污泥处理处置单纯追求经济效益将导致环境灾难——广州越堡水泥.doc

污泥处理处置单纯追求经济效益将导致环境灾难广州越堡水泥有限公司污泥处置项目环评结论质疑李 波 全国城镇给水排水标准化技术委员会城市污水处理厂污泥处理处置分技术委员会 委员一、环评结论有待验证根据网络报道，坐落于广州市花都区新华镇马溪工业区、由越秀集团和世界四大水泥生产商之一的德国海德堡水泥集团共同投资组建的越堡水泥公司与天津水泥工业研究设计院合作，投资7000多万元，建成越堡水泥窑污泥处置项目。该项目是目前国内最大的水泥窑协同污泥处置项目，设计能力600吨/天，年污泥处理量达18.6万吨。该项目于2009年3月试运行。该项目污泥处理分为两步：一是污水厂把污泥密封运到水泥厂，首先利用水泥窑排放废气余热将含水率80的湿污泥干化为含水量30的半干泥质；二是将半干泥质通过新建的接口设备送入1600高温的水泥窑煅烧，成为水泥熟料。该项目将处理广州五成以上的污泥，处理成本200元吨。根据广州市环境保护科学研究院编制的广州水泥厂环保迁建工程处置工业、生活污泥（设施）项目环境影响报告书(简本)，“污泥处置工程产生的废气主要有湿污泥收储过程的废气、烘干过程的废气、干污泥输送及进入水泥窑过程的废气，以及污泥在水泥窑内高温处置过程产生的废气。产生和排放的主要大气污染物有粉尘、臭气污染物、重金属和极微量的二噁英等，经废气污染防治设施进行净化处理。污泥处置工程新增废气年排放量为960万m3/a，主要大气污染物新增年排放量为：粉尘58.38t/a、硫化氢2.85t/a、氨28.45t/a 、二噁英66.43mgTEQ/a、汞0.957t/a、铅0.975t/a、镉0.521 t/a、砷4.460 t/a、镍1.463t/a、铬2.366 t/a”。环评报告称，采用排放源高高度排放（烟囱）、污染物质在空中扩散稀释、远距离迁移输送的方式，不会对项目厂址附近主要水体水质产生明显间接影响；环境空气影响评价结论为“在采取必要环境空气保护措施后，本项目排放环境空气污染物的落地浓度贡献值较小，对建设项目厂区（含厂界）及周边区域环境空气质量产生的影响在可接受范围内，落地浓度贡献值与背景浓度值的叠加值仍可达到评价标准的限值要求”。所谓“污泥干化尾气处置烟气处理措施”包括：1）本项目采用低温烘干污泥、高温处置干污泥的工艺，高效、安全，避免二次污染物的产生。污泥干化过程产生的含尘废气经烘干废气袋收尘器处理后，经45m高排气筒高空达标排放；2）干泥质作为替代燃料加入水泥窑是水泥生产线的正常生产工艺，窑内烟气均进入现有窑、磨收尘器进行收尘处理后，经现110m排气筒高空达标排放。广州居民因铬德污泥制砖项目多年的臭气问题而心有余悸，在试运行当日，所有媒体的报道中均有“污泥在变成优质水泥的同时，不会产生臭气”之语，言之凿凿。但项目实施后，耳闻一些居民对臭气的反映，媒体也开始见诸报道 /blog/static/279554420102310638418/ 我就是住在附近的村民，这厂烧起那污泥来那股味真的很臭，是带酸味的臭，气味浓的时候，在外面站个十分钟人就感觉晕厥，不知道长期生活在这种环境下会有什么后果，我指身体健康方面，谢谢指教。笔者对此问题进行了一些调查，发现其环境方面的问题可能与所采用的工艺路线相关，而这一问题的出现，暴露了我国法律法规和技术规范方面存在的严重缺陷，使得人们以项目经济效益为目标的同时可以无视环保的基本准则与国家监管，以稀释排放为手段，堂而皇之地提升污染物排放总量。一家之言，尽有不妥之处，还望业内专家指正。二、干化废气的“处理”水泥厂处置污泥属于国际和我国能源、环境技术政策鼓励的方式，原因在于水泥窑的焚烧条件（温度、停留时间）可确保污泥中的有害物质如重金属（除汞、镉外）、病原体得到彻底、安全的处置。由于污泥的含水率高，一般在80%85%之间，这种废物不适合直接加入水泥窑，否则将给窑况造成极为不利的影响，因此一般均先干化，然后再入窑烧制。干化需要耗费大量的热能。