高浓度有机废水行业发展趋势与机遇分析

时间:2011-03-02 18:05:38 娱乐

来源:《CE碳科技》微信公众号

作者:中城环境 李强、陈刚、机废刘一夫、水行势机国瑞峰、业发遇分石欢、高浓肖杨依等

李强:现就职于中城环境第八事业部,高级工程师,水行势机曾担任多个千吨级以上渗滤液处理项目负责人并多次获得省部级设计奖项。业发遇分作为主要编制人参编了住建部和协会团体标准4项,高浓2020年入选中国城市环境卫生协会第一批“环卫行业青年人才”。机废目前主要从事高浓度有机废水的水行势机相关设计和设备开发工作。

近年来,高浓度有机废水行业作为我国重点鼓励的高浓产业,发展空间持续打开,机废已成为支撑经济社会发展和保障国家安全的水行势机战略性和基础性产业。但随着垃圾分类的推进、垃圾处理方式的转变以及排放标准的调整,高浓度有机废水水质特点发生了变化,处理工艺亟待革新。此外,运行成本高、运营管理水平低等问题也需要市场革新予以完善。由此可见,高浓度有机废水行业面临诸多挑战和机遇。

本文深入分析高浓度有机废水行业的发展现状、发展趋势和发展机遇,以期为企业探索把握行业快速发展带来的业务机会提供指引。

一、高浓度有机废水行业发展现状

1、高浓度有机废水来源

各类垃圾在收集和处理处置过程中,经过压实、发酵等物理、生物及化学作用均会产生高污染物浓度的渗沥液或沼液。高浓度有机废水按其产生来源分为垃圾填埋场渗沥液、垃圾焚烧发电厂渗沥液、垃圾转运站渗沥液、厨余(餐厨)垃圾厌氧沼液以及处理上述废水产生的浓缩液。

2、处理工艺

高浓度有机废水处理技术经过几轮升级,主流工艺路线逐渐成熟和标准化。高浓度有机废水的处理一般可分为前端的预处理技术、生物处理技术和深度处理技术等,由于渗沥液污染较大,为满足达标排放,一般采用组合工艺。目前,市场上形成技术工艺不断发展并趋于稳定,常规处理工艺分别有“MBR+纳滤+反渗透”、“MBR+高级氧化+生化强化工艺”、“碟管式反渗透”、“其他新型生物处理技术”。

3、政策导向

近年来,为加快城镇垃圾渗沥液以及相关污水处理行业的发展,国家先后印发《关于加快推进城镇环境基础设施建设的指导意见》、《生活垃圾填埋场污染控制标准(征求意见稿)》、《“十四五”黄河流域城镇污水垃圾处理实施方案》等鼓励性政策(表1),为高浓度有机废水行业的发展提供了良好的发展环境。

表1 高浓度有机废水行业相关政策

二、高浓度有机废水行业痛点

2020年中国城市环境卫生协会与中环协垃圾渗沥液处理专业委员会对全国渗沥液开展了调研工作,调研共涉及205个渗沥液工程项目样本,调研结果表明高浓度有机废水处理行业从技术应用、运行成本、运营管理等方面均存在部分痛点问题。

1、技术应用

(1)主流技术对部分水质适应性差

调研数据表明目前国内主要使用的工艺为《生活垃圾渗沥液处理技术规范》(CJJ150-2010)中推荐的“预处理+主处理+深度处理”技术路线,主体工艺为“厌氧+MBR+膜深度处理”、“MBR+膜深度处理”的占比约78%,膜深度处理包含NF、RO和DTRO;“两级DTRO”为主体的工艺,占比约11%;“生化+高级氧化”为主体的工艺,占比约5%;“机械蒸发”为主体的工艺,占比约4%,其他工艺占比约2%。

如表2所示,由于不同类型的高浓度有机废水具有不同的水量和水质特点,如果采用相同设计工艺及参数,会造成个别领域应用效果不理想。如厨余(餐厨)沼液中的SS、油脂等污染物质对膜生物反应器(MBR)的超滤系统膜通量有较大影响,严重影响膜系统出水稳定性。

