大連東泰夏家河污泥處理廠BOT項(xiàng)目在厭氧處理工藝圈內(nèi)可謂首屈一指，作為典型案例在不同場合被屢屢提起。下面，針對這一項(xiàng)目的真實(shí)運(yùn)營情況一一解讀。
一、資料來源
根據(jù)對大連市中心城區(qū)現(xiàn)有污水處理廠實(shí)際產(chǎn)泥量的調(diào)查和對擬建污水處理廠產(chǎn)泥量的估算預(yù)測，現(xiàn)有規(guī)模下的污水處理廠產(chǎn)泥量為330-600 t/d(含水率80%)。該項(xiàng)目采用BOT的建設(shè)方式，通過政府公開招標(biāo)確定由大連東泰產(chǎn)業(yè)廢棄物處理有限公司中標(biāo)。項(xiàng)目規(guī)劃占地面積4.11公頃，一期征地2.47公頃，建設(shè)規(guī)模為日處理市政污泥600噸，項(xiàng)目總投資約15000萬元，運(yùn)行費(fèi)用為130-150元/噸(含水率80%)，每日水耗為：中水約400噸、自來水70噸，每日電耗為15000-18000千瓦時。
對該項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)做出完整介紹的僅見陳海等《大連市夏家河污泥處理廠工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)介紹》一文(《中國給水排水》刊載，以下簡稱“陳文”)。
有關(guān)實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)則主要來自兩篇報(bào)道：《這里的污泥源源不斷地變成燃?xì)狻?載遼寧日報(bào))和李枝宏《夏家河子污泥處理廠每天“消化”污泥達(dá)600噸》(載大連日報(bào))。
二、設(shè)計(jì)條件下的基本參數(shù)
1、沼氣產(chǎn)量
根據(jù)陳文，本項(xiàng)目年產(chǎn)生664.3萬立方米沼氣，日產(chǎn)沼氣量27600立方米，沼氣自用量30%。如果將年總氣量6643000除以日產(chǎn)氣量27600，得到年設(shè)計(jì)生產(chǎn)日數(shù)僅241天，這似乎是不可能的，此值應(yīng)是可對外供氣的沼氣量，即年運(yùn)行日數(shù)如果以365天計(jì)算，則產(chǎn)氣量(含自用部分)應(yīng)為365×27600=10074000立方米/年。
關(guān)于沼氣量，還有另外一種說法，中國水網(wǎng)的評選資料表格顯示，沼氣產(chǎn)量32000立方米/日，甲烷含量≥60%。根據(jù)筆者的分析，此值較難采信。本文以27600立方米/日沼氣量作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。
2、噸污泥處理投資
本項(xiàng)目日處理含固率20%的污泥600噸，干基污泥量120噸/日，投資14913萬元，則以含固率20%濕泥計(jì)的單位處理投資為14913/600=25萬元/日•噸。
3、厭氧消化裝置及其池容產(chǎn)氣率
本項(xiàng)目采用了直徑16m、高度15m、有效高度11.2m、有效容積2230立方米的消化罐12個，則總有效容積為2230*12=26760立方米。
以設(shè)計(jì)值27600立方米沼氣計(jì)算，池容產(chǎn)氣率為27600/26760=1.03m3/m3。
如果產(chǎn)氣量32000立方米沼氣屬實(shí)，則池容產(chǎn)氣率可高達(dá)1.2m3/m3。
4、關(guān)于天然氣產(chǎn)量的不同版本
關(guān)于天然氣產(chǎn)量，有三個不同的說法。一個是中國水網(wǎng)評選2010年十大推薦污泥處置項(xiàng)目時的對外公布數(shù)據(jù)16500立方米/日，一個是遼寧日報(bào)刊登的新聞通稿11000立方米，此外是陳文“現(xiàn)日產(chǎn)天然氣10000立方米”的說法。
陳文采用了沼氣熱值5200kcal/m3，可知此沼氣的含甲烷量約55%(根據(jù)甲烷燃燒熱890.31kJ/mol折算)，假設(shè)制取天然氣的甲烷收率為95%，16500立方米的天然氣需要16500/55%/95%=31579立方米的沼氣。顯然，即使不考慮自用沼氣，設(shè)計(jì)值27600的沼氣量也不足以有16500立方米的天然氣產(chǎn)出。
以陳文所公布的“實(shí)際數(shù)據(jù)”10000立方米天然氣產(chǎn)量而言，所需沼氣量應(yīng)在19000立方米左右(10000/55%/95%=19135立方米)。
5、由消化器的耗熱量反推天然氣的設(shè)計(jì)產(chǎn)量
本項(xiàng)目采用中溫消化，溫度為35±1度。消化的加熱量決定了可供制取天然氣的沼氣可用量。
