么污泥焚燒被妖魔化了呢?引用孟子一段話(huà)來(lái)說(shuō),“夫人必自悔,然后人悔之”。在行業(yè)中需要的是共同呼吁解決污泥問(wèn)題,而不是相互攻擊說(shuō)別人的工藝不行,說(shuō)對(duì)方工藝不行,實(shí)際上很有可能是因?yàn)槲覀儗?duì)技術(shù)不太了解。做水處理技術(shù)的專(zhuān)家對(duì)燃燒工藝了解多少?因?yàn)椴涣私猓瑢?zhuān)業(yè)人士也變成了公眾,公眾發(fā)表專(zhuān)業(yè)意見(jiàn),這就存在很大的問(wèn)題。
我們?cè)诟鞣N場(chǎng)合呼吁解決污泥問(wèn)題,也曾以專(zhuān)報(bào)的形式上報(bào)生態(tài)環(huán)境部。發(fā)改委、住建部、生態(tài)環(huán)境部三部委共同印發(fā)《污泥無(wú)害化處理和資源化利用實(shí)施方案》,這都是對(duì)污泥問(wèn)題的重視?!笆奈濉币?guī)劃綱要對(duì)污水處理只有一段話(huà),明確提出污泥集中焚燒無(wú)害化處理,再就是管網(wǎng)和污水資源化的問(wèn)題。所以,這三個(gè)問(wèn)題是“十四五”的主要工作。
我國(guó)政策法規(guī)也對(duì)污泥干化焚燒技術(shù)有一系列的支持。《污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》、《污泥處理處置污染防治BAT指南》、《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污泥處理處置技術(shù)指南》這三個(gè)文件我都參與了制定。住建部、環(huán)保部、科技部發(fā)的污染防治技術(shù)政策、污染防治最佳可行指南以及污泥處理處置技術(shù)指南,都明確了污泥焚燒在其中的位置。
在國(guó)際污泥主流處理處置技術(shù)中,干化-焚燒也是主流之一。美國(guó)頒布聯(lián)邦法典規(guī)定污泥焚燒應(yīng)該遵循的要求;日本由于地方狹小、人口稠密,污泥焚燒一直是主導(dǎo)工藝;在歐洲,污泥焚燒也是主流工藝之一,其他還有厭氧、堆肥工藝。
二、關(guān)于污泥干化—焚燒工藝的技術(shù)分析
接下來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下污泥干化—焚燒工藝技術(shù)。80%或60%的污泥干化到具有自持燃燒的程度,可分為直接干化技術(shù)和間接干化技術(shù)。
早期認(rèn)為直接干化是不行的,主要原因是煙氣接觸有污染,但是對(duì)尾氣治理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后是沒(méi)問(wèn)題的。直接干化技術(shù),主要是噴霧干燥和帶式干化,還有其他的滾筒干燥等;間接干化分別為槳葉干化、圓盤(pán)干化、薄層干化等。這些技術(shù)都有一些適用條件和特點(diǎn)。間接干化技術(shù)的設(shè)備單機(jī)最大處理能力為100噸/天。
單機(jī)處理能力小是間接干化技術(shù)面臨著問(wèn)題。在國(guó)際市場(chǎng),300噸的焚燒已經(jīng)是大項(xiàng)目了,但是在中國(guó)動(dòng)輒就是500噸、1000噸的項(xiàng)目。如果單機(jī)處理能力小,千噸級(jí)項(xiàng)目就要選擇十幾臺(tái)處理設(shè)備,這樣使系統(tǒng)復(fù)雜程度非常高。
為什么間接干化處理設(shè)備做不大呢?因?yàn)殚g接干化主要靠桶壁加熱,而槳葉的面積很小,滾筒直徑增大后和加熱面積不成正比,做到一定直徑后就很難再做大,這是間接干化的技術(shù)弱點(diǎn)。
對(duì)比直接干燥的的單體設(shè)備可以做到比較大的體量,比如“噴霧干燥技術(shù)“單塔可以做到500噸/個(gè),更適用于大型污泥干燥項(xiàng)目。
