发布时间:2023-04-08 点此:49次
污泥干化现在一般都是利用太阳能和地热为热源,在摊铺机和翻抛机的作用下,对污泥进行干化,能将含水率80%左右的污泥干化到含水率为35%左右的“干污泥”。干化后的污泥是其资源化的重要条件:一是用污泥与页岩或煤矸石掺合成混合物(污泥占10%左右)烧砖;二是可当制作有机肥的主要原料;三是可作燃料(每公斤干污泥燃烧时,产生2000-3000大卡热量,且2.5公斤的干污泥相当于1公斤标准煤)。
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城市污泥不同处理处置方式的成本和效益分析——以北京市为例张义安,高 定,陈同斌*,郑国砥,李艳霞中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心,北京 100101摘要:以北京市为例,估算不同电价及运输距离下填埋、焚烧及堆肥等方式的城市污泥处理处置成本,在此基础上讨论各种处理处置方案的前景,展望北京市污泥处理处置出路。污泥填埋在一定时期内还将是主要处理处置方式,但所占比例将逐渐下降;堆肥是经济上较为可行的处理处置方式,适合大力推广;随着经济实力与技术水平提高,焚烧法可以适用于个别特殊地点。
同时,分析了政府补贴对污泥处理处置效益的影响。
关键词:城市污泥;处理处置成本;填埋;焚烧;堆肥中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2006)02-0234-05 城市污泥是污水处理的副产物,以含水率97%计算,体积占处理污水的0.3%~0.5%[1],深度处理产泥量还将增加50%~100%。目前我国每年排放的干污泥大约1.3×106 t,并以大约10%的速率在增加。北京市全区域规划污水排放量为330×104 m3/d,其中2003年市区污水排放量约为230×104 m3/d[2]。规划建设14座污水处理厂,2015年污水处理能力预计将超过320×104 m3/d,处理率将超过90%。
到2008年,北京市将新增9座中水处理厂,深度处理能力将由目前的1×104 m3/d提高到47.6×104 m3/d,届时每年产生含水率 80% 城市污泥超过80×104 m3。北京市最大的污水处理厂——高碑店污水处理厂污泥外运运输费用占到全厂运行费用的1/3[3]。城市污泥的大量产生,已引起日益严峻的二次污染,并成为城市污水处理行业瓶颈。
污泥处理处置率低,其中非常重要的一个原因就是投资和运行成本方面的限制。但到目前为止,还未见关于不同污泥处理处置方案的经济分析,导致不同单位和设计人员在方案的选择上存在较大的盲目性。本文以北京为例,对几种典型的城市污泥处理处置方式进行经济分析,以便为城市污泥处理处置技术的选择提供参考依据。
1 城市污泥处理处置成本估算1.1 估算方法以1 t干污泥(DS)为计算基准,综合成本=运行成本+设备折价成本。运行成本以目前较为成熟的处理处置方式进行估算。北京市污泥机械脱水效果通常在80%左右。
各方案中的成本估算涉及或包括焚烧、运输、填埋等3个流程;设备折价成本取15 a使用年限,年折旧7%,社会利率10%,即年折价17%,设备年工作时数以8000 h计。因此,设备折价=设备价格×指数×0.17/8000。1.2 估算细则(1)单位成本填埋:生活垃圾卫生填埋的成本约60~70 ¥/t,污泥填埋时按照压实生活垃圾∶土∶污泥容重比为0.8∶1∶1,污泥填埋成本为48~56 ¥/t,取52¥/t。干化:干燥能耗与脱水量成正比。