表2 高浓度有机废水水质特征及处置难点

(2)浓缩液

高浓度有机废水处理技术经过几轮升级,主流工艺路线逐渐成熟和标准化。“全量化”是对任何污染控制技术或设施的基本要求,但国内垃圾渗沥液处理的主流工艺“厌氧生物处理+MBR+纳滤+反渗透”由于会在处理过程中会产生浓缩液,无法实现全量化处理。

对于垃圾渗沥液为代表的高浓有机废水来说,全量化处理应满足两个重要条件:一是最终处理出水要足量、达标;二是重点控制物质(如核心污染物—总氮、影响分离技术单元运行的关键物质—盐分等)的去向或归宿应明确且合理。因此,对于“膜法工艺”,必须确保盐分从体系中有效去除才能实现整体工艺的连续稳定运行,而对于“无膜法工艺”,其运行管理的最大挑战是有机物与氮指标的稳定达标。此外,还有一些渗沥液蒸发处理项目,本质上与膜法工艺类似,均属于分离技术路线。

2、投资和运行成本

渗沥液项目投资多处于1001-5000万元之间,占比48%;最少的处于1000万元以下,占比8%;而投资处于5001-10000万元之间及10000万元以上的,分别占比21%和23%。不同规模的渗沥液处理项目,其单位投资也不同。通过实际调研发现,越是规模大的项目,越是引起高度重视,建设标准越高,单位投资增大。

目前我国渗沥液处理运行吨水电耗在30~80kWh不等,工艺选择通常牺牲能耗来换取产水的达标,导致运行成本相对较高,成为业内关注的重点问题。调研数据显示,渗沥液项目处理规模小于500m3/d,运行费用为60-80元/m3;规模为500-1000m3/d,费用大于80元/m3;规模大于1000m3/d,费用为60-80元/m3

3、运营管理

多数项目运营管理粗放导致高达90%以上项目运行规模与设计规模存在负偏差,个别案例偏差达到50%以上。填埋场实际运行处理量与设计规模的偏差,一方面是由于填埋场封场造成渗沥液量减少,填埋场渗沥液水质变动太大,导致原设计设施减产来应对单位负荷增高;另一方面则是由于渗沥液设施设备老旧、运行经费投入不足、管理和运行人员经验不足,管理制度和平台落后等原因造成运行偏差。总体而言,项目规模越大,运行的偏差越小,主要是规模大的项目重视程度高,建设标准高,补贴费用相对充足,运行管理到位,总体效果更好。

图1 高浓度有机废水市场调研数据

三、高浓度有机废水行业未来发展

1、市场规模

我国生态文明建设已进入“推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型、实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期”。随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高,城市生活垃圾的产生量也随之增加,高浓度有机废水产生量持续增长,渗沥液处理行业空间持续打开。

随着城市化进度的加快和人民生活水平的提高,城镇生活垃圾的产生量也随之增加。2021年全国城镇生活垃圾清运量达31660.6万吨,同比上升4.42%。2021年底我国城镇垃圾无害化处理量约为3.15亿吨,其中垃圾焚烧场处理量为2.08亿吨,占总处理量比重的65.95%;卫生填埋场处理量为0.9亿吨,占比28.53%;其他处理量为0.17亿吨,占比5.52%。

伴随我国生活垃圾处理量的不断增加,垃圾渗沥液总量也在不断增加并且普遍存在积存现象。2021年全国垃圾渗沥液产生量约为10565.6万m3,日均渗沥液产生量约为29万m3,2022-2025年全国城镇生活垃圾处理量和渗沥液产生情况预测如图2所示。据估算,2025年全国垃圾渗沥液产生量预计可达12267.4万m3,较2021年增加16.11%。

