城市污水廠污泥厭氧消化發(fā)電項目

一、資料依據(jù)

本文數(shù)據(jù)主要取自陳曉華在2010年8月第二屆上海水業(yè)熱點論壇上的發(fā)言《青島麥島污水處理廠污泥消化及熱電聯(lián)產(chǎn)以及2011年5月青島污泥處置研討會上的《青島麥島污水處理廠介紹   

二、數(shù)據(jù)校核  

1、參考污泥量

根據(jù)設(shè)計處理污水量140000噸/日，入消化器的干固體量43500 kg/d。

根據(jù)進(jìn)水設(shè)計SS為250 mg/l，出水20 mg/l，BOD進(jìn)水250 mg/l，出水20 mg/l。按照筆者的模型，可知初沉污泥去除率約為40%，產(chǎn)生干固體量14000 kg/d；剩余污泥干固體量為29517 kg/h，綜合污泥干固體量為43517 kg/h，與陳文數(shù)據(jù)吻合。 為便于比較濕泥處理處置成本，仍假設(shè)未經(jīng)消化的污泥機(jī)械脫水至含固率20%，則日產(chǎn)生濕泥量為218 t/d。

2、水力停留時間

       項目的設(shè)計水力停留時間最小為20天，入消化器含固率約為3.8-4.0%。以兩個有效容積為12700立方米消化器來核算，實際水力停留時間應(yīng)為22-23天。

3、沼氣產(chǎn)量

根據(jù)設(shè)計沼氣產(chǎn)量14400 m³/d。

根據(jù)所提供的2010年實際數(shù)據(jù)，年產(chǎn)沼氣量5447594 m³/a，其中鍋爐燃燒沼氣654935 m³/a，發(fā)電沼氣4680928 m³/a，火炬燃燒掉111731 m³/a。

按每年365天計算，實際日產(chǎn)沼氣14925 m³/d，略高于設(shè)計值。下面以實際日均產(chǎn)氣量為準(zhǔn)。  

4、沼氣產(chǎn)率

       以2座12700立方米的池容計，沼氣產(chǎn)氣率為0.59 m³/m³.d，比高碑店的設(shè)計值0.42高了近50%，比高碑店的實際運行值0.2則高了兩倍。

5、有機(jī)質(zhì)含量與降解率

根據(jù)混合污泥有機(jī)質(zhì)的降解率應(yīng)可實現(xiàn)45%以上。

根據(jù)實際污泥有機(jī)質(zhì)含量在65%以上。

以實際平均產(chǎn)量14925 m³/d、沼氣的甲烷含量60%、每公斤VSS降解相當(dāng)于1.5 kg.COD考慮，對平均有機(jī)質(zhì)含量為65%的污泥來說，其降解率已超過了60.3%。這一降解率對于22天的35度中溫消化似乎有些過高了。

那么，只有一種解釋：如果降解率為55%的話，污泥的實際有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)該達(dá)到了71.3%以上。

此時，消化后的污泥有機(jī)質(zhì)含量仍可達(dá)到52.7%。恰如王福浩所言，其消化后污泥的有機(jī)質(zhì)可能比國內(nèi)大多數(shù)污水廠未經(jīng)消化的污泥有機(jī)質(zhì)都高。

6、發(fā)電量與發(fā)電熱效率

       根據(jù)2010年度發(fā)電總量9850000 kWh，折合每小時發(fā)揮發(fā)電能力1124 kWh。

       按照沼氣核算，發(fā)電的沼氣耗約為0.48 m³/kwh。

如果按照沼氣熱值5500 kcal/m³來算（根據(jù)陳文數(shù)據(jù)推算出的設(shè)計取值），熱效率約為32.9%。本項目采用國產(chǎn)發(fā)電機(jī)，此熱效率是可能的。  

7、消化后脫水污泥量

根據(jù)消化后污水污泥含固率22%。

按照有機(jī)質(zhì)含量71.26%、消化有機(jī)質(zhì)降解率55%考慮，消化后干固體量應(yīng)為26461 kg/d。不考慮上清液的固體流失，含固率22%的濕泥產(chǎn)量應(yīng)為120噸/日。

三、經(jīng)濟(jì)分析 

根據(jù)以上技術(shù)數(shù)據(jù)，可對此項目的運行成本測算如下：

1、  發(fā)電產(chǎn)值

按照實際產(chǎn)電量1124 kWh考慮，根據(jù)筆者的數(shù)據(jù)，類似消化、發(fā)電項目的耗電量大約在140-160 kWh之間，因此自用電率（消化、發(fā)電系統(tǒng)自用）可能在28%左右。

       按照每度電0.65元考慮，此項目的實際發(fā)電產(chǎn)值（如果上網(wǎng)售電的話）大約為14884元/日，相對于218噸/日的含固率20%濕泥來說，產(chǎn)值為68.4元/噸。

