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合肥滨湖新区污泥循环利用调研报告

中国·合肥门户网站  www.hefei.gov.cn 2011年12月05日  作 者:决策咨询网
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《合肥市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出要“扎实推进滨湖新区城市生态建设示范区建设”,“大力发展循环经济”。在市委市政府的领导下,“十一五”期间,滨湖新区城市生态建设示范区建设工作开局良好,以园林绿化建设和塘西河综合整治为抓手,为滨湖新区发展营造了良好的人居环境。但就现状而言,距离“城市生态建设示范区”建设目标尚有差距,比如“五管齐下”治水策略的工程目标和管理目标尚未完全实现到位,特别是污水处理厂产生的污泥尚需妥善处置。众所周知,城市污泥主要包括污水处理厂产生的污泥、河道污泥、下水道污泥和地沟泥等。其中,污水处理厂和城市河道疏浚污泥的产生量最大,污水处理厂产生的污泥最难监管、处理和最终处置。因此,如何统筹滨湖新区可再生资源的回收利用,实施“减量化、稳定化、无害化、资源化”的污泥处理处置策略,推动资源再生利用产业化,是滨湖新区值得研究的新课题。

一、污泥处理和处置背景

合肥滨湖新区位于巢湖北岸,2006年启动建设之初,市委市政府就提出“不让一滴污水流入巢湖”的目标,对滨湖新区进行保护性开发,多管齐下实施水环境综合治理。目前已投入运行的十五里河污水处理厂规模为15m3/d,塘西河再生水厂规模为3m3/d,在建的北涝圩再生水厂规划规模12m3/d。根据《合肥市雨污水专业规划(2007-2020)》,滨湖新区规划建设的污水处理厂(再生水厂)最终规模将达到95.5m3/d,预计产生污泥量将达到3.5万吨/年(以干固体计),日产污泥量470/天(以含水率80%计)。随着初期雨水污染控制相关工程项目的实施,污泥量还将大幅增加。

若得不到有效处理,污泥危害极大。上海、北京等地都发生过污泥污染水环境的恶性事件。德国著名水环境专家Imhoff曾经说过:“在污水处理的同时,必须对污泥进行最终处置,一个污水处理厂如果没有解决污泥最终出路问题,这个污水处理厂就不值得运行”。201184人民日报刊登题为《全国每年八成污泥未得到妥善处理》的署名文章,指出:“污泥是污水中最脏的部分,不及时加以处理处置,将对环境产生巨大的危害”。文章列举了合肥王小郢污水处理厂,“20056月,合肥市的王小郢污水处理厂由于污水处理后产生的大量污泥无处堆放,向合肥市污水管理处发出紧急报告要求允许其停止运行污水处理。污水厂停摆,意味着每天30万吨生活污水在未经任何处理的情况下,直接排入南淝河,而污水厂要运行,每天产生的200吨污泥又无处存放,‘光吃不拉’也不可能。”清华大学环境系中国水业政策研究中心主任傅涛认为,污泥处置的责任应当是附属于政府污水处理责任的一种社会服务责任。政府不应在这个责任面前缺位,同时污泥的有效处置也存在着巨大的商机。

(一)污泥是可循环利用的资源

污泥是污水处理的副产物,是一种浓缩富集的污染物。污泥有机物含量高、易腐烂,有强烈的臭味,并且含有寄生虫卵、病原微生物和铜、锌、铬、汞等重金属以及盐类、多氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有毒有害物质,可产生有机物污染、病原微生物污染、重金属污染和其他危害(如污泥盐分的污染和氮、磷等养分的污染),未经恰当处理的污泥进入环境后,会直接给水体和大气带来二次污染,对生态环境和人类构成严重威胁。污泥必须经过处理后妥善处置,方可进入生态环境系统。

另一方面,污泥也是被遗忘、被忽视的资源。除含水份外,污泥中碳、氮、磷、硫、钾等植物营养物质含量丰富。相对化肥来说,污泥中的氮、磷释放慢,是理想的有机肥料。通过控制合理的单位面积施用量,削减传统农业引起氮、磷释放面源污染,有利于生态环境的保护。此外,在污泥干质中,有机物和无机物各占50%左右,有机物可厌氧消化回收甲烷气能源,可焚烧回收能源,焚烧后的无机物亦可作为建材原料利用。