鉴于水泥窑有大量的余热，实现这一点并不困难，这也是为什么水泥窑处置污泥被看好的原因。与典型的污泥干化焚烧工艺比较，水泥窑处置无需再投资焚烧单元，成本会低很多。图1 典型的污泥干化+流化床焚烧工艺图然而，该项目实际所采用的干化焚烧路线却存在一个难以解释的疑点：典型的干化焚烧（见图1）都需要对干化废气也进行处理，而这里的干化废气（见图2）既不冷凝，也不除臭，仅仅除尘后就排空了。污泥是污水处理过程中浓缩收集的有机、无机污染物的附着体，其污染物构成达数百种之多，主要有各种病原体（如病毒、病菌、寄生虫类）、耗氧污染物（碳水化合物、蛋白质、油脂等有机污染物，会产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味）、植物营养物（氮、磷）、有毒致癌污染物（重金属、无机阴离子、有机农药、多氯联苯、稠环芳香烃、杂环化合物、芳香胺）、一般有机物质（酚类化合物、腈类化合物）、石油类污染物以及酸、碱、盐无机污染物等。这些污染物相当一部分会在干化工艺条件下（干燥风温在100360度之间）形成气态，如果不做冷凝和除臭/热处理，有可能随着烟气进入大气，造成环境的再污染。图2 广州越堡污泥处置项目流程示意图广州越堡项目如果没有臭气方面的投诉，工艺的这一“短路”现象或许永远也不会被人们注意到。问题的关键在于，这样做是否合理，是否具有环境安全性，以及是否符合环保法规。从目前看，该项目还有待经过“社会影响评价”。三、“短路”的原因越堡项目设计日处理污泥600吨，干化部分是将含水率80%的污泥干化至含水30%。采用的是东南大学的专利设备旋流喷动干化机。这是一种典型的以热对流换热为原理的干燥方法，热量由干燥的空气携入，干燥完毕后，水分也由这部分气体带出。越堡项目采用了部分窑尾烟气用于干化污泥，窑尾烟气温度一般为280350度，排气温度根据物料最终的干度设计，可取120180度。对干化部分取值入口烟温300度、出口160度，做简单热平衡分析可知：每小时蒸发水量约18000公斤，每小时需要300度的干烟气量约250000公斤，干燥所需热量大约1230万千卡，排烟体积流量约345000立方米。根据越堡项目的公开数据，该窑“吨熟料标煤耗量仅101.01千克/吨，优于157千克/吨的国内清洁生产先进水平及103千克/吨的国际清洁生产先进水平”。在此条件下，每公斤熟料的窑尾废气量应为1.51.6公斤，窑尾总气量约为375,000400,000公斤/小时，干化需用掉此气量的62%66%。分析到此，已经不难理解为什么越堡项目采用除尘后直排的原因了。首先，如此大量的高湿气体不可能重新入窑进行热处理。假设原烟气绝对含湿量为0.01 kg/kg干烟气的话，干化后其含湿量会达到0.082 kg/kg，每小时“多余”的18吨水量，无论如何是水泥窑、篦冷机等都无法承受的；其次，如此大量的高温气体如果要做生物除臭或化学除臭，必须首先降温至3045度以下，降温需要耗费大量的水，还会将大量粉尘和COD带入水中；水又必须处理，这将造成大量电能的耗费，运行成本高昂，投资大幅上升，完全不可取；优化方式是改变干燥换热模式，将直接干燥法（污泥与烟气有直接接触，使烟气被污染）改为间接加热法（通过蒸汽或有机热载体），将烟气中的热量首先转移到热载体中，再从热载体换热给干燥用的气体，从而使废气最小化（经济上可处理）。这种方式其实就是前述典型的“干化+焚烧”的方法，但由于水泥窑烟气余热的品质较低，而旋流喷动干燥器所要求的温度较高，项目将不具备经济性。前面说过，旋流喷动干燥器属于典型的热对流工艺，要想获得高换热效率，需要提供300450度的入口风温，而如果原来的窑尾余热只有280360度的话，可利用热值也只够100吨污泥干化需要，而不是现在的600吨。不难看出，该项目选择污染臭气不经处理直排的方式，是投资方追求能源效率、项目经济性的唯一选择。那么，要解决臭气的问题，现在也只有“华山一条路”，那就是第四种方法拔高烟囱，通过抬升排放高度，使烟羽扩大，进行更大范围的污染物稀释。