作為焚燒工藝設(shè)備主要有三個(gè),分別是鼓泡流化床、循環(huán)流化床和回轉(zhuǎn)窯。其中循環(huán)流化床基本上用于摻燒,單獨(dú)污泥焚燒很少使用,是因?yàn)轱w灰的量比較大,不在今天的討論主題之內(nèi)。鼓泡流化床和回轉(zhuǎn)窯是污泥焚燒主要采用的設(shè)備,在國(guó)內(nèi)都有應(yīng)用的案例,這里就不詳細(xì)展開(kāi)介紹,后面對(duì)鼓泡流化床稍微有些深入的探討。
三、關(guān)于我國(guó)污泥干燥-焚燒的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題
在焚燒應(yīng)用過(guò)程中有幾個(gè)問(wèn)題值得我們注意。從2019年起,清華大學(xué)和清控環(huán)境對(duì)國(guó)內(nèi)單獨(dú)焚燒項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)查。截至目前調(diào)研了70多個(gè)項(xiàng)目,
通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn),國(guó)內(nèi)的領(lǐng)軍企業(yè)集中在三家。第一個(gè)組合是京城環(huán)保和上海市政院的合作,主要圍繞上海竹園、石洞口等污泥項(xiàng)目,京城環(huán)保還獨(dú)立建設(shè)了一些污泥焚燒項(xiàng)目;第二個(gè)組合是同方環(huán)境與西南市政院的合作,比如配合成都興蓉水務(wù)一、二、三期的污泥項(xiàng)目;第三個(gè)組合是清華大學(xué)與浙江環(huán)興機(jī)械的合作,到目前為止也做了十幾個(gè)項(xiàng)目。我和京城環(huán)保趙總溝通了解到,去年京城又新增了三個(gè)項(xiàng)目,可以看到行業(yè)這幾年的迅速發(fā)展。
其他污泥項(xiàng)目主要集中在蘇伊士、威立雅等外資公司。蘇伊士運(yùn)營(yíng)的污泥項(xiàng)目焚燒的不多,主要采用干化和摻燒。這里沒(méi)有提到的一些日本公司,是因?yàn)榫┏呛屯奖澈笾饕脑O(shè)備供應(yīng)廠(chǎng)家是日本公司。
通過(guò)北控姜總的介紹,我們看到北控水務(wù)和京城環(huán)保有密切關(guān)系,清華大學(xué)與同方環(huán)境也有緊密合作,所以在污泥焚燒領(lǐng)域各方合作是非常密切的。
通過(guò)總結(jié)我們發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題。問(wèn)題一,早期因?yàn)閲?guó)外進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴,項(xiàng)目的平均投資金額較高,達(dá)到了120萬(wàn)元/噸。最近有些設(shè)備型號(hào)國(guó)產(chǎn)化以后,投資金額探底可以到50萬(wàn)元/噸。投資對(duì)運(yùn)行費(fèi)用的影響還是非常大的。如果按照投資100萬(wàn)元/噸金額計(jì)算,把運(yùn)行費(fèi)用、折舊、BOT利息、收益攤銷(xiāo)以后,運(yùn)營(yíng)成本很難低于600元/噸,所以上海、成都有的項(xiàng)目收費(fèi)都到800塊錢(qián)。
國(guó)產(chǎn)化后的污泥噴霧干化焚燒工程投資成本可降低至30萬(wàn)元/噸,運(yùn)行成本可以降低到300元/噸,這就是為什么清華與環(huán)興團(tuán)隊(duì)在全國(guó)做了十幾個(gè)噴霧干化的工藝,從成本和科技創(chuàng)新上來(lái)說(shuō)是非常重要的。
