2017年污泥行业调研报告

发布时间：2017-07-05        发布人：新惠通        人浏览

 

1、什么是污泥

污泥是污水处理的副产物，是在给水和废水处理中，不同处理过程产生的各类沉淀物、漂浮物。不论是活性污泥及其衍生技术，还是膜处理技术，在污水处理过程中都会产生污泥。

 

污泥的成分、性质主要取决于处理水的成分、性质和处理工艺。污泥成分复杂，含有病源微生物、寄生虫卵、有毒有害的重金属及大量的难降解物质，如处理不当，容易对环境造成二次污染。同时，污泥中也包含很多丰富的营养物质，经过适当处理可以作为肥料，改良土壤，促进植物生长;经过处理产生的沼气，可以作为能源物质，解决一定的能源问题。

 

城镇污水处理厂产生的污泥含水率在75%-99%，污水中接近1/3 的有机质转化成了污泥;因此，污泥的有机物含量高，容易腐化发臭。另外，由于部分工业废水也排入城镇污水处理厂，导致污泥中含有重金属和其他有毒害难降解的物质，处理难度大幅增加。

 

  

2、什么是污泥处理

 

从原则上说，污泥处理是指原泥经过减量、物化和无害化的过程。从流程上说，是对污泥进行浓缩、调治、脱水、稳定、干化或焚烧的加工过程。从结果上说，是指经处理后的污泥或污泥产品在环境中或长期利用中达到长期稳定，并对人体健康和生态环境不产生有害影响的最终消纳方式。

 

污泥处理属于污水处理的一部分，但是中国目前后者较为完善，设置渗透率高，污泥的专业处理还相当落后。

 

3、污泥分类

按来源分，大致有生活废水污泥、工业废水污泥和疏浚污泥三类。

 

按污泥成分及性质分，可分为有机污泥和无机污泥。

 

按污泥从水中分离过程分，可分为沉淀污泥(包括初次沉淀污泥、剩余污泥和化学污泥)及生物处理污泥(污水在二级处理过程中产生的污泥，包括生物滤池、生物转盘等方法得到的腐殖污泥及活性污泥法得到的消化污泥)。现代污水处理厂污泥大部分是沉淀污泥和生物处理污泥的混合污泥。其中初次沉淀污泥、剩余污泥和腐殖污泥为处理的主要对象。  

 

按照污泥处理的不同阶段来分，可分为生物泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水干化污泥、干燥污泥及污泥焚烧灰。按市场领域来分，分为工业和市政污泥。

 

工业污泥的脱水、处理设备，与市政设备的框架外观相仿，但由于工业污泥含有重金属、或腐蚀类物质，需采用特殊的滤布。市政类的污泥，经脱水后可采用填埋、焚烧方式处理。工业污泥经脱水后，大多数采取填埋处理，焚烧的不多，主要是热值较低。

 

4、污泥特性

 

污泥特征和表征指标

 

  

  

 

 

 

中国的污泥有机物和重金属含量高。有机物含量高使得污泥极易滋生细菌，并且发生腐臭;重金属含量的超标，将影响污泥的土里利用。不经正规处理处置的污泥随意堆放，对于环境的二次污染的危害甚至大过污水本身的危害。这种环境的倒逼是出台相关支持政策的依据，中国污泥的二次污染已经到了必须面对、抓紧整顿的时候。

备注：有些污泥，毒性太大，其实就是危废。所以一些污泥应该归为危废。

 

 

   

 

含水率即污泥中水含量的百分数，相对应的含固率是污泥中固体或干泥含量的百分数。在含水率高、污泥呈流态时，污泥的体积与含固量基本上呈反比关系：V1/V2 = Ps1 / Ps2 =(100- Pw2 )/ (100- Pw1 )。式中：V1、V2 分别是含水率为Pw1(含固率为Ps1)、Pw2(含固率为Ps2)时的湿污泥的体积。

 

由此公式，我们很容易推导，当污泥的含水率自99.5%降低至98.5%时，污泥的体积减缩成原污泥的30%左右，再进一步降低到95%(含固率为5%)时，污泥的体积减缩成原污泥的10%左右。由此可见，含水率的下降对于减量化效果明显，这也决定了处理手段的核心 - 脱水。