图2 全国城镇生活垃圾处理量和渗沥液产生量测算

2、发展机遇

未来的高浓度有机废水处理行业机遇与挑战并存,我们应积极顺应国家最新的环保政策,以市场需求为导向,围绕行业热点话题进行突破,应重点关注以下几方面的变化和需求。

(1)处理技术革新

① 关注新型全量化处理技术。浓缩液的零回灌、零外运需求迫切,重视新型生物脱氮技术、MBBR和高级氧化技术的工程化应用,以及高氯废水处理技术等组合应用。

② 处理工艺多元化。以垃圾焚烧为主的发展趋势导致垃圾填埋稳定或缩减,垃圾分类导致厨余垃圾和餐厨垃圾增多,未来高浓度有机废水处理对象将以焚烧垃圾渗沥液、厌氧沼液和存量的老龄填埋场渗沥液为主,主流技术需多样化、稳定化、全量化、资源化。如针对各类废水开发科学有效的预处理工艺,工程应用短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等技术。

(2)运维管理优化

① 完善排放标准和监测水平。随着我国垃圾处理技术体系的不断完善与升级,渗沥液处理污染物排放标准也亟待优化,构建更加科学合理的、适合我国国情的渗沥液处理排放国家和地方标准。未来的排放标准会更加严格,随着检测、检验以及分析技术的提高,势必会对渗沥液中的有害物质有更全面、深入的认识。未来渗沥液处理的排放标准会纳入更多的污染物指标,对渗沥液处理工艺会提出更大的挑战,对新技术的衍生也会有很大的影响。

② 精细化的成本控制。企业精细化的成本控制,应从工艺设计、设备和电气自动化、人员等方面进行成本管理:工艺的选择以出水质量达标、低成本、无闲置为原则设计;设备及其电气自动化的选型应根据实际工程情况选择经济效益高的产品;运行中,注重内部管理,实施工艺参数优化,延长设备使用寿命,并定期对其进行维护和保养,建立各项设备档案并完善设备的综合管理制度,同时建立对设备的预防性维护体制并与生产车间的目视化管理相结合,以确保处理设施及设备的稳定持续运转;通过提升工作人员素质,将渗沥液处理成本降到最低。

③ 构建精细化及智慧化运营管理平台。近年来,大数据、云计算、物联网作为信息技术的发展方向,目前已经逐步在各行各业得到了大量的应用,其优势在于对海量数据的汇总和分析,促进行业向精细化智能化发展。同时,垃圾渗沥液处理厂目前从硬件结构上具备天然的优势,从信息的采集和现场的调度上有强烈的行业需求。因此,利用大数据、云计算、物联网的先进理念和技术,对渗沥液处理的过程数据和调度方式进行综合的重新设计、深度分析,实现渗沥液处理厂的智能辅助管理,成为渗沥液处理提质增效的新前沿方向。

(3)低碳发展

① 资源与能源的利用。随着社会的高速发展,人们对资源的需求也达到了前所未有的高度,在有限的自然资源条件下,发展低碳经济及废旧资源的回收利用是将来发展的必由之路。垃圾渗沥液中含有大量的碳、氮、磷等有益物质,加以回收利用具有极大的经济价值,渗沥液处理厂,同时也应该是资源的回收利用加工工厂。

此外,垃圾焚烧发电厂和餐厨垃圾等产生的废水,由于含有高浓度有机污染物,大多采用“厌氧+好氧+深度处理”的工艺,处理过程中会产生大量的沼气,许多工程对沼气并未加以利用,而是用火炬直接燃烧掉,能源浪费现象严重。渗沥液生化处理阶段会产生大量的热能,常见的做法是生物池设置冷却装置,降低生物池内渗沥液的温度,热能被浪费,而且冷却塔还会消耗大量的新鲜水。将沼气和生化处理过程中产生的热能加以利用,利用沼气或废热处理渗沥液,形成“以废治废”新工艺,在能源日益短缺的形势下具有重要意义。

② 节能。渗沥液处理普遍存在的问题之一是能耗偏高,未来,渗沥液存量项目应通过精准的计算、合理控制水力高程并进行节能改造,如改用高效节能的机电设备、改造精确曝气系统;新建项目应用低能耗处理工艺,如短程硝化反硝化,厌氧氨氧化。


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