劉丹丹,洪涵璐

(南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司,210000,南京)

0 引言

固體廢物包含工業(yè)固體廢物和城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物等,我國目前各類固體廢物累積堆存量約600～700億噸,年產(chǎn)生量近100億噸,且呈逐年增長態(tài)勢(shì),是產(chǎn)生固體廢物量最大的國家[1]。各類固體廢物產(chǎn)生強(qiáng)度大、處理設(shè)施選址難度大,資源利用程度低、協(xié)同處理比例低,“垃圾圍城”矛盾多、非法轉(zhuǎn)移傾倒事件多,亟需通過深化改革來統(tǒng)籌解決[2-3]。2017年,中國工程院院士、原副院長杜祥琬聯(lián)合多名院士,向黨中央、國務(wù)院提出了通過“無廢城市”建設(shè)走向“無廢城市”的建議;2018年底,國務(wù)院辦公廳印發(fā)《“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)工作方案》,指出:“開展“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)是深入落實(shí)黨中央、國務(wù)院決策部署的具體行動(dòng),是從城市整體層面深化固體廢物綜合管理改革和推動(dòng)“無廢社會(huì)”建設(shè)的有力抓手,是提升生態(tài)文明、建設(shè)美麗中國的重要舉措”,標(biāo)志著我國正式啟動(dòng)“無廢城市”建設(shè)。“無廢城市”是一種先進(jìn)的城市管理理念,“無廢”并不是指沒有固體廢物產(chǎn)生,也不意味著固體廢物能完全資源化利用,而是指以創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念為引領(lǐng),通過推動(dòng)形成綠色發(fā)展方式和生活方式,持續(xù)推進(jìn)固體廢物源頭減量和資源化利用,最大限度減少填埋量,將固體廢物環(huán)境影響降至最低的城市發(fā)展模式[4]。“無廢城市”逐漸成為國際社會(huì)有關(guān)廢物健全管理的共識(shí),我國試點(diǎn)城市已達(dá)百余個(gè),彰顯我國穩(wěn)步推進(jìn)“無廢城市”建設(shè)的決心和行動(dòng)[5]。

近年來,隨著城市污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建進(jìn)程加快,污泥產(chǎn)量呈不斷增長態(tài)勢(shì)[6-7],并且從世界范圍看,污水處理相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)實(shí)踐等正廣泛而深刻地變革,污水處理廠將由單純污染物削減轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源和能源工廠[8]。因此,在“無廢城市”建設(shè)背景下,探索新型城市污水處理廠建設(shè)新路徑,拓展污水處理廠協(xié)同處理固體廢物新方向,是構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、建設(shè)“無廢城市”的重要課題。長三角某區(qū)大力推進(jìn)新型城市污水處理廠建設(shè),力圖實(shí)現(xiàn)污水處理、“無廢城市”建設(shè)中涉及的重要固體廢物——有機(jī)廢棄物協(xié)同處理、生產(chǎn)型研發(fā)中心建設(shè)三大功效,推動(dòng)國內(nèi)水處理行業(yè)創(chuàng)新升級(jí)和“無廢城市”建設(shè)落實(shí)。

1 建設(shè)思路

在“無廢城市”背景下,城市污水處理廠采用前瞻的構(gòu)思、獨(dú)特的創(chuàng)意和前沿的科技,探索建設(shè)面向未來的中國污水處理廠,以期污水處理理念由高能耗高物耗向能源化資源化方向發(fā)展,由傳統(tǒng)單一的污水處理工程設(shè)施向生態(tài)綜合體方向發(fā)展,推動(dòng)中國環(huán)境保護(hù)事業(yè)前行,具體建設(shè)思路如下。

1)建設(shè)高效先進(jìn)的污水處理工藝線,以期提供推廣性強(qiáng)的城市污水處理工藝技術(shù),推動(dòng)污水處理技術(shù)迭代升級(jí)和理念轉(zhuǎn)換。

2)建設(shè)高水準(zhǔn)、高質(zhì)量的有機(jī)廢棄物協(xié)同處理中心,突破“無廢城市”建設(shè)中有機(jī)廢棄物協(xié)同處理瓶頸,以實(shí)現(xiàn)多源有機(jī)廢棄物資源化、循環(huán)化、低碳化,推動(dòng)污水處理廠成為資源工廠。