 

如何降低污泥的含水率?通常原始污泥含水率在98%以上，经过初级压滤机脱水后，可降到80%，后续可采用化学药剂调理、压滤机深度脱水、或物理干化等方式，将含水率降至50%以下。

 

（3）污泥比(决定市场空间)

 

污泥比即污水中污泥产生率，一般用万吨水出多少吨干泥来计算。按照经验值，自然水体中污泥比在万一左右，市政污泥的污泥比是万一-万、三之间，工业污泥的污泥比大约在万五。污泥比决定了三个细分行业的市场空间。

其他备注：每吨生活污水的湿污泥产生率为万分之五~万分之八，每吨湿污泥需加入药剂0.3~0.5 千克

 

5、要点总结：

 

污泥是污水处理的副产品，是污水处理的补充环节，相比国外污泥，中国污泥有机物和重金属含量高，处理难度更大；污泥有害性决定处理力度，含水率决定核心技术，污泥比决定市场空间。

 

投资逻辑与国家政策

 

1.重水轻泥、处理率严重不匹配，水处理倒逼污泥处理提速(供给 vs 需求端)

 

我们在环保水处理领域取得了显著的成效，污水处理的总量和处理率都实现了快速的提升。污泥是污水处理流程中的重要环节之一，工艺路线决定了大部分污染物质被转移到污泥当中。

 

如果不严控污泥处理环节，就是污染转移或二次污染。2015年，我国平均污泥处置率不到30%(备注：30%是指经过无害化处置的污泥，剩下70%可能已经被处置了，只是还是有害的，或直接偷排。)，国内超70%的污泥没有安全处置就流入环境，污泥问题已经成为制约污水行业发展的瓶颈，该问题被长期搁置，发展相当滞后。

 

图：2015 底，全国城镇污水处理厂6000-7000 座，污水处理能力2.17 亿立方米/日。设市城市和县城污水处理率分别达92%和85% 。

 

 

 

 

 

 

 2.行业政策

 

（1）政策务实意愿强烈

 

环保行业其核心推动力就是政府意志，倒逼污水处理厂加强污泥治理，是行业启动的最重要标志。污泥行业目前还没有单独的规划，比较重要两个规划是《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》、《国务院关于印发节能减排“十二五”规划的通知》和《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划(征求意见稿)》。《通知》将污泥处置率规划由80%下降至了70%。这个不仅不是政策支持力度的倒推，规划更加务实，反而是国家强烈治理污泥诟病的意志反应。

 

（2）现有补贴不足，“水十条”或带来转机

 

在污水处理费用中征收污泥处理费用是大势所趋，但从当前情况来看，处置费用的征需存在较大阻力。我国现行收取的污水处理费用较低，尚无法保证污水厂的正常运行，而推行在污水处理费中加入污泥处理、处置费，又将在一定程度上加重被征收者的经济负担。因此，在未来较长一段时间内，补贴将是污泥处理处置资金的主要来源。

目前国内已经有部分城市对污泥处理处置给予补贴，由于处理方案不同等因素造成标准不一，污泥处理产业很难自己盈利，运转严重依靠政府补贴。同时，补贴覆盖范围明显不足。

 

“水十条”或许会将为污泥处理处置补贴政策的明确带来契机。《水污染防治行动计划》预计总投资可能超过2 万亿。除了为水处理改造、运营带来巨大市场以外，“水十条”或将在污泥处理处置方面给予更多的倾斜。技术层面上，极有可能改变过去以填埋为主的处置路线;经济层面上，或将要求针对污泥处理处置的补贴在全国范围推广，同时明确补贴标准。

 

（3）付费机制阻碍治理效果

 

虽然有众多条文规定污水处理费应包含污泥处理成本，但目前将污泥处理费纳入污水费用的地方仅为北京市、江苏省太湖地区、常州市、广州市，且占比较低

 

 

 

 