当地居民不难注意到，该项目原先那根45米高的烟囱早已不是原先的设计高度了。再污染问题的解决，只需瞒天过海般的小小花样，竟然如此容易，令人不由地想起“偷排”这个词。如果说废水可以开一个暗沟涵洞之类，趁夜间向江河湖海、下水道沟渠里偷排，废气当然也可以拔高烟囱、堂而皇之在千百万居民的头顶，在人们肉眼看不到的天空肆意倾斜！四、实例横向比较浸入式蒸发是一种处理高浓度渗滤液的环保技术。北京安定填埋场于2002年投资了一套渗滤液蒸发器，利用填埋气燃烧的热能处理填埋场产生的渗滤液。该渗滤液蒸发器系统被美国环保署认为是在对填埋气的管理和利用技术中“商业化可行的（第一类）技术”，这一结论是美国环保署根据此技术在一定规模的项目中的技术表现而做出的。蒸发器的设计处理能力为每天40m3，所需要的填埋气大约870m3/h（假设甲烷含量为50%）。一个燃烧器浸没在渗滤液中，把填埋气燃烧所产生的热气以细小气泡的方式射到渗滤液中，通过气体和液体之间直接的热交换，让渗滤液蒸发产生蒸汽。蒸发出来的蒸汽是一种混合物，它包含有水蒸气、渗滤液中的挥发性成分，还有填埋气燃烧的产物以及未经燃烧的过量空气。蒸汽被直接送到落地的内置式火炬中，其中的挥发性有机物在760度或更高的温度下被氧化处理。以甲烷热值9500kcal/m3计算，升水蒸发量的热能消耗2480kcal/kg；这一数值是一般工业法蒸发干燥所需热能的3倍以上！显然，这是将废气包含水分全部加热到760度以上（摧毁有害物质的必要温度）的代价。其实，该工艺以大约三分之一的热能代价，已经将渗滤液中的水分和物质蒸发为气态了，按照前面所描述的越堡项目的逻辑，完全可以将其排入大气，顶多升高烟囱，而不必再“无谓”地多支出三分之二的能源。两种选择如此大相径庭，其实，反映的是一个执业者环保意识与对法律的尊重与自觉与否。五、环保意识与标准环境标准的制定归根到底是为了保障人类世世代代的生存和健康。据悉我国的污泥焚烧法规正在制定过程中，目前的焚烧项目均参照生活垃圾焚烧标准。而对于水泥厂这样的混烧装置，很难参照该标准，因为没有任何关于掺烧、混烧的规定。仅从烟气排放角度看，混烧项目污染物的稀释倍数已非常之高，如果不做减排限制，污染物的排放总量将会大大增加。众所周知，环境保护的实施应该是以控制总量为基本出发点的。在国内法规缺位的情况下，我们只能借鉴国外的法规，试图了解越堡项目在法律层面上的问题或依据。我们发现在美国标准中的一些规定颇有启发意义。美国联邦法案(Code of Federal Regulations, 缩写CFR) 第40部环境保护法 40 CFR: Protection of the Environment, /lawsregs/search/40cfr.html 第60章为新建固定源设施的空气排放标准 PART 60Standards Of Performance for New Stationary Sources，其中与污泥处置相关第O分章 Part 60 Subpart OStandards of Performance for Sewage Treatment Plants，第60.150节规定了该法规管理对象为“焚烧炉燃烧燃料中污泥占10%（干基）以上，或每日污泥干基焚烧量超过1000公斤”的固定源处置工厂。显然，类似越堡的项目在美国属于该法规的管辖范围。5.1 粉尘颗粒物第60.152节烟尘颗粒物排放限值规定：不得超过干基污泥进料量的0.65g/kg。根据该标准，越堡项目日处理600吨污泥含水率80%污泥，通过烟囱排放的污泥粉尘颗粒物含量不得超过600t/d20%1000kg/t0.65g/kg/24h/d/1000g/kg3.25kg.DS/h；以345,000m3/h的烟气流量计，排放浓度不得超过3250g/34500m3/h=9.42mg/m3；根据我国水泥窑排放标准 水泥工业大气污染物排放标准(GB4915-2004)，限值为50mg/m3 或0.15kg/t熟料。就是说两个标准之间有5倍的浓度差距。