3)建設(shè)“生產(chǎn)型研發(fā)中心”,積極與優(yōu)秀企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)開展產(chǎn)學(xué)研合作,推進(jìn)城市污水處理領(lǐng)域基礎(chǔ)研究,強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)、集成示范和商業(yè)推廣。

2 技術(shù)路線

城市污水處理廠主要建設(shè)內(nèi)容包括城市污水處理線、有機(jī)廢棄物協(xié)同處理線及研發(fā)線,其中,有機(jī)廢棄物協(xié)同處理線積極探索協(xié)同處理餐廚垃圾、藍(lán)藻、污泥等有機(jī)廢棄物路徑,推進(jìn)了城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物處理利用,對(duì)“無廢城市”建設(shè)具有重要意義,本文重點(diǎn)介紹有機(jī)廢棄物協(xié)同處理線。

有機(jī)廢棄物協(xié)同處理線采用“高效干式厭氧消化+熱電聯(lián)產(chǎn)+好氧堆肥”為核心的能源高效回收與資源深度轉(zhuǎn)化集成技術(shù),協(xié)同處理藍(lán)藻藻泥、市政污泥、秸稈、畜禽糞污、餐廚垃圾、尾菜、園林廢棄物等,處理能力100 噸/日左右。

項(xiàng)目主要原理為城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物經(jīng)厭氧反應(yīng)的四個(gè)步驟--“水解、酸化、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷”后,去除有機(jī)廢棄物中30%～50%的有機(jī)物并使之穩(wěn)定化,同時(shí)回收產(chǎn)生的甲烷等用于發(fā)電等,通過開源實(shí)現(xiàn)污水處理廠綠色低碳發(fā)展,實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物減量化、資源化、無害化,助力“無廢城市”建設(shè)。

項(xiàng)目工藝主要由進(jìn)料單元、厭氧發(fā)酵單元、沼渣沼液處理單元、凈化/儲(chǔ)氣單元、熱電聯(lián)產(chǎn)單元組成。主要工藝流程如下:區(qū)域內(nèi)的藍(lán)藻、餐廚垃圾、農(nóng)作物秸稈、畜禽糞污等有機(jī)廢棄物,在與廠區(qū)污水處理剩余污泥經(jīng)混料倉暫存、混勻后,送至高溫干式厭氧反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵,發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)增壓脫硫后用于系統(tǒng)加熱及全廠用電,剩余部分可進(jìn)一步精制外供天然氣或發(fā)電上網(wǎng)、區(qū)域供熱,實(shí)現(xiàn)“減有機(jī)廢棄物的污、降污水處理廠的碳”。同時(shí),產(chǎn)生的沼渣去除較大雜質(zhì),脫水后經(jīng)好氧發(fā)酵堆肥處理作為土地改良劑,或經(jīng)過陳化造粒后生產(chǎn)營養(yǎng)土等商品,沼液則用于農(nóng)作物灌溉或回用。

項(xiàng)目核心優(yōu)勢(shì)為高效干式厭氧消化技術(shù),該技術(shù)具有高適應(yīng)性、高效、高穩(wěn)定性、操作便捷等優(yōu)點(diǎn),可在低能耗、高負(fù)荷條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)高含固率(15%～35%)、多種復(fù)雜有機(jī)廢棄物的協(xié)同厭氧消化,前處理簡(jiǎn)潔,容積負(fù)荷高;系統(tǒng)能量需求低;容積產(chǎn)氣率高;硫化氫含量低,出產(chǎn)沼氣品質(zhì)高;沼液產(chǎn)量少,營養(yǎng)成分高,便于施用;系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化,占地面積小,可實(shí)現(xiàn)污水處理廠運(yùn)行的節(jié)能降耗。項(xiàng)目結(jié)合城市和農(nóng)村生活垃圾、污泥、畜禽糞污、農(nóng)作物秸稈等有機(jī)廢棄物的性質(zhì)差異,綜合解決區(qū)域內(nèi)有機(jī)廢棄物污染問題,實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、資源化、市場(chǎng)化的集中處理,探索良性可持續(xù)生態(tài)循環(huán)體系,形成可復(fù)制可推廣的治理模式,為其他地區(qū)有機(jī)廢棄物處理利用提供經(jīng)驗(yàn)參考。