把污泥作为资源回收利用,需要跨行业多部门合作,涉及面广、决策复杂,是近年来国内外环保业的热点难点问题。合肥滨湖新区作为国家生态建设示范区,如何保证污泥治理在不对环境产生污染的前提下,形成稳定的商业运作模式,在政府承担必要社会责任的同时,尽可能地收获经济、环境等综合效益,是摆在新区建设者面前一个重要问题。

(二)国内外污泥处理处置的经验及现状

美国、德国、日本、英国等发达国家,污泥处理处置的方式存在很大的差异。从工程学角度看,有污泥厌氧消化、污泥干化焚烧、污泥卫生填埋等主流技术,也有与垃圾处理系统、电厂和水泥厂结合的复合技术,还有热解、碳化等处于研究阶段的技术。发达国家污泥处理处置对策多与各自国情有关。美国土地利用的比例较高(林地和市政绿化的利用、用于矿场土地、森林采伐场、垃圾填埋场、地表严重破坏区等需要复垦的土地的修复与重建等),而德国、日本、英国干化焚烧的比例较高,按照高标准设计的污泥卫生填埋场仍在使用,但下降趋势明显。

我国的污泥处置尚处于探索阶段。2003年以后,我国主要大城市开始编制污泥处理处置规划,明确了各自的技术路径。如广州市提出近期选择污泥填埋,远期将用于农肥;深圳市拟采取热干化加焚烧工艺;上海市则根据不同情况,坚持处理分散化、处置集约化、技术多元化的方针,提出土地利用、能源回收、建材利用、卫生填埋的技术选择和规划布局;天津市计划建设3座污泥处理场,采用污泥消化发电工艺。此外,北京、南京、杭州等30多座城市也相继启动了各自的污泥处理处置行动计划。截至2010年底,全国范围内已建和在建的污泥处理处置工程已达40多项。但是,从全国情况看,污泥处理处置尚缺乏系统模式,问题未得到根本解决。

(三)国内关于污泥治理利用的相关政策

为鼓励各地、各部门主动参与污泥的综合处置,从国家到地方纷纷出台激励政策。住建部、环保部、科技部联合印发的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》(建城〔200923号),对污泥处理处置总体原则、规划与建设、技术路线、运输与储存、安全与监管、配套保障措施等做出规定。

国家发改委《关于完善农林生物质发电价格政策的通知》(发改价〔20101579号),对农林生物质发电价格作出规定,对新建农林生物质发电项目,统一执行标杆上网电价0.75/度。

国内一些先发城市(如杭州)规定:污泥实现无害化处置目标的项目,经有资质的中介机构审计后,市级财政按项目总投资额(不含土地投入费用)的20%给予补助,区级财政补助20%,项目单位自筹60%。市级财政最高奖补金额为500万元;实现资源化处置目标的项目:经有资质的中介机构审计后,市级财政按项目总投资额(不含土地投入费用)的30%给予补助,区级财政补助30%,项目单位自筹40%。市级财政最高奖补金额为800万元。

合肥市最新出台的政策:凡是收购31个重点禁烧区秸秆,用于秸秆固化炭化、造粒、制板、发电等用途的,不论是企业还是个人,都可以按秸秆收购量给予每吨50元的补助。对于相关设备的购置、节能改造等都有相应的奖补措施。

二、滨湖新区污泥处理处置及循环利用方略

(一)制作“营养土”,用于林地、绿化、农田等

污泥土地利用技术因投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点,被认为是最有发展潜力的一种处置方式。污泥制成“营养土”用于林地、绿化及农田,因不易造成食物链的污染而成为污泥土地利用的有效方式,将成为污泥处理处置的重要方向。

“营养土”的制备执行《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)或《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(CJ248-2007)标准,以污水处理厂的污泥为原料,以“玉米、麦、稻、花生秸杆、枯枝落叶”等为辅料,是良好的土壤改良剂。“营养土”中的有机质、氮、磷、钾以及锰、锌等植物生长矿物微量元素和腐殖质,使土壤酸碱度趋于稳定、保水保肥力强,对于水和风腐蚀的抵抗力增加,易于耕作。使用在树林及苗圃土壤中,可促进树木生长,绿化植物长势好、绿期延长、观赏性提高;使用在草皮培植中,草皮生长快、铲运方便、效率高且无杂草;使用在园林绿化和花卉生产中,既可改良土壤、促进园林绿化植物和花卉的生长,也可节约异地采购的运输费和采购费用。