第二個(gè)問(wèn)題是深度脫水處理政策“遺產(chǎn)”。2010年環(huán)保部出臺(tái)了《關(guān)于加強(qiáng)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污泥污染防治工作的通知》,提到不以集中處理為目的外運(yùn)污泥要達(dá)到50%含水率。這個(gè)通知下發(fā)后,全國(guó)各個(gè)污水處理廠(chǎng)全部建設(shè)高干脫水設(shè)施。我在“2019年中國(guó)給水污泥論壇”上提出,中國(guó)污泥處理界面臨重大的歷史選擇,選擇高干脫水工藝將阻礙污泥處理技術(shù)發(fā)展,導(dǎo)致在市場(chǎng)出現(xiàn)劣幣驅(qū)逐良幣現(xiàn)象。有幸的是,2021年生態(tài)環(huán)境部做政策清理廢止了這個(gè)文件。全世界污泥處理廠(chǎng)90%都不采用這條技術(shù)路線(xiàn),我們采用了這條技術(shù)路線(xiàn),留下得高干脫水污泥技術(shù)怎么辦?這是焚燒時(shí)代的機(jī)會(huì),同時(shí)也是陷阱。
機(jī)會(huì)是深度脫水的污泥(~50%含水率)如果直接焚燒,可避免在干化粘滯區(qū)工作;有機(jī)質(zhì)含量>50% 、深度脫水50%含水率的污泥,可自持燃燒,簡(jiǎn)化干化焚燒工藝。同時(shí)存在的陷阱是,如果污泥有機(jī)質(zhì)<50%、高干脫水>60%含水率的污泥將面臨非常尷尬的狀況,干化設(shè)備必須上,為了脫出小量水導(dǎo)致投資效率非常低,并且這個(gè)系統(tǒng)配置上非常困難,太干了要噴水降溫,含水率高了,燒不起來(lái)。所以,這是它的陷阱。
鼓泡流化床對(duì)低熱值的解決方法是熱氣回流,回流后干化了污泥,相當(dāng)于提高了熱值,在 500<污泥熱值<1000范圍內(nèi)起作用,針對(duì)不同情況下數(shù)值范圍是不一樣的,但如果熱值低于500再回流也起不到作用。
熱值高的情況下,流化床就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。我們從日本引進(jìn)的爐型基本是絕熱的,超過(guò)900°以上就需要降溫,否則就會(huì)結(jié)焦。對(duì)于高熱值的項(xiàng)目,反而需要噴水降溫,這在經(jīng)濟(jì)上是不合理的,從工藝路線(xiàn)上來(lái)講也不應(yīng)該這么做。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的調(diào)研、對(duì)工藝的把握是非常重要的。所以說(shuō),這對(duì)焚燒來(lái)說(shuō),既是機(jī)會(huì)也是陷阱。
針對(duì)這種情況,我們這兩年開(kāi)發(fā)了立式疊層高壓脫水,可迅速將80%含水率的污泥脫水至50%以下,對(duì)大部分的城市污泥脫到這個(gè)程度后,用很簡(jiǎn)單的直接干燥就可以進(jìn)到焚燒,使得工藝流程大為簡(jiǎn)化,大規(guī)模降低工程造價(jià),項(xiàng)目投資也大為降低。
我們進(jìn)行了測(cè)算,按照80%的含水率來(lái)算,以前是正能量的,如果采用這種工藝是負(fù)能量的,能作為熱能或者電能的產(chǎn)出。我們做過(guò)400噸/日的可研,驅(qū)動(dòng)一個(gè)一兆瓦的發(fā)電機(jī)以后,對(duì)內(nèi)部用電可以基本平衡,符合低碳綠色,這是一個(gè)非常好的技術(shù)方向。
由于《關(guān)于加強(qiáng)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污泥污染防治工作的通知》頒布,導(dǎo)致我國(guó)全部上馬污泥高干脫水。高干脫水之后怎么順勢(shì)而為,這將是下一步污泥焚燒非常重要的話(huà)題。