3 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益

城市污水處理廠是一項(xiàng)保護(hù)環(huán)境、建設(shè)文明衛(wèi)生城市的公用事業(yè)工程,對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)為外部效果,所產(chǎn)生的效益大部分為難以用貨幣量化的社會(huì)、環(huán)境效益。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

城市污水處理廠產(chǎn)生四種經(jīng)濟(jì)效益,一是傳統(tǒng)污水處理廠是耗能大戶,本項(xiàng)目采用高效厭氧消化工藝,可實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)100%電能自給,做到能源回收;二是污水處理所產(chǎn)生的尾水及發(fā)電產(chǎn)生的余熱作為冷熱源供給夏天制冷和冬天采暖,以節(jié)約用電成本;三是協(xié)同處理污泥等有機(jī)廢棄物,減小固廢處理費(fèi)用;四是銷售有機(jī)廢棄物資源化利用產(chǎn)品如營養(yǎng)土、土壤改良劑等可帶來經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

3.2 社會(huì)效益

污水處理廠,作為城市污水系統(tǒng)中的重要組成部分,在城市減災(zāi)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展、保障人民群眾生命健康和生活質(zhì)量等方面均起著至關(guān)重要的作用。本項(xiàng)目建成運(yùn)行后,可避免或減少污水對(duì)周邊環(huán)境、河網(wǎng)的影響,保護(hù)居民正常的生活和工作環(huán)境,增加人民對(duì)政府、社會(huì)的認(rèn)可度和信任感;隨著區(qū)域河湖水質(zhì)變清,城市環(huán)境愈加優(yōu)美、整潔、衛(wèi)生,創(chuàng)造良好的投資環(huán)境,可促進(jìn)經(jīng)濟(jì)及旅游業(yè)的發(fā)展;擴(kuò)大了社會(huì)就業(yè)的機(jī)會(huì),有利于社會(huì)的穩(wěn)定和和諧發(fā)展,同時(shí)帶動(dòng)當(dāng)?shù)貪O業(yè)、工業(yè)、固體廢物處理行業(yè)及其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展;可作為環(huán)保教育基地,對(duì)大眾進(jìn)行環(huán)境保護(hù)教育,提高全民的環(huán)保意識(shí);集中了國內(nèi)外最先進(jìn)的水處理技術(shù),可作為環(huán)保產(chǎn)業(yè)新地標(biāo)、新名片,吸引更多環(huán)保高端人才技術(shù)團(tuán)隊(duì)入駐,帶動(dòng)本地環(huán)保產(chǎn)業(yè)水平的提升。

3.3 環(huán)境效益

項(xiàng)目對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行系統(tǒng)性的處理利用,源頭上解決污泥轉(zhuǎn)運(yùn)過程中污水、滲濾液散漏和飛揚(yáng)問題;解決了地區(qū)有機(jī)廢棄物處理利用路徑不暢問題,顯著提高了有機(jī)廢棄物處理效率,降低污泥處理難度,突破了藍(lán)藻無害化處置的瓶頸,實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻資源化利用,推動(dòng)城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物的綠色低碳處理,為碳中和和“無廢城市”建設(shè)事業(yè)添磚加瓦;改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境水質(zhì),有效減輕地區(qū)的水污染問題,符合可持續(xù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求,為長江大保護(hù)、全國生態(tài)文明建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

4 結(jié)論

在“無廢城市”建設(shè)背景下,城市污水處理廠可考慮將本廠區(qū)污水處理過程中產(chǎn)生的污泥,與周邊區(qū)域產(chǎn)生的餐廚垃圾等有機(jī)廢棄物進(jìn)行協(xié)同處置,將污水處理廠從污染物削減基本功能擴(kuò)展至城市能源工廠、水源工廠、肥料工廠等多種應(yīng)用場(chǎng)景,重新詮釋城市污水處理廠和固體廢物處理利用的關(guān)系,構(gòu)建生態(tài)、生活、生產(chǎn)融合一體、開放共享的新型城市空間。