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近年來，中國和國際污泥處理處置領(lǐng)域面臨更多共同的挑戰(zhàn)，如雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、資源能源回收利用與循環(huán)經(jīng)濟(jì)等，在“2023(第十五屆)上海水業(yè)熱點(diǎn)論壇”上，康碧集團(tuán)區(qū)域技術(shù)總監(jiān)廖足良博士以“康碧熱水解消化結(jié)合焚燒之案例及展望”為題進(jìn)行了分享，他指出，康碧熱水解消化結(jié)合焚燒技術(shù)具有減少用地、多產(chǎn)沼氣、沒有惡臭煩惱、減少后續(xù)干化需求、減碳等特點(diǎn)。
01 山路彎彎，30余年不平凡的發(fā)展歷程
康碧集團(tuán)經(jīng)過了不平凡的發(fā)展歷程。1989年從一個(gè)小項(xiàng)目的試驗(yàn)開始，到1992年成立公司，1994年才有了挪威的第一個(gè)項(xiàng)目。1998年在英國做了第一個(gè)項(xiàng)目，2000年的時(shí)候在都柏林做了第一個(gè)國際大型項(xiàng)目。2005年，開始做餐廚垃圾項(xiàng)目，2011年做了挪威奧斯陸餐廚垃圾項(xiàng)目，直到2011年，美國華盛頓水務(wù)公司的項(xiàng)目取得了重大突破，這是康碧集團(tuán)在全球市場(chǎng)的最大突破，之后在2014年中國項(xiàng)目成功落地，這是在亞洲市場(chǎng)的重大突破。之后，康碧于2021年上市。
經(jīng)過30余年發(fā)展歷程，康碧集團(tuán)不斷做出努力，不斷實(shí)現(xiàn)階段目標(biāo)，但仍然占全球需求量很小的比例，盡管在全球27個(gè)國家有88個(gè)項(xiàng)目，服務(wù)了大概1億多人口，但相對(duì)全球市場(chǎng)的大體量和這么多的城市，康碧還需要進(jìn)一步努力。
02 熱水解消化結(jié)合焚燒，實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化
熱水解可以整合優(yōu)化傳統(tǒng)厭氧消化，對(duì)于厭氧消化的提升主要體現(xiàn)在以下三方面：一是能夠大幅度減少厭氧消化本身所需要的體積，或者說提高單位體積處理的能力;二是通過熱水解能夠大幅度地提高沼氣的產(chǎn)率，在相同情況下提高能源效益;三是沼渣的品質(zhì)可以達(dá)到全面消毒，實(shí)現(xiàn)土地生態(tài)利用的要求。
在此前提下，整個(gè)系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)從能量到沼渣品質(zhì)再到生態(tài)利用的目標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中，由于場(chǎng)地、標(biāo)準(zhǔn)或政策等方面的限制，污泥從熱水解、厭氧消化到沼渣的土地利用的過程中可能面臨土地受限，那么，怎樣結(jié)合除土地利用之外其他的方式呢?
首先可以結(jié)合干化，正因?yàn)榍岸说臒崴饧ぐl(fā)了厭氧消化效率，提高了沼氣的產(chǎn)率，使得系統(tǒng)的能源效率提高，有多余的沼氣能源可以提供給干化所用，在有機(jī)質(zhì)不太高的情況下，仍然有足夠的沼氣實(shí)現(xiàn)協(xié)同干化的需要。熱水解可以使干化達(dá)到同樣效果的時(shí)候，所需要的蒸發(fā)量減少一半，這對(duì)于后面的能源需求非常重要。
結(jié)合干化焚燒的話，給焚燒帶來的效益就是經(jīng)過前端更多的有機(jī)物轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生沼氣之后，剩下的有機(jī)物量加后面的干固物量減少，所以焚燒量也減少了。
如果有現(xiàn)成的焚燒設(shè)施，相當(dāng)于給它備用了一些焚燒能力，通過這個(gè)角度來實(shí)現(xiàn)整個(gè)干化焚燒與厭氧之間的有機(jī)結(jié)合，或者換句話說，熱水解厭氧消化和干化焚燒不存在兩個(gè)工藝的相互沖突問題，相反，這是一個(gè)相互配合或者相互優(yōu)化的過程。
同時(shí)，因?yàn)橛泻芎玫漠a(chǎn)品——沼渣，所以在有土地利用的情況下，仍然可以開放土地利用，土地利用和焚燒會(huì)是一個(gè)相互合作的方式，能更好地把污泥最后的處置安全地打通，這是一個(gè)多途徑的處理與處置、利用與策略解決的結(jié)合方式。
經(jīng)過熱水解以后，厭氧消化的罐體可以減少50%到70%，在運(yùn)力緊張的情況下，可以用較小的占地實(shí)現(xiàn)較大的處理能力。
沼氣生產(chǎn)是污泥消化最重要的收入。多產(chǎn)的沼氣可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更多的平衡，在多數(shù)情況下，富裕能量可以用作發(fā)電或者提純，作為其他能源利用。
熱水解厭氧消化的一個(gè)特點(diǎn)是生物固體的優(yōu)良品質(zhì)。沼渣品質(zhì)優(yōu)良，包括土地安全利用的品質(zhì)，如病原菌的殺滅，以及較好的物理性狀，沒有傳統(tǒng)工藝下的沼渣那么潮濕、那么黏，也沒有臭味。美國無論普通民眾還是政府官員都非常樂意接受，同時(shí)，沼渣也可以作為一種家用產(chǎn)品，用于家庭種花、種草等。
對(duì)于干化能力削減的需求，希臘項(xiàng)目是把后端的沼渣干化之后送到塞浦路斯進(jìn)行處置，這就需要進(jìn)一步減少量，增加熱值，以便進(jìn)一步用于焚燒或摻燒發(fā)電廠。干燥是需要能量的，通過熱水解可以減少干化所需要的能耗，對(duì)于實(shí)現(xiàn)能量平衡非常重要，同時(shí)，還可以多產(chǎn)更多的電。
03 如何結(jié)合焚燒實(shí)現(xiàn)污泥處理處置？
新加坡與香港案例展示
過去，康碧集團(tuán)完成了多個(gè)干化焚燒結(jié)合項(xiàng)目，廖足良以新加坡大士熱水解協(xié)同消化干化焚燒項(xiàng)目，以及香港石湖墟熱水解消化送焚燒項(xiàng)目這兩個(gè)新項(xiàng)目為例，重點(diǎn)闡述了它們是如何結(jié)合焚燒實(shí)現(xiàn)整個(gè)污泥處理處置的?