本項(xiàng)目的入消化器固體濃度為10%，停留時間22天。根據(jù)給出的消化器尺寸，采用大連地區(qū)的氣候數(shù)據(jù)，假設(shè)罐頂、罐底、罐底的傳熱系數(shù)分別為0.7、0.7和0.52kcal/m2.h.K，可以得到本項(xiàng)目消化罐的加熱量冬季最大1723000kcal/h，夏季最小900000kcal/h，年平均1280000kcal/h�？紤]沼氣鍋爐的熱效率90%，管路熱損失3%，則加熱所需的沼氣平均需用量約為6614m3/d，這樣額定設(shè)計(jì)產(chǎn)氣量下所能提供給天然氣制取系統(tǒng)的沼氣量為20976m3/d，產(chǎn)天然氣量大約10920立方米/日，即大約76%的沼氣用于制取天然氣，24%用于消化器加熱。
這一數(shù)據(jù)比陳文所提到的自用氣量30%略為樂觀，因此10000~11000立方米/日左右的天然氣產(chǎn)量可能是設(shè)計(jì)值。
6、污泥的有機(jī)質(zhì)含量
以設(shè)計(jì)有效池容26760立方米、日處理120干噸污泥固體、入消化罐含固率10%考慮，設(shè)計(jì)停留時間為22.3天，與陳文所報(bào)道的數(shù)據(jù)22天相符。
中溫35度消化，時間為22天，有機(jī)質(zhì)降解率可能在40-50%之間。取降解率50%，沼氣的甲烷含量55%，單位有機(jī)質(zhì)降解的甲烷產(chǎn)率為0.42m3/kg.VSSr，則120tds/d污泥固體中的可揮發(fā)性有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)該在60.25%以上。如果是取降解率40%，可揮發(fā)性有機(jī)質(zhì)含量則應(yīng)該在75%以上。筆者以為，本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)值可能就是有機(jī)質(zhì)含量60%，消化降解率50%。
7、電耗
按照公布的數(shù)據(jù)，電耗15000-18000kWh/d。以有效厭氧池容(26760立方米)的單位電耗看，此項(xiàng)目的每1000立方米池容電耗高達(dá)23-28kW/km3(整個項(xiàng)目，含輸送等)，高于一般沼氣發(fā)電項(xiàng)目的池容電耗10-20kW/km3(青島麥島測算值為12.4kW/km3，德國漢堡為23.4kW/km3，僅消化和發(fā)電部分為10.1kW/km3)。
8、沼液處理
根據(jù)介紹，本項(xiàng)目消化后沼液脫水后的廢液先經(jīng)除磷脫氮處理，再進(jìn)入夏家河污水處理廠。理論上，污泥處理廠需承擔(dān)將沼液從COD15000-20000以上降到500mg/l以下的污水處理成本。本文假設(shè)污水部分的消耗均為電費(fèi)，已包含在內(nèi)。
9、沼渣出路
該項(xiàng)目的沼渣作為填埋土或綠化用途，不計(jì)填埋成本。
10、設(shè)計(jì)值下的運(yùn)行成本評估
直接運(yùn)行成本可做如下評估：
電費(fèi)=15000kW/d*0.65元/kW=9750元/日
人工費(fèi)=30000元/人月×12人/30天=986元/日
藥劑耗(因天然氣脫硫要求較高，假設(shè)噸濕泥脫硫費(fèi)用10元)=10*600=6000元/日
假設(shè)總投資1.4913億元中，設(shè)備費(fèi)約1.2億，取大修維護(hù)系數(shù)2.5%，維護(hù)費(fèi)=8219元/日
綜合以上諸項(xiàng)費(fèi)用，折合到噸濕泥處理量中的直接運(yùn)行成本為42元/噸。
11、設(shè)計(jì)值下的財(cái)務(wù)成本
作為BOT項(xiàng)目，有必要計(jì)算以下財(cái)務(wù)成本。假設(shè)項(xiàng)目為全額貸款，銀行年息5.94%，還款期20年，則日折舊及財(cái)務(wù)成本為28721元，折合脫水污泥48元/噸。
12、綜合收入
假設(shè)天然氣銷售價(jià)格為2.4元/立方米，則設(shè)計(jì)條件下(天然氣產(chǎn)量11000立方米/日)的天然氣銷售產(chǎn)值為11000×2.4=26400元(天然氣實(shí)際價(jià)格根據(jù)淡旺季有差別，為3.5-3.9元/立方米)。
根據(jù)中國水網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)，大連市財(cái)政局每噸污泥(含固率20%)處理補(bǔ)貼為135元(2011年已上升為170元)，則設(shè)計(jì)條件下的污泥處置費(fèi)為600×135=81000元/日。
