无废城市建设背景下城市污水处理厂有机废弃物协同处理路径探讨

刘丹丹,洪涵璐

(南京大学环境规划设计研究院集团股份公司,210000,南京)

0 引言

固体废物包含工业固体废物和城乡有机废弃物等,我国目前各类固体废物累积堆存量约600～700亿吨,年产生量近100亿吨,且呈逐年增长态势,是产生固体废物量最大的国家[1]。各类固体废物产生强度大、处理设施选址难度大,资源利用程度低、协同处理比例低,“垃圾围城”矛盾多、非法转移倾倒事件多,亟需通过深化改革来统筹解决[2-3]。2017年,中国工程院院士、原副院长杜祥琬联合多名院士,向党中央、国务院提出了通过“无废城市”建设走向“无废城市”的建议;2018年底,国务院办公厅印发《“无废城市”建设试点工作方案》,指出:“开展“无废城市”建设试点是深入落实党中央、国务院决策部署的具体行动,是从城市整体层面深化固体废物综合管理改革和推动“无废社会”建设的有力抓手,是提升生态文明、建设美丽中国的重要举措”,标志着我国正式启动“无废城市”建设。“无废城市”是一种先进的城市管理理念,“无废”并不是指没有固体废物产生,也不意味着固体废物能完全资源化利用,而是指以创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念为引领,通过推动形成绿色发展方式和生活方式,持续推进固体废物源头减量和资源化利用,最大限度减少填埋量,将固体废物环境影响降至最低的城市发展模式[4]。“无废城市”逐渐成为国际社会有关废物健全管理的共识,我国试点城市已达百余个,彰显我国稳步推进“无废城市”建设的决心和行动[5]。

近年来,随着城市污水处理厂提标扩建进程加快,污泥产量呈不断增长态势[6-7],并且从世界范围看,污水处理相关政策标准、技术实践等正广泛而深刻地变革,污水处理厂将由单纯污染物削减转变为资源和能源工厂[8]。因此,在“无废城市”建设背景下,探索新型城市污水处理厂建设新路径,拓展污水处理厂协同处理固体废物新方向,是构建循环经济发展模式、建设“无废城市”的重要课题。长三角某区大力推进新型城市污水处理厂建设,力图实现污水处理、“无废城市”建设中涉及的重要固体废物——有机废弃物协同处理、生产型研发中心建设三大功效,推动国内水处理行业创新升级和“无废城市”建设落实。

1 建设思路

在“无废城市”背景下,城市污水处理厂采用前瞻的构思、独特的创意和前沿的科技,探索建设面向未来的中国污水处理厂,以期污水处理理念由高能耗高物耗向能源化资源化方向发展,由传统单一的污水处理工程设施向生态综合体方向发展,推动中国环境保护事业前行,具体建设思路如下。

1)建设高效先进的污水处理工艺线,以期提供推广性强的城市污水处理工艺技术,推动污水处理技术迭代升级和理念转换。

2)建设高水准、高质量的有机废弃物协同处理中心,突破“无废城市”建设中有机废弃物协同处理瓶颈,以实现多源有机废弃物资源化、循环化、低碳化,推动污水处理厂成为资源工厂。

3)建设“生产型研发中心”,积极与优秀企业、科研机构开展产学研合作,推进城市污水处理领域基础研究,强化关键技术创新研发、集成示范和商业推广。

2 技术路线

城市污水处理厂主要建设内容包括城市污水处理线、有机废弃物协同处理线及研发线,其中,有机废弃物协同处理线积极探索协同处理餐厨垃圾、蓝藻、污泥等有机废弃物路径,推进了城乡有机废弃物处理利用,对“无废城市”建设具有重要意义,本文重点介绍有机废弃物协同处理线。

有机废弃物协同处理线采用“高效干式厌氧消化+热电联产+好氧堆肥”为核心的能源高效回收与资源深度转化集成技术,协同处理蓝藻藻泥、市政污泥、秸秆、畜禽粪污、餐厨垃圾、尾菜、园林废弃物等,处理能力100 吨/日左右。

项目主要原理为城乡有机废弃物经厌氧反应的四个步骤--“水解、酸化、产酸、产甲烷”后,去除有机废弃物中30%～50%的有机物并使之稳定化,同时回收产生的甲烷等用于发电等,通过开源实现污水处理厂绿色低碳发展,实现有机废弃物减量化、资源化、无害化,助力“无废城市”建设。