2015年污泥处置率不到30%，其余未真正无害化处理或去向不明；

污水处理量与污泥产量严重不匹配，水处理倒逼污泥处理提速；

政策支持，务实意愿强，要求城市污泥处理率 90%，县城 70%，建制镇50%，并明确收费机制；付费机制阻碍治理效果，一般水价都不包含污泥处理费用。

技术线路介绍

 

1.基本线路

 

总体上看，污泥处理处置方案需要经过预处理、污泥浓缩脱水、后端处置三个主要环节。其中，污泥预处理和脱水是可以说是各类后端处置方案都必须经过的处理过程，而后端处置方案则需要根据多方面因素进行综合考量。

 

（1）污泥预处理

 

污泥预处理工艺主要有收集、调理、浓缩、脱水及相关辅助设施管理。污泥处理技术主要有消化、发酵。

（2）污泥浓缩脱水 

污泥处理的核心即减量化，根据我们对污泥含水率的认识可得到一个结论，减量化的核心即脱水。

污泥脱水是整个污泥处理工艺的重要环节，其目的是降低污泥含水率、减少污泥体积，为污泥的最终处置创造条件。为使污泥液相和固相分离，必须克服它们之间的结合力，有目的采用不同的外界措施可以取得不同的脱水效果。污泥脱水与干化包括自然脱水、机械脱水和热处理干化，目前我国污泥机械浓缩常用的技术包括带式污泥浓缩脱水、板框压滤脱水、离心脱水等。

 

常用的脱水方法还有干化脱水技术，超声波脱水技术，絮凝脱水技术等。

 

目前常见的机械脱水方法脱水率大约在60-80%之间。而随着60%可与生活垃圾填埋的指标出台，深度脱水需求也愈发强烈，而最为常见的深度脱水方式是使用隔膜压滤机。

 

（3）后端处置

 

污泥经过预处理和脱水后，要进行后端处置，常见污泥的处置方法包括卫生填埋、污泥好养堆肥、土地利用、污泥焚烧及用于建筑物材料等。

 

 2.主要后端处置方案(常规方案)

 

国内外现有的后端处置手段主要包括卫生填埋、焚烧、土地利用、建筑利用等。

 

（1）卫生填埋(没前途)

 

卫生填埋方法简单、易行、成本低，污泥又不需要高度脱水，适应性强，是最便利的污泥处置方案。

 

但填埋也存在很多问题，面临的阻力愈发增大。

 

一、会形成填埋渗滤液。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当会污染地下水环境。

二、有机物含量高的污泥会形成甲烷气体，散发恶臭，若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧，影响垃圾填埋场的稳定性，延长封场的时间。

三、脱水后的污泥较为黏稠，无法堆积，会影响垃圾填埋场的机械作业，导致缩短垃圾填埋场的使用寿命。

四、污泥很容易堵塞垃圾填埋场的渗沥管道，影响其排水系统的正常运行。

 

近年来多个城市的垃圾填埋场面临提前满填封场，因此填埋场拒绝接收污泥的案例屡见不鲜。而这些污泥往往被不当弃置，带来巨大的二次污染风险。综合各方面因素考虑，填埋的处置方式将逐渐被摒弃。

 

（2）焚烧( 成本较高)

 

焚烧是使污泥中的可燃成分在高温下充分燃烧，最终成为稳定的灰渣。焚烧法具有减容、减重率高，处理速度快，余热可用于发电或供热等优点。

湿污泥干化后再直接焚烧应用得较为普遍，没有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难，而且在能耗上也是极不经济的。以焚烧为核心的污泥处理方法虽然可最大限度地减少污泥体积，但焚烧不够彻底会造成环境的二次污染;并且处理设施投资大，处理费用高。

 

 

（3）土地利用(发展趋势)

 

污泥直接土地利用因投资少、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。

 

土地利用将经处理后的污泥或污泥产品用于土地作为肥料或土壤改良材料。土地利用在发达国家取得了良好的效果，目前在我国也在较快发展，主要是与农业实现了紧密联系。

 

污泥用于严重扰动的土地(如矿场土地、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，减少了污泥对人类生活的潜在威胁，既处置了污泥又恢复了生态环境。