這意味著噸污泥的產(chǎn)值約為179元。減去運(yùn)行成本和財(cái)務(wù)成本，噸濕泥處理量的凈盈利為89.5元。
顯然，在設(shè)計(jì)條件下，大連夏家河BOT項(xiàng)目應(yīng)具有較好的盈利能力。
三、實(shí)際運(yùn)行值
根據(jù)遼寧日報(bào)文，“夏家河污泥處理廠于2009年4月29日投料試運(yùn)行，目前已累計(jì)處理污泥3.5萬噸，共生產(chǎn)沼氣175萬立方米，生產(chǎn)腐殖土1萬噸”，由采訪日期12月17日反推，日歷時間大約為232天。
根據(jù)大連日報(bào)文，“據(jù)統(tǒng)計(jì)，該廠從去年4月29日投料運(yùn)行，當(dāng)年12月17日就將天然氣送入煤氣新廠。截至今年4月30日，該廠共處理污泥及其他可降解有機(jī)廢物6.5萬噸，其中包括工業(yè)類似污泥8380噸、糞便130噸、餐飲垃圾90噸及海關(guān)查沒食品50噸;產(chǎn)沼氣394萬立方米、外售天然氣110萬立方米;產(chǎn)沼渣2.5萬噸，外售腐殖土1.5萬噸”。日歷時間正好足一年(367天)。
將上述兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可對實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)解析如下：
1、處理量
按照遼寧日報(bào)文提供的數(shù)據(jù)，232天里處理了污泥35000t，則實(shí)際日均處理污泥量為151噸(35000t/232d=151t/d);
按照大連日報(bào)提供的數(shù)據(jù)，一年時間里處理了污泥56350噸(65000噸減去非大連財(cái)政局付費(fèi)的廢棄物量)，則實(shí)際日均處理污泥量為154噸(56350t/365d=154t/d);
這就是說，在實(shí)際運(yùn)行中，該項(xiàng)目實(shí)際處理污泥量僅為設(shè)計(jì)值600噸/日污泥的25%強(qiáng)。
2、池容產(chǎn)氣率
按遼寧日報(bào)數(shù)據(jù)，175萬立方米沼氣除以天數(shù)(232天)，日均產(chǎn)氣量約為7543立方米。
按大連日報(bào)數(shù)據(jù)，394萬立方米沼氣除以天數(shù)(367天)，日均產(chǎn)氣量為10736立方米。
按照有效池容考慮，實(shí)際池容產(chǎn)氣率為0.282~0.401m3/m3，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值1.03。
以設(shè)計(jì)產(chǎn)氣量27600立方米/日考慮，沼氣產(chǎn)出率(分別為7543和10736立方米)分別為27%和39%。與實(shí)際污泥處理量為設(shè)計(jì)值25%的進(jìn)行比較，沼氣產(chǎn)出率27-39%似乎高于25%，一個可能的原因是高含有機(jī)質(zhì)廢物的引入。依靠高有機(jī)質(zhì)的有機(jī)廢棄物，可使項(xiàng)目的產(chǎn)氣率提高。
3、自用沼氣率
按大連日報(bào)數(shù)據(jù)，394萬立方米沼氣，產(chǎn)生天然氣量110萬立方米，以沼氣的甲烷含量55%、甲烷收率95%考慮，則自用沼氣比例為46.6%。
以等比來判讀遼寧日報(bào)數(shù)據(jù)，175萬立方米沼氣，自用沼氣比例為46.6%，可產(chǎn)生天然氣量大約488000立方米(12月17日前未能進(jìn)網(wǎng)出售)。
自用沼氣比例遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值30%，其中的一部分可能是調(diào)試期火炬燃燒造成的。但從消化器的熱量供應(yīng)角度看，每小時的有效給熱量大約為685900和974860kcal/h(考慮了鍋爐熱效率90%)，與設(shè)計(jì)條件下的值(均值1272000kcal/h)相比，約為54~77%。其中的原因可能是消化器未滿負(fù)荷運(yùn)行(有的消化器未開)，但總體來看，沼氣自用率偏高。
4、噸廢棄物產(chǎn)氣率
由于非污泥物料的含水率情況不詳，這里無法對有機(jī)質(zhì)降解的產(chǎn)氣率進(jìn)行比較。只能就濕基物料進(jìn)行一粗略比較。
根據(jù)設(shè)計(jì)值，噸含固率20%濕泥的產(chǎn)氣量應(yīng)為27600/600=46立方米/噸。
根據(jù)遼寧日報(bào)的數(shù)據(jù)，噸污泥產(chǎn)氣率為1750000/35000=50立方米/噸。