项目工艺主要由进料单元、厌氧发酵单元、沼渣沼液处理单元、净化/储气单元、热电联产单元组成。主要工艺流程如下:区域内的蓝藻、餐厨垃圾、农作物秸秆、畜禽粪污等有机废弃物,在与厂区污水处理剩余污泥经混料仓暂存、混匀后,送至高温干式厌氧反应器进行厌氧发酵,发酵产生的沼气经增压脱硫后用于系统加热及全厂用电,剩余部分可进一步精制外供天然气或发电上网、区域供热,实现“减有机废弃物的污、降污水处理厂的碳”。同时,产生的沼渣去除较大杂质,脱水后经好氧发酵堆肥处理作为土地改良剂,或经过陈化造粒后生产营养土等商品,沼液则用于农作物灌溉或回用。

项目核心优势为高效干式厌氧消化技术,该技术具有高适应性、高效、高稳定性、操作便捷等优点,可在低能耗、高负荷条件下实现对高含固率(15%～35%)、多种复杂有机废弃物的协同厌氧消化,前处理简洁,容积负荷高;系统能量需求低;容积产气率高;硫化氢含量低,出产沼气品质高;沼液产量少,营养成分高,便于施用;系统标准化、模块化,占地面积小,可实现污水处理厂运行的节能降耗。项目结合城市和农村生活垃圾、污泥、畜禽粪污、农作物秸秆等有机废弃物的性质差异,综合解决区域内有机废弃物污染问题,实现专业化、资源化、市场化的集中处理,探索良性可持续生态循环体系,形成可复制可推广的治理模式,为其他地区有机废弃物处理利用提供经验参考。

3 经济、社会和环境效益

城市污水处理厂是一项保护环境、建设文明卫生城市的公用事业工程,对国民经济的贡献主要表现为外部效果,所产生的效益大部分为难以用货币量化的社会、环境效益。

3.1 经济效益

城市污水处理厂产生四种经济效益,一是传统污水处理厂是耗能大户,本项目采用高效厌氧消化工艺,可实现厂内100%电能自给,做到能源回收;二是污水处理所产生的尾水及发电产生的余热作为冷热源供给夏天制冷和冬天采暖,以节约用电成本;三是协同处理污泥等有机废弃物,减小固废处理费用;四是销售有机废弃物资源化利用产品如营养土、土壤改良剂等可带来经济回报。

3.2 社会效益

污水处理厂,作为城市污水系统中的重要组成部分,在城市减灾、经济建设发展、保障人民群众生命健康和生活质量等方面均起着至关重要的作用。本项目建成运行后,可避免或减少污水对周边环境、河网的影响,保护居民正常的生活和工作环境,增加人民对政府、社会的认可度和信任感;随着区域河湖水质变清,城市环境愈加优美、整洁、卫生,创造良好的投资环境,可促进经济及旅游业的发展;扩大了社会就业的机会,有利于社会的稳定和和谐发展,同时带动当地渔业、工业、固体废物处理行业及其他相关行业的发展;可作为环保教育基地,对大众进行环境保护教育,提高全民的环保意识;集中了国内外最先进的水处理技术,可作为环保产业新地标、新名片,吸引更多环保高端人才技术团队入驻,带动本地环保产业水平的提升。

3.3 环境效益

项目对有机废弃物进行系统性的处理利用,源头上解决污泥转运过程中污水、渗滤液散漏和飞扬问题;解决了地区有机废弃物处理利用路径不畅问题,显著提高了有机废弃物处理效率,降低污泥处理难度,突破了蓝藻无害化处置的瓶颈,实现蓝藻资源化利用,推动城乡有机废弃物的绿色低碳处理,为碳中和和“无废城市”建设事业添砖加瓦;改善区域生态环境水质,有效减轻地区的水污染问题,符合可持续发展实现循环经济的要求,为长江大保护、全国生态文明建设贡献力量。

4 结论

在“无废城市”建设背景下,城市污水处理厂可考虑将本厂区污水处理过程中产生的污泥,与周边区域产生的餐厨垃圾等有机废弃物进行协同处置,将污水处理厂从污染物削减基本功能扩展至城市能源工厂、水源工厂、肥料工厂等多种应用场景,重新诠释城市污水处理厂和固体废物处理利用的关系,构建生态、生活、生产融合一体、开放共享的新型城市空间。