热水解消化结合焚烧实现污泥处置整体优化的康碧经验
- 2023/12/9 9:10:49
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- 来源：中国水网 整理：赵利伟
- 关键词:为拟处置垃圾焚烧餐厨垃圾
近年来，中国和国际污泥处理处置领域面临更多共同的挑战，如双碳目标实现、资源能源回收利用与循环经济等，在“2023(第十五届)上海水业热点论坛”上，康碧集团区域技术总监廖足良博士以“康碧热水解消化结合焚烧之案例及展望”为题进行了分享，他指出，康碧热水解消化结合焚烧技术具有减少用地、多产沼气、没有恶臭烦恼、减少后续干化需求、减碳等特点。
01 山路弯弯，30余年不平凡的发展历程
康碧集团经过了不平凡的发展历程。1989年从一个小项目的试验开始，到1992年成立公司，1994年才有了挪威的第一个项目。1998年在英国做了第一个项目，2000年的时候在都柏林做了第一个国际大型项目。2005年，开始做餐厨垃圾项目，2011年做了挪威奥斯陆餐厨垃圾项目，直到2011年，美国华盛顿水务公司的项目取得了重大突破，这是康碧集团在全球市场的最大突破，之后在2014年中国项目成功落地，这是在亚洲市场的重大突破。之后，康碧于2021年上市。
经过30余年发展历程，康碧集团不断做出努力，不断实现阶段目标，但仍然占全球需求量很小的比例，尽管在全球27个国家有88个项目，服务了大概1亿多人口，但相对全球市场的大体量和这么多的城市，康碧还需要进一步努力。
02 热水解消化结合焚烧，实现整体优化
热水解可以整合优化传统厌氧消化，对于厌氧消化的提升主要体现在以下三方面：一是能够大幅度减少厌氧消化本身所需要的体积，或者说提高单位体积处理的能力;二是通过热水解能够大幅度地提高沼气的产率，在相同情况下提高能源效益;三是沼渣的品质可以达到全面消毒，实现土地生态利用的要求。
在此前提下，整个系统就能够实现从能量到沼渣品质再到生态利用的目标。实际应用中，由于场地、标准或政策等方面的限制，污泥从热水解、厌氧消化到沼渣的土地利用的过程中可能面临土地受限，那么，怎样结合除土地利用之外其他的方式呢?
首先可以结合干化，正因为前端的热水解激发了厌氧消化效率，提高了沼气的产率，使得系统的能源效率提高，有多余的沼气能源可以提供给干化所用，在有机质不太高的情况下，仍然有足够的沼气实现协同干化的需要。热水解可以使干化达到同样效果的时候，所需要的蒸发量减少一半，这对于后面的能源需求非常重要。
结合干化焚烧的话，给焚烧带来的效益就是经过前端更多的有机物转化，产生沼气之后，剩下的有机物量加后面的干固物量减少，所以焚烧量也减少了。
如果有现成的焚烧设施，相当于给它备用了一些焚烧能力，通过这个角度来实现整个干化焚烧与厌氧之间的有机结合，或者换句话说，热水解厌氧消化和干化焚烧不存在两个工艺的相互冲突问题，相反，这是一个相互配合或者相互优化的过程。
同时，因为有很好的产品——沼渣，所以在有土地利用的情况下，仍然可以开放土地利用，土地利用和焚烧会是一个相互合作的方式，能更好地把污泥最后的处置安全地打通，这是一个多途径的处理与处置、利用与策略解决的结合方式。
经过热水解以后，厌氧消化的罐体可以减少50%到70%，在运力紧张的情况下，可以用较小的占地实现较大的处理能力。
沼气生产是污泥消化最重要的收入。多产的沼气可以实现系统更多的平衡，在多数情况下，富裕能量可以用作发电或者提纯，作为其他能源利用。
热水解厌氧消化的一个特点是生物固体的优良品质。沼渣品质优良，包括土地安全利用的品质，如病原菌的杀灭，以及较好的物理性状，没有传统工艺下的沼渣那么潮湿、那么黏，也没有臭味。美国无论普通民众还是政府官员都非常乐意接受，同时，沼渣也可以作为一种家用产品，用于家庭种花、种草等。
对于干化能力削减的需求，希腊项目是把后端的沼渣干化之后送到塞浦路斯进行处置，这就需要进一步减少量，增加热值，以便进一步用于焚烧或掺烧发电厂。干燥是需要能量的，通过热水解可以减少干化所需要的能耗，对于实现能量平衡非常重要，同时，还可以多产更多的电。
03 如何结合焚烧实现污泥处理处置？
新加坡与香港案例展示
过去，康碧集团完成了多个干化焚烧结合项目，廖足良以新加坡大士热水解协同消化干化焚烧项目，以及香港石湖墟热水解消化送焚烧项目这两个新项目为例，重点阐述了它们是如何结合焚烧实现整个污泥处理处置的?