 

在国内，污泥土地利用的道路也在逐步发展，用作绿化土、填埋土、路基土等。

 

（4）建筑利用(没前途)

 

建材利用是指通过将污泥固化，制作特殊用途的材料，包括煅烧陶粒或砖、水泥基交通降噪材料、垃圾填埋场覆土材料、吸附材料和建筑材料等。

 

建材化曾经以低成本方式在国内出现，但由于在实际应用中发生普遍的品质低劣和二次污染现象，也已不被行业所普遍认可。从发达国家的成功案例可以发现，建材化如果想做到足够的安全，成本并不具备优势。利用污泥和陶土烧制陶粒和环保砖。目前有部分省市，例如广州需要申请相关牌照才可进行陶粒和环保砖的生产。

 

土地利用、建材利用等可能在部分地区的个别项目上取得良好的效果，但大范围推广阻力较大。

 

3.后端处置方案的考量因素

 

对于中国的污泥处理处置技术路线选择，至少有以下几个重要的因素需要考量。

 

稳定化、减量化、无害化优先，重视资源化可能。难题是如何在低成本前提下完成，将湿污泥脱水至含水率60%

甚至50%以下，并保证处理后污泥的安全稳定。

 

成本管理能力都将成为重大制约因素。运输条件、项目用地等限制。在污泥处理环节的技术路线选择中，污水处理厂规模、设施占地会直接限制配套污泥设施的技术路线选择，而从一个城市统筹考虑，污水处理厂的分布情况、运输条件等方面都成为选择污泥处置路线必须要考虑在内的因素。

 

在2010年，从中美处置方法看，美国55%的污泥是用作土地利用，而中国目前还是以填埋为主。但是随着技术手段的进步，以及填埋场地的稀缺，未来综合利用一定也将是我国污泥处置的方向。2010年数据如下，数据太老，仅做参考。

 

 

 

 

 

 

 

2016年数据，污泥的处理工艺主要有：干化焚烧(39%)、填埋或资源化(24%)、厌氧消化(21%)、好氧堆肥(14%)、其他(2%)。说明在过去5年，好氧堆肥在不断发展

 4.技术线路介绍 

污泥处理处理行业已形成了几条较为清晰的技术路线，包括“厌氧消化+土地利用”、“干化+焚烧+灰渣填埋或建材利用”、“工业窑炉协同焚烧”以及“脱水填埋‛等多套处理处理技术工艺。

 

（1）厌氧消化+土地利用——正逐步克服水土不服

 

厌氧消化是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化方法，其稳定化效果好，能耗低，消化过程中产生沼气可实现能源回收利用，不需要大量物料及土地资源消耗。欧美50%以上的污泥采用厌氧消化处理，产生的沼气转化为电能可满足污水厂所需电力的33%～100%。

 

但污泥厌氧消化在我国存在明显水土不服。在我国建设的约50 座污泥厌氧消化设施中，可以稳定运营的只有20 余座。主要原因是由我国污泥泥质差、处理厂运行管理水平低。我国污泥含砂量较高、有机物含量较低、污泥可生化性差，消化设备运行的稳定性和产沼气率等指标普遍未达到国外标准。此外，我国缺乏沼气利用的激励机制，设备的投资费用高，系统运行较为复杂不易掌握。

 

不过，在不断研发和改进下，该技术已逐渐完善，采用碱解处理、热处理、超声波处理、微波处理等方法对污泥进行预处理，从而提高污泥水解速率, 改善污泥厌氧消化性能。并通过项目经验的积累，企业也逐步掌握了较为全面的操作技能。因此，污泥厌氧消化技术在我国应用的瓶颈正不断被突破，未来将会得到进一步发展，我们认为这会是未来的一个主流方向。

 

（2）好氧发酵+土地利用——走出认识误区

 

污泥好氧发酵技术具有稳定和灭菌的双重作用，污泥经发酵后转化为腐殖质，可限制性农用、园林绿化或改良土壤，从而实现污泥中有机质及营养元素的高效利用，设备投资少、运行管理方便。