2、  投資

光大國際與威立雅聯(lián)合獲得青島海泊河和麥島污水廠的BOT項目，根據(jù)光大國際年報，總投資金額3.56億元，其中麥島項目約2.44億元。

按照國內(nèi)污水處理廠日噸水投資1000-1100元的投資水平，取上限，可以猜測麥島廠14萬噸污水的投資大約在1.54億元，則余額9000萬元可能是厭氧消化和發(fā)電項目的投資。

按照含固率20%污泥218噸計，噸污泥的消化發(fā)電投資在41萬元。本文以40萬元/日·噸來測算折舊和維護(hù)成本。  

3、人員成本

麥島項目定員52人，這里假設(shè)其中的泥區(qū)人員是15人，人均年薪3萬元，則人員成本5.67元/噸。  

4、藥劑成本

麥島采用向濃縮污泥中添加三鐵的方式進(jìn)行脫硫。具體添加量無數(shù)據(jù)可供參考，暫按噸干固體添加量1%考慮，干基三鐵噸價以2000元，則噸濕泥的藥劑成本在4.0元左右。  

5、維護(hù)成本

以年維護(hù)費相當(dāng)于投資的2%考慮，折合維護(hù)費用17.7元/噸。  

第3/4/5項合計的直接處理成本為每噸濕泥均攤27.4元。

6、折舊及財務(wù)成本 按厭氧發(fā)電項目總投資8700萬、利率5.94%、期20年計算，噸濕泥的折舊及財務(wù)成本僅為77元。  

7    綜合經(jīng)濟(jì)效益

以發(fā)電效益68.4元/噸、直接運行成本-27.4元、間接運行成本-77元計，綜合運營的成本為36元/噸，折合到水費中，僅為-0.056元/立方米，即消化發(fā)電項目的綜合運行成本不足水費6分錢。

四、結(jié)語  

筆者以為，麥島消化項目的成功運行，得益于兩點：一是充足的處理費，二是污泥的高有機(jī)質(zhì)含量。

根據(jù)光大國際2009年年報，光大國際和威立雅的合資企業(yè)從青島排水處獲得1.11元/立方米的水處理費，09-10年的噸水凈利（去除全部成本和折舊）為0.45-0.47元/港幣，相當(dāng)于0.38-0.41元/立方米。顯然，厭氧項目區(qū)區(qū)0.06元的成本，對于1.11元的水處理費來說是很低的。經(jīng)過厭氧處理，污泥從理論上的218噸/為120噸/日，含固率提升了2個百分點，無論如何是值得的。

高處理費，高額利潤，是麥島項目能夠正常運行的原因之一。這個項目的運營是由威立雅為首的運營公司（光大國際、威立雅、青島排水按照21%、78%、1%的股權(quán)比例成立）進(jìn)行的。在技術(shù)上，除投加三鐵避免了沼氣脫硫難題外，就消化工藝、技術(shù)路線、運行指標(biāo)而言，并沒有什么特別之處。

較之我們曾經(jīng)分析過的德國漢堡項目0.925 m³/m³.d的池容產(chǎn)氣率，青島麥島的0.59 m³/m³.d似乎并不算高，但比之高碑店的0.42或0.20，已極為優(yōu)越。分析原因，不難看出，麥島項目之所以能夠運行，關(guān)鍵條件還是污泥的有機(jī)質(zhì)含量高的緣故。有機(jī)質(zhì)含量高，可能得益于某些特定的來水條件，如城市的水資源管理政策、階梯型水價、排水無化糞池等。這方面青島的經(jīng)驗值得學(xué)習(xí)。

       這里的消化項目運行成本討論，是以消化前折合含固率20%的濕泥量為基礎(chǔ)的。經(jīng)過厭氧消化，污泥實現(xiàn)了減量（幅度達(dá)45%），但消化后污泥的處置費用，尚未考慮在內(nèi)。僅以減量部分計，98噸的減量，其成本為每噸80元（=36*218/98）。剩下的120噸、含固率22%的消化后污泥，其最終安全處置成本還需另行考慮。麥島項目已經(jīng)將消化的產(chǎn)出用于發(fā)電，就污泥所能提供的能源看，完成后續(xù)120噸的處置，無論如何要輸入大量能量。如果說一個基礎(chǔ)條件十分理想的消化發(fā)電已經(jīng)用掉了污水處理費0.06元/立方米的話，那么為剩余120噸濕泥再支付0.10~0.12元/立方米的污泥處置費，恐怕是不可避免的。

       從麥島項目運行商實際每立方米污水獲得0.38-0.42元的凈利看，中國的污泥處理還是很有希望的，因為0.12元/立方米的污泥處置費實際上并不高。

       但比較難以理解的是，盡管一些城市的在支付污水費方面有些過于“慷慨”，但在污泥處置上卻還未表現(xiàn)出類似的胸懷，這些城市的污泥目前仍處于簡單棄置或填埋階段。