在这个过程中，碳排放是不可回避的话题，不同的处理处置途径碳排放也是相当不同，在所有处置途径中，土地利用的碳排放最低，这是国际上公认的观点。将热水解消化焚烧对比直接焚烧, 可以实现碳减排70%，这对于整个系统碳排放的减少起到了很重要的作用。
新加坡是一个城市国家，用地非常紧缺，为了处理污水，他们设计并建造了DTSS——深隧道污水处理系统。污水被DTSS收集后，进入到两个污水厂，一个在樟宜，一个在大士，规模都是80万吨左右，相对国内的污水厂，规模不算大。
在这样的情况下，他们把污泥和垃圾处理进行协同，将垃圾处理的浆液送到污水处理厂进行厌氧消化，同时，厌氧消化的沼渣又送回到焚烧厂进行焚烧。同时，污水厂和垃圾处理厂之间还有能源的协同，污泥和有机垃圾进行热水解消化之后，产生的沼气送到垃圾焚烧发电厂发电，发的电又可以提供给污水厂使用，两者实现耦合，发电之后还有余热可以利用。
这个项目经过了大概十年的论证，今年最终签下合同，后期将会在2025年到2026年建成，这是一个世界级的合作项目。
这个项目采用的一级强化处理，会产生很多初级污泥，MBR工艺又会产生生化污泥，生化污泥是污泥当中最难处理的部分，泥龄很长特别难于水解和消化，这也是为什么这个项目只对生化污泥部分进行热水解的原因。项目实现沼气增加8.6%(相对于初级污泥以及其他有机垃圾计算的数据)，干化减少25%，沼渣减少18.4%。
第二个案例，香港也是一个人口稠密、用地紧张的城市，污水厂的规模较为分散，污泥不管有没有消化都是集中在T-Park焚烧厂，该焚烧厂设计规模3000吨，也是焚烧兜底的解决思路。
但是为了提高污水处理厂的能效，在石湖墟等污水厂对现有的厌氧消化进行升级，加上热水解之后，提高能效、减少沼渣量、提高沼渣焚烧的热值，来改善后续焚烧遇到的问题。关键的挑战是在空间有限的情况下应对能力的增加，需要一套非常紧凑的解决方案，具体是怎么做的呢?
经过分析，采用热水解之后，可以提升处理能力大约百分之五十几，同时节约消化池容3万多方，沼渣脱水的干度又非常干，实现泥饼减量，焚烧的量也很少，最后增加了绿色能源的生产。
项目采用常规的污水处理工艺，污泥在浓缩之后，进行脱水加热水解，再到厌氧消化。
污泥和热值的关系，原生污泥焚烧的时候热值并不高;经过传统厌氧消化，有机物转化为沼气了，但脱水还是不好，这个时候热值会下降;经过热水解之后，虽然有机质降低了，但减少了污泥当中的水分，最终还是提升了热值，这一点很重要。因为所有焚烧都要考虑热值和焚烧炉通过能力的问题，两者缺一不可，如果设计与实际污泥的差值很大，那么焚烧炉的性能不一定能够匹配。
总体而言，热水解消化结合焚烧不仅节约空间，厌氧消化罐可节省百分之六七十的空间，还能实现沼渣减量，沼渣品质可进行土地利用，能够真正地实现碳减排以及能源的综合利用。
原标题：如何通过热水解消化结合焚烧实现污泥处置整体优化？
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