 

但长期以来人们对污泥好氧发酵技术存在占地面积大、发酵产品存在重金属污染等片面的认识，限制了其在我国的推广。然而，污泥好氧发酵工程可采用高效、快速、稳定、集约化的设计、运营模式，可实现占地面积的大幅缩小;此外，研究表明我国城市生活污泥的重金属超标比例约5%，污染风险较小，不应该成为限制污泥发酵产品土地利用的主要障碍。因此，在《城镇污水处理厂污泥处理处理技术指南(试行)》中，‚“好氧发酵+土地利用”也被列为推荐技术路线。该技术在相对欠发达地区，应用前景较大。

 

  

 

（3）干化+焚烧+灰渣填埋或建材利用——迎来阶段性衰退

干化焚烧可实现污泥较高程度的减量化、稳定化，当污泥中有毒有害物质含量很高且短期不可降低时尤为适用。日本受制于有限的土地资源，广泛采用污泥焚烧技术。 

干化焚烧技术首先使用污泥干燥剂将污泥含水率从80%脱水到40%左右，成为干泥。干质污泥的热值可达2500-3500kcal/kg，具有能量利用价值，与一定量的辅助燃料进行混烧，实现能源回收。不过干化焚烧工艺的设备投资较大，焚烧产生的烟气污染严重，还需建立完善的烟气处理系统，这也加大了污泥的处理费用。因此干化焚烧工艺一般适用于用地紧张且经济发达的地区。

 

随着对碳减排和污泥生物质资源认识的不断加深，干化焚烧工艺在国外的应用范围开始减少。现阶段，在我国随着污泥厌氧消化和好氧发酵技术逐步发展成熟以及国家对环保重视的情况下，污泥干化焚烧在一定时期内可能会出现衰退的态势。

 

（4）深度脱水+填埋‛——目前的主流，但没有未来

 

在我国应用最为广泛的深度脱水是用氧化钙等无机药剂调理为核心，这种技术虽然可实现污泥的体积减量，但也伴随着污泥干质的大幅增加，且影响污泥品质，不利于后续处理。因此，部分企业开始对深度调理新方式进行探索，如电渗析脱水、低温真空脱水等。

 

虽然‚深度脱水+填埋‛是我国目前污泥处理的重要方式，但随着对其弊端的深入了解，选用的态度越来越谨慎。我国长江三角洲地区的部分垃圾填埋场已经拒收污水处理厂的剩余污泥;美国、欧盟等地区的污泥填埋比例也大幅度下降，欧盟对进入填埋场的污泥力学性能做了规定，并要求有机质比例小于5%。鉴于此，未来深度脱水+填埋的应用范围将进一步缩水，可能主要作为应急处理方式。

  

总的来说，我国目前污泥处理技术路线已基本形成，从建造投入、运营效果、资源再利用的角度来看，以焚烧、厌氧发酵、好氧发酵为主体的三种技术路线会是未来的主流。技术路线的逐渐成熟，对行业的推动作用明显。

 

短期来看，深度脱水+填埋依然是很多城市的首选，但会逐渐减少，被取代;焚烧方法在本阶段优势明显，但烟气治理趋严以及其带来的运行费用较高的问题是主要障碍;长期来看，厌氧消化会具有运行费用低，资源回收率高等优点。好氧发酵的优势在于其成本低，会得到经济欠发达地区的青睐。

 

 

 6.总结

 

借鉴国际经验，未来污泥处理处置的技术发展主要有四条路径：

 

（1）沼气能源回收和土地利用为主的厌氧消化技术路线;

 

（2）土地利用为主的好氧发酵技术路线;

 

（3）污泥干化-焚烧技术路线;

 

（4）建材利用为主的污泥高干脱水处理技术路线。

 

要点总结：

 

污泥处理涉及预处理、污泥浓缩脱水、后端处置三个主要环节，稳定化、减量化、无害化优先，其次是资源化可能

因地制宜，干化&焚烧，厌氧发酵、好氧发酵为主体的三种技术路线会是未来的主流(其中，好氧发酵最有前途)。