发达国家的污泥土地利用年度施用量和累计施用年限,最终根据土壤背景特征和污泥处理后特征确定。污泥土地利用年度施用量主要受到氮负荷、磷负荷和重金属负荷的限制。按照GB4284-84标准要求,符合该标准的污泥施用量控制在2000千克干质//年(折合:3/公顷/年),可连续20年施用。

按近期滨湖新区规划污水处理规模22.5m3/d,将产生污泥0.82万吨/年(以干固体计)。若将采用脱水污泥好氧固态发酵碳固定工艺制备“营养土”(物料衡算及产值见下表),可生产含水率30%的“营养土”1.5万吨/,能满足120公顷园林绿化土地的“营养土”需求。滨湖新区塘西河公园现建成绿地面积约260公顷,完全可消纳。据此计算,合肥市远期污水处理量300m3/d产生的污泥全部制备“营养土”,可生产营养土”(含水率为30%20.4万吨/年,可满足1599公顷园林绿化的需求,年产值达7224万元。

滨湖新区污水污泥制备营养土预测表

原料

(以干质计)

配比

(以干质计)

产品

(含水率30%

产值

(万元/年)

污泥量

(吨/年)

辅料量

(吨/年)

污泥

辅料

营养土

(吨/年)

污泥处置收费

营养土销售

合计产值

8200

2460

70%

30%

15200

410

152

562

备注:1“营养土”销售价格以100/吨计;

2污泥处理处置费以100/吨(80%含水率)计;

322.5m3/d规划污水处理规模为预测基准。

(二)联合焚烧回收能源,灰渣用于建材

当然,不是所有的污泥都可以土地利用,污水中重金属含量高或含有危险废弃物的,需要干化及燃烧。污泥干质净热值在10-15兆焦耳/千克之间,与褐煤和树木相当。可采用独立焚烧系统和联合焚烧系统,独立焚烧系统仅以污泥为焚烧对象,提高污泥脱水设备脱水效能,或脱水污泥经太阳能干化,使污泥含水率降至65-70%,可实现污泥独立干化焚烧系统的自身能量平衡。联合焚烧系统可考虑与植物秸秆、枯枝落叶、脱水蓝藻等组合焚烧。污泥焚烧产生的灰渣可制成建材。多余能源以热、电、冷联供的方式回收利用。

污泥具有较高的烧失量(105110烘干的污泥在10001100灼烧后失去的重量百分比),焚烧灰渣化学成分与粘土质相近,可作为建材。国内外在焚烧灰渣作为原料生产生态水泥方面已有成功案例,在生料配比中替代30%的粘土。污泥制成的生态水泥可用于筑路、水库、海洋、喷涂、无钢筋混凝土工程及低发泡混凝土、纤维加强水泥板等领域。另外,焚烧灰渣还可采用免烧固化技术,制作建材。

(三)污泥应急改性填埋

建立安全可靠的污泥处置系统,在近阶段有必要考虑污泥的应急改性填埋。利用合适的填埋场建设污泥专用填埋或组合填埋场,如肥东龙泉山填埋场等,作为污泥处置应急之用。污泥单独填埋和组合填埋,都需要对污泥进行改性。改性的目标是降低含水率、提高土壤承载力、降低恶臭,保障填埋作业可行。污泥专用填埋和组合填埋需要进行专业的特殊设计。污泥改性措施有太阳能干化、矿化垃圾及改性土掺合堆置等。