在這個(gè)過程中，碳排放是不可回避的話題，不同的處理處置途徑碳排放也是相當(dāng)不同，在所有處置途徑中，土地利用的碳排放最低，這是國際上公認(rèn)的觀點(diǎn)。將熱水解消化焚燒對(duì)比直接焚燒, 可以實(shí)現(xiàn)碳減排70%，這對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)碳排放的減少起到了很重要的作用。
新加坡是一個(gè)城市國家，用地非常緊缺，為了處理污水，他們?cè)O(shè)計(jì)并建造了DTSS——深隧道污水處理系統(tǒng)。污水被DTSS收集后，進(jìn)入到兩個(gè)污水廠，一個(gè)在樟宜，一個(gè)在大士，規(guī)模都是80萬噸左右，相對(duì)國內(nèi)的污水廠，規(guī)模不算大。
在這樣的情況下，他們把污泥和垃圾處理進(jìn)行協(xié)同，將垃圾處理的漿液送到污水處理廠進(jìn)行厭氧消化，同時(shí)，厭氧消化的沼渣又送回到焚燒廠進(jìn)行焚燒。同時(shí)，污水廠和垃圾處理廠之間還有能源的協(xié)同，污泥和有機(jī)垃圾進(jìn)行熱水解消化之后，產(chǎn)生的沼氣送到垃圾焚燒發(fā)電廠發(fā)電，發(fā)的電又可以提供給污水廠使用，兩者實(shí)現(xiàn)耦合，發(fā)電之后還有余熱可以利用。
這個(gè)項(xiàng)目經(jīng)過了大概十年的論證，今年最終簽下合同，后期將會(huì)在2025年到2026年建成，這是一個(gè)世界級(jí)的合作項(xiàng)目。
這個(gè)項(xiàng)目采用的一級(jí)強(qiáng)化處理，會(huì)產(chǎn)生很多初級(jí)污泥，MBR工藝又會(huì)產(chǎn)生生化污泥，生化污泥是污泥當(dāng)中最難處理的部分，泥齡很長特別難于水解和消化，這也是為什么這個(gè)項(xiàng)目只對(duì)生化污泥部分進(jìn)行熱水解的原因。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)沼氣增加8.6%(相對(duì)于初級(jí)污泥以及其他有機(jī)垃圾計(jì)算的數(shù)據(jù))，干化減少25%，沼渣減少18.4%。
第二個(gè)案例，香港也是一個(gè)人口稠密、用地緊張的城市，污水廠的規(guī)模較為分散，污泥不管有沒有消化都是集中在T-Park焚燒廠，該焚燒廠設(shè)計(jì)規(guī)模3000噸，也是焚燒兜底的解決思路。
但是為了提高污水處理廠的能效，在石湖墟等污水廠對(duì)現(xiàn)有的厭氧消化進(jìn)行升級(jí)，加上熱水解之后，提高能效、減少沼渣量、提高沼渣焚燒的熱值，來改善后續(xù)焚燒遇到的問題。關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是在空間有限的情況下應(yīng)對(duì)能力的增加，需要一套非常緊湊的解決方案，具體是怎么做的呢?
經(jīng)過分析，采用熱水解之后，可以提升處理能力大約百分之五十幾，同時(shí)節(jié)約消化池容3萬多方，沼渣脫水的干度又非常干，實(shí)現(xiàn)泥餅減量，焚燒的量也很少，最后增加了綠色能源的生產(chǎn)。
項(xiàng)目采用常規(guī)的污水處理工藝，污泥在濃縮之后，進(jìn)行脫水加熱水解，再到厭氧消化。
污泥和熱值的關(guān)系，原生污泥焚燒的時(shí)候熱值并不高;經(jīng)過傳統(tǒng)厭氧消化，有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣了，但脫水還是不好，這個(gè)時(shí)候熱值會(huì)下降;經(jīng)過熱水解之后，雖然有機(jī)質(zhì)降低了，但減少了污泥當(dāng)中的水分，最終還是提升了熱值，這一點(diǎn)很重要。因?yàn)樗蟹贌家紤]熱值和焚燒爐通過能力的問題，兩者缺一不可，如果設(shè)計(jì)與實(shí)際污泥的差值很大，那么焚燒爐的性能不一定能夠匹配。
總體而言，熱水解消化結(jié)合焚燒不僅節(jié)約空間，厭氧消化罐可節(jié)省百分之六七十的空間，還能實(shí)現(xiàn)沼渣減量，沼渣品質(zhì)可進(jìn)行土地利用，能夠真正地實(shí)現(xiàn)碳減排以及能源的綜合利用。
原標(biāo)題：如何通過熱水解消化結(jié)合焚燒實(shí)現(xiàn)污泥處置整體優(yōu)化？