燃气加热效率85%、锅炉热效率70%、过程热损失5%时,水的蒸发能耗为150 (kWh)/t,每小时去除1 t水的设备投资为180×104¥[4]。焚烧:目前多采用流化床技术,每h焚烧1 t干化污泥的设备成本为528×104¥,污泥按干质量减量60%。焚烧的运行费用24¥/t,烟气处理消耗NaOH量约为37 kg/t,折价约128¥/t [5]。电价:北京市工业电价高峰期、平段区、低谷期分别为0.278、0.488、0.725¥/(kWh)。
按不同补贴方案,将电价设定为0.30、0.60¥/(kWh)。运费:北京市运输价格在0.45~0.65¥/(tkm)之间,污泥为特殊固体废物,需特殊箱式货车运送,价格处于高端。另外,近年运输价格有上涨趋势。因此,运费取0.65 ¥/(tkm)。
此外,干化及焚烧均按设备成本添加30%物耗人工管理费及土建配套费。(2)污泥含水率污泥的有机质和水分含量较高,填埋存在一系列问题,当前主要关心的是土力学性能,当含水率高于68% 时需按m(土)∶m(污泥)=0.4~0.6的比例混入土 [6-8]。含水率降低时污泥性状存在突变,因此填埋脱水目标设定为80%、30%。
含水率是污泥焚烧处理中的一个关键因素。有机质含量高、含水率低利于维持自燃,降低污泥含水率对降低污泥焚烧设备及处理费用至关重要。一般将污泥含水率降至与挥发物含量之比小于3.5时,可形成自燃[9]。
北京市污泥有机物含量在45% 以下,因此使污泥维持自燃焚烧的水分含量应小于61.2%。朱南文总结了几种国外污泥热干燥技术,可以将污泥干燥至10%含水率[10]。污泥焚烧综合成本随干燥程度动态变化,干化程度越高,干化能耗升高,焚烧设备及运行费用随之下降。简化起见,本文以污泥保持热量平衡燃烧为估算前提,不再进行高水分下加入重油的成本估算。
因此污泥焚烧的干化目标定为:60%和10%。表1 北京市填埋场概况[11]及离污水处理厂的最近距离Table 1 Description of landfill sites and wastewater treatment plants填埋场 填埋场位置 处理规模/(td-1) 预计关闭时间 最近的污水处理厂 最近直线距离/km 1)北神树 通县次渠乡 980 2006 高碑店 20安定 大兴区安定乡 700 2006 小红门 36六里屯 海淀区永丰屯乡 1500 2017 清河 15高安屯 朝阳区楼梓庄乡 1000 2018 高碑店 15阿苏卫 昌平区小汤山乡 2000 2012 清河、北小河 40焦家坡 门头沟区永定镇 600 2011 卢沟桥 151) 最近距离数据为作者实测综上所述,污泥的处理处置方式计有:堆肥,分别干燥至含水80%、30% 时填埋,干燥至含水60%、10%时焚烧。1.3 填埋成本填埋成本=能耗成本+运输成本+填埋场成本+设备折价成本能耗成本=[1/(1-η0)-1/(1-ηe)]×150×α×Pele运输成本=0.65×L /(1-ηe)填埋场成本=βPf /(1-ηe)设备折价=[1/(1-η0)-1/(1-ηe)]×180×α× 0.17×104/8000其中,η0、ηe分别为处理处置始、末的含水率;Pele为电价,¥/(kWh);L为运输距离,km;α为土建及人工配套费指数,1.3;β为体积系数,含水率≥68%时在1.4~1.6之间,取1.5,含水率<68%时取1;Pf为填埋场填埋价格,40~60¥/t,取52¥/t。