除上述方式外,目前世界范围内的污泥处置前沿技术还有制熔融材料和微晶玻璃技术、烧制陶粒技术、污泥亚临界裂解资源回收技术、厌氧消化回收生物能技术等。

三、污泥资源再生利用产业化布局及管理

通过系统研究,结合合肥滨湖新区实际情况,建议开展污泥资源再生利用产业化试点,并采用以下污泥“减量化、稳定化、无害化”处理和循环利用“资源化”处置策略。

(一)总体策略与总体布局

围绕滨湖新区国家城市生态建设示范区建设目标,率先实现滨湖新区污水处理厂(再生水厂)污泥的无害化处理和资源化利用,兼顾合肥市的污泥处理处置。

在技术层面,启动“制备营养土用于林地绿化及农田经济作物”和“有机质联合焚烧,热电冷联供回收能源,焚烧灰建材利用”工程研究工作。配套落实“污泥应急改性填埋”的前期研究工作,建立因地制宜、安全可靠、经济可行、环境友好、资源节约的污泥处理处置体系。

在管理层面,启动污泥处理处置资源回收利用的市场机制和配套政策研究,建立“政府引导、市场运作、产业发展”的资源再生利用产业化机制,加强市场监管。产业化试点工程和合肥市污泥处理处置规划布局,宜充分考虑相关技术进步因素,预留未来发展空间。

(二)管理模式与管理政策

以“生态途径”解决污泥问题,需要跨行业合作和相关的政策支撑,可采取“政府搭台、企业唱戏”的模式,进行政策扶持、推动行业合作,实现污泥资源化利用“赢利模式”的构建。制约“赢利模式”的关键是“价格机制”和“共赢策略”,合理配置污泥资源,降低运输费用,合理调度市场资源,保障污泥制成品出路等。

市政府可充分利用住建部、环保部、科技部“城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)”(建城〔200923号)和国家发改委关于“农林生物质发电价格政策”(发改价格〔20101579号)等,同时配套出台部门联动、财税扶持、产品采购优先等相关政策,系统推进污泥处理处置和资源回收利用的市场化。

四、污泥处理处置资源再生利用综合效益

合肥境内既有巢湖这样的大型湖泊,也有包河、银河、雨花塘等环城湖泊,还有南淝河、十五里河等入湖河流,水系众多,污泥量大。本文以合肥市远期污水处理厂的污泥处置为例,说明其综合效益。

据滨湖新区排水规划,远期污水处理量为95.5m3/d产生含水率80%的脱水污泥为477.5/日。根据合肥经济圈城市发展规划,远期常驻人口达到1000万人,污水处理规模最大约500m3/d左右,污泥产量将达到2500万吨/年(含水率80%)。如按20%的污泥制造园林营养土、60%的污泥焚烧回收能源建材利用、20%的污泥改性后卫生填埋计算其效益如下:

(一)经济效益

营养土产业年产值将达到2400万元,回收氮4530/年、磷3500-4000/年;回收钾约205/年,固化碳4.6万吨/年;减少17万吨/CO2温室气体排放,产生收益约800万元/年。污泥综合焚烧产业回收能源135GJ/年,相当于4612吨标准/年,若标准煤价格以1100/吨计,每年创造经济价值507万元。

(二)环境效益

如按对合肥市80%的污泥进行资源回收处理处置,与污泥堆置和填埋相比,每年减少甲烷(CH4)排放量1235/年,CO2温室气体当量值27995/年。制成的营养土可提高植物成活率,促进植物生长,满足约2700公顷公园绿地的营养需求,该公园每天可吸收约2700吨二氧化碳,释放约2000吨氧气,为城市生活增添大型氧吧。

(三)社会效益

以“生态的途径”解决滨湖新区以及合肥市的污泥处理处置问题,通过碳的生物吸收固化、氮磷钾的回收利用,污泥有机质能源的回收,抑制大气及水环境污染,改善滨湖生态环境;抑制病源传播、提高人民群众的健康水平;探索可持续发展的生态城市建设,可为合肥、安徽乃至全国提供示范。

城市不仅是今天人们的城市,更是子子孙孙的城市。吴邦国委员长语重心长地寄语合肥:生态滨湖、造福于民。今年是合肥市“十二五”第一年,如何在开篇之年做好生态文章,对合肥市来说至关重要。作为城市的建设者,我们要以“放错位置的资源”去审视每一类城市废弃物,去思考和发掘其回收利用的手段,而不是简单地一弃了之。我们更有责任和义务把一个生态文明的滨湖新城留给子孙后代。

“治水治泥治根本,节能减排重循环,环境民生双受益,水清岸绿幸福城”。生态滨湖,从污水和污泥的循环利用开始!