根據(jù)大連日報(bào)的數(shù)據(jù)，如果將非市政污泥考慮進(jìn)來，噸濕基廢棄物的產(chǎn)氣率為3940000/65000=60.6立方米/噸。
這些數(shù)字說明，在污泥處理量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值的情況下，產(chǎn)氣量高于同比預(yù)期，應(yīng)該有兩個可能性：1)被消化物質(zhì)的有機(jī)質(zhì)提高了，因此沼氣收率增加;2)由于處理量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，而自用氣量比例大幅度提高，說明在消化器中的實(shí)際固體停留時間可能延長了。
5、運(yùn)行成本和投資成本
根據(jù)大連日報(bào)數(shù)據(jù)，外售沼氣110萬立方米，意味著日均產(chǎn)生天然氣2997立方米，相當(dāng)于設(shè)計(jì)值11000立方米的27%。
廢棄物總處理量65000噸，則日均處理量177噸，僅為設(shè)計(jì)值600噸的29.5%。
從收入角度看，噸廢棄物處理的產(chǎn)值下降為
(2997*2.4+177*135)/177=176元/噸
在日運(yùn)行成本方面，除藥劑消耗可按比例下降外，其余變化不會很大，假設(shè)維護(hù)費(fèi)維持8219元/日，藥劑和消耗品177噸×10元/噸=1770元/日，電費(fèi)9750×80%=7800元/日，人員986元/日，則噸處理量的直接運(yùn)行成本上升為106元。
投資成本方面，將原設(shè)計(jì)工況下的日折舊及財(cái)務(wù)成本28721元分?jǐn)偟?77噸日處理量上，將面臨每噸162元的高額折舊。
這就是說，如果大連日報(bào)所報(bào)道的數(shù)據(jù)屬實(shí)，則大連夏家河項(xiàng)目第一年的運(yùn)行效益很可能是負(fù)的。
四、結(jié)語
通過以上分析發(fā)現(xiàn)，受到媒體和專家一致追捧的大連夏家河污泥處理項(xiàng)目，其實(shí)存在很多“硬傷”。
1、所謂的先進(jìn)性問題
夏家河項(xiàng)目以日處理污泥600噸立項(xiàng)，運(yùn)行的第一年，實(shí)際平均處理污泥量僅150-170噸/日，為設(shè)計(jì)值的不足30%;就沼氣產(chǎn)出量而言，只實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)值的不到40%;以池容產(chǎn)氣率論，不足德國漢堡的一半(0.4對0.9，比青島麥島的0.59還低1/3)(池容產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)沒有考慮只開部分厭氧罐的情況，此時比較這個數(shù)據(jù)可能沒有意義);此外，無論自用氣比例(實(shí)際是消化罐熱耗)，還是電耗，均不如上述兩個參考項(xiàng)目。以其高固體濃度(10%)的消化設(shè)計(jì)而言，不應(yīng)如此。
該項(xiàng)目被評為當(dāng)年污泥處理十大推薦項(xiàng)目之首，相關(guān)廠家不斷以“第一名”的頭銜自我宣傳，實(shí)在令人感到有些肉麻;所有媒體報(bào)道中均冠以“最先進(jìn)厭氧消化技術(shù)”的所謂“最先進(jìn)性”，實(shí)在不知是從何談起;設(shè)計(jì)方在論文中蓋棺論定般的結(jié)論，“從試運(yùn)行至今污泥處理廠運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)”，則更是不知是真是假了……
2、厭氧是處置還是處理的問題
夏家河的厭氧消化加制取天然氣和青島麥島的厭氧消化消化其實(shí)是類似的，消化脫水后污泥(沼渣)仍未安全處置。至少，消化后污泥(沼渣)的填埋處置成本是未考慮在內(nèi)的。
對消化后污泥/沼渣的定義，是厭氧路線支持者僥幸心態(tài)的一種折射。定義為沼渣，似可直接還田，由此可避免后續(xù)的處置費(fèi)用，從而使厭氧消化成為一種廉價(jià)的解決方案。但如果定義為污泥，則消化只不過是昂貴處置過程的第一段而已。以國內(nèi)重金屬、持久性有機(jī)污染物的污染程度而言，筆者以為恐怕只有后者才是目前唯一合理的定義。
厭氧消化還有一項(xiàng)重要的處置成本：高濃度廢液，它一直是所有消化、熱水解工藝的重要“后遺癥”，其處理難度和費(fèi)用均不可小視。夏家河項(xiàng)目作為BOT項(xiàng)目，能將簡單處理后的污水打入附近的夏家河污水處理廠代為處理，從而節(jié)約大量成本，不能不說是此項(xiàng)目獲得經(jīng)濟(jì)性的一個重要因素，但作為污泥處理項(xiàng)目，厭氧廢水的處理成本應(yīng)考慮在內(nèi)。