显然，可满足水泥窑粉尘排放要求的袋式除尘器，必须提高一个等级，才能满足又混杂了污泥干化粉尘的要求。污泥本身是一种超细粉尘颗粒物，粒径均在微米级，采用旋流喷动这样的气流干燥，必然会产生大量粉尘。原本窑尾废气已有较高的粉尘浓度，加上干化增加的部分，再采用适合于原窑尾废气的袋式除尘，显然不能完成污泥污染物粉尘减排的目的。第60.153节规定了一系列对处置工厂进行实时监督的规定，其中包括：污泥进料量必须连续计量、与垃圾混烧时需要进行重量计量、补燃燃料流量必须连续计量等；其中比较重要的单独讨论如下。5.2 湿法除尘该法规明确，湿法除尘器必须有连续的压力降监测，非多层床、流化床炉型的，非采用湿法除尘的，必须单独提交运行参数控制的监控计划并获得批准；美国的污泥焚烧非常强调采用湿法对烟气进行洗涤，可见并非所有除尘方式能够满足需要，更何况干化过程产生的大量废气并没有在环评中作为新增废气被计算进来。越堡项目环评说，“污泥处置工程新增废气年排放量为960万m3/a，主要大气污染物新增年排放量为：粉尘58.38t/a”。如前所述，本项目每小时的干化废气量就达34.5万立方米，并且是与污泥接触、被污染了的废气。按照每年320天运行考虑，这部分未计入的废气量比环评数据扩大了276倍；粉尘也是如此。如果严格按照美国标准的上限（实现起来应该也很困难）估算，应该是每年排放24.96吨，环评数据是它的2.3倍。5.3 温度测量温度测点必须安装在适当的位置，能够准确反映实际的燃烧状态。如多层床必须在每个冷却和干燥层上安装一个测温计，燃烧区则每层必须安装两个；这一条规定颇耐人寻味，它以一个具体例子，来强调监控温度的重要性（见图3）。图3 多层床焚烧炉概念图这种叫做多层床的焚烧炉（Multiple Hearth Furnace, 缩写MHF）是90年代以前美国焚烧污泥的主要机型，目前已被淘汰。其特点是：湿泥从顶部上料，上部各层布置燃烧器喷射火焰，污泥干燥和燃烧，靠机械转耙将干化、未燃尽的污泥颗粒从顶部逐层向下刮落，污泥在掉落的过程中直至成为灰烬，从底部排出。烟气则从顶部排出。在这种结构的焚烧炉中，自上至下，分为4个区，分别为干燥区、燃烧区、固定碳燃烧区和冷却区，温区分别为315480度、670930度、670990度、150度以上 Biosolids Engineering (1018p McGraw-Hill 2004) p84-88.。尽管焚烧标准并没有直接对出口烟气的温度做出规定，但多层床的多年工程实践，间接反映了一个重要事实：离开焚烧炉的烟气不会低于315480度。这就是这种炉型无法与流化床炉抗衡的主要原因，其能耗值高于流化床炉30%以上。如果按照越堡项目的工程实施标准，废气只需在120180度之间排放即可，那么MHF炉可以节约燃料30%以上，实现和流化床炉的平起平坐，也就不会淘汰了。说到底，高达315480度的排气温度，至少初步保证了部分有机物污染物分解、除臭的功能（结合后面的湿法洗涤）。反观流化床炉的成功，主要原因在于能耗低，它能够保障悬浮段的烟气温度在830870度之间，大量高温烟气离开流化床后，通过助燃空气高温预热器，将大部分能量回收回来（500度以上的部分），少部分热量换热为蒸汽或有机热载体（200度以上部分），用于污泥的预干化。值得指出的是，全球废弃物焚烧装置的余热回收都是以间接换热形式进行的。越堡项目本来完全可以严格实现环保规定，采用间接换热形式即可。但单纯经济利益的驱动，使得这种本来有着良好初衷的废弃物处置项目，烙上了“环保”项目不环保的印记。5.4 氧含量美国法规明确规定，必须有烟气排放的氧含量的连续测量，且测量位置必须安装在可能产生漏风的设备如风机、阀门之前。我国和各国一样，对废物处理规定烟气含氧量，其意义在于确保燃烧是在给氧充分的条件下完成强氧化作用，倘若将测氧仪的位置安装在漏风点甚至干化之后，就起不到监控燃烧效果的作用了。一般焚烧标准中含氧量均要求6%，然而根据我们的了解，水泥窑的典型氧含量一般低于5%，二氧化碳为24