污泥填埋运输距离:北京市现有填埋场容量不足以满足生活垃圾处置需求,即使规划中的填埋场建成之后,富余填埋能力也很有限,污泥填埋需另外觅地新建填埋场。随着城市发展及填埋场地质条件要求,运输距离也将越来越远,参照表1,污泥 填埋的运输距离将在40 km以上,因此在估算今后的填埋成本时,分别取50、100 km作为近期及远期填埋场运输距离。1.4 堆肥成本及收益城市污泥经过堆肥无害化处理之后进行土地利用,是国际上普遍采用的处理处置方式。强制通风静态垛堆肥处理是泥堆肥主流技术,其处理成本与污泥初始含水率、处理规模、堆肥厂与污水处理厂之间距离以及设备原产地等因素相关。
堆肥厂宜建在污水处理厂周围,运输成本计为0,堆肥成本主要由鼓风、烘干、筛分能耗,调理剂及设备折价成本组成。目前,堆肥产品的市场销售价格为350~500¥/t,扣除15%含水率后取500¥/t DS。利用CTB堆肥自动控制系统[12,13]进行强制通风静态垛堆肥在河南省漯河市城市污泥堆肥厂的应用结果表明,当污泥含水率不高于80%时,鼓风能耗在40~60 (kWh)/t DS之间,取60 (kWh)/t DS。
CTB调理剂价格为300 ¥/t,损耗率一般为5% [14]。经过10~14 d堆肥,污泥干物质减量30%,含水45%。
天通控股股份有限公司(TDG)位于浙江省海宁市,始建于1984年,是国内首家自然人控股的上市公司,股票代码600330,注册资本5.88亿元。天通控股股份有限公司十分重视环境保护事业的发展,和日本日立、三菱等公司有十多年的合作关系。
从日本三菱公司全套引进了适合中国国情的污泥“干化+焚烧”处置技术,为我国环保事业做贡献。
主要产品:圆盘式污泥干燥机,是国家三部委重点推荐的污泥干燥技术,也是发达国家污泥处置的主流干燥设备,处于世界领先水平。 圆盘式干燥机,与其他间接干燥设备相比具有,传热面积大,搅拌效果好,更能促进水分的蒸发和去除等优点,是新开发的一款改良型间接加热干燥机。转盘式干燥机主要是由定子(外壳),转子(转盘)和驱动装置组成。(1)转子转子中心轴是干化转盘的承载部件,它是一个中空轴,所有的转盘焊接在这个中空轴上。
每片转盘由两个对扣的圆盘焊接而成。中心轴内腔与所有转盘内腔相连通。为了提高转盘的坚固性,空心转盘内腔分布着许多支撑杆,支撑杆两端支撑着左右两个圆盘。
根据所干化物料性质的不同,转盘可以采用低碳钢,不锈钢,或特殊合金钢制造。在转盘边缘装有推进/搅拌器,它们有两个功能:一是推进输送物料,二是搅拌混合物料。推进器的倾角是可以调整的。
转盘的内腔可以通入中低压蒸汽,导热油或高压热水传递干化产品所需热量。(2)定子定子近似一个圆柱体外壳,上部高起,空出容纳污泥废蒸汽的空间,并设有废蒸汽出口。定子端板采用法兰安装,便于检修,同时端板也用于固定转子的轴承。
为便于检修,废蒸汽圆顶出口也装有检修盖板。(3)驱动马达整个驱动装置由嵌入式减速箱,皮带传动,耦合器和电机等组成,用于驱动转子缓慢旋转。(4)推进/搅拌器转盘式干燥机的功能通过转盘边缘的推进/搅拌器的作用,污泥被均匀缓慢地输送通过整个干燥机,并通过与转盘的热接触被干化。在干化过程中,热蒸汽冷凝在转盘腔的内壁上,形成冷凝水。
冷凝水通过一个管子被导入中心管,最终通过导出槽导出干燥机。在每两片转盘之间装有刮刀,刮刀固定在外壳(定子)上。刮刀可以疏松盘片间的污泥,使废蒸汽快速离开污泥。干燥机的传热介质一般是0.2Mpa ~ 0.6Mpa 的饱和蒸汽。
转盘式干燥机的特点:(1)接触式干燥(间接干燥,导热介质与污泥无直接接触)(2)最终出泥干化程度可随客户要求灵活变动,如使污泥含水率从80%左右降至40%,30%,20%,10%和5%等。