荆州污泥处置场BOT项目技术路线选择和融资实践
随着荆州市人口数量的增长和城市化进程加快，工业和生活污水排放量日益增加，污水处理厂的大规模建设将产生越来越多的污泥，大量的污泥急需处置。城市污水处理厂所产生的污泥不仅含有大量有机物和丰富的N、P等植物营养物质，而且还含有大量诸如寄生虫卵、病原微生物、细菌及重金属等有毒有害物质。如随意堆放而不妥善处理处置，将会导致污泥中的有毒有害物质进入环境，危害环境安全和影响人体健康。如何避免二次污染、科学合理地处置与利用污泥是国内外一直关注的问题。本文对荆州市城区污水处理厂污泥处置BOT项目实施过程中的核心问题进行较为深入的分析和探讨，以期能给国内同类城市以必要的经验借鉴。
一、荆州市污泥处置的现状
目前，荆州市城区已建成3座二级污水处理厂，分别是红光污水处理厂、城南污水处理厂和草市污水处理厂，总处理能力为18万吨/天，主要收集荆州市区范围内的生活污水。目前这3座污水处理厂每天产生含水率80%的污泥量约为80吨/天。由于污泥处置设施建设滞后，这3座污水处理厂最近几年来产生的污泥均堆放在临时的污泥堆放场，累计已超万吨。
荆州市的垃圾处理现在均采取焚烧方式进行，原有的垃圾填埋场已经废弃。污泥如采取焚烧需先对污泥进行干化然后再进行，综合处理成本将高达200-300元，而且还可能产生二次污染。故综合上述情况，荆州市急需建设一座现代化的专用污泥处置场以解决污泥日益增多的问题。
二、污水处理厂处理工艺与污泥产生和处理方式
目前我国国内绝大多数城镇污水处理厂工艺采用的是好氧活性污泥工艺。好氧活性污泥工艺是以活性污泥为主体，利用活性污泥中悬浮生长型好氧微生物氧化分解污水中有机物质的污水生物处理技术工艺。
好氧活性污泥工艺中，随着技术的不断发展和对脱氮除磷的要求提高，使用SBR、AO、A2O工艺的污水处理厂日益增加。然而，我国20世纪90年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工艺，该工艺以去除BOD和SS为主要目标，对脱氮除磷效果较差。目前，氧化沟工艺仍是我国采用较多的污水处理工艺技术之一，主要有奥贝尔氧化沟工艺、DE型氧化沟、三沟式氧化沟和卡罗塞尔氧化沟工艺等。
国内外研究发现，污水处理技术在很大程度上决定了污泥的产量和污泥处理的方式，典型的如氧化沟工艺，由于采用延时曝气，污泥产量相对较少，同时对污泥进行稳定化处理，节省了污泥单独稳定化的过程，所以很多污水处理厂相继采用此工艺来处理污水。但是采用氧化沟（延时曝气）处理污水工艺也并未使运行能耗降低到理想程度。其较高的运行能耗，也给污水处理厂带来很大的运行费用，同时使其产生的污泥脱水比较困难，在很大程度上影响了污泥的处理。
由此可见，污水处理工艺直接影响其污泥的产生量以及后续的污泥处理方式，同时解决城市污水处理厂污泥处理技术问题也是降低污水处理能耗的有效技术之一。
三、污泥处理和污泥处置的概念
污泥处理的概念是城市污水处理厂在污水处理工艺单元过程中产生的污泥通过减容、减量、稳定以及无害化的过程称为污泥处理。污泥处理工艺单元主要包括污泥浓缩、脱水、硝化（厌氧硝化和好氧硝化）、堆肥和干化等工艺过程。
污泥处置的概念是经处理后的污泥或污泥产品以自然或人工方式使其能够达到长期稳定并对生态环境无不良影响的最终消纳方式。污泥处置主要包括土地利用、填埋、焚烧等。
四、荆州市污泥处置技术路线选择
1、污泥处置方式的比较分析
目前，国内外污泥最终处置方式主要有：土地利用、填埋、焚烧。
（1）土地利用
土地利用即将污泥高温堆肥、碱性稳定化或热干化等技术处理后，应用于农田、林地、菜地、果园、草地、市政绿化、育苗基质以及严重扰动的土地复垦和重建等。污泥中含有大量植物生长所必需的肥分（N、P、K）、微量元素及土壤改良剂（有机腐殖质）。我国城市生活污水处理厂的各种污泥所含肥分比较丰富，但污泥中也含有对植物及土壤有危害作用的病菌、寄生虫卵、难降解有机物、重金属离子以及N、P的流失对地表水和地下水的污染，甚至可能含有一些致癌物质。因此，污泥在作农田利用前，应进行堆肥处理以杀死病菌及寄生虫卵，同时还应去除这些有害物质。目前普遍的问题是检测手段跟不上要求，处理成本无法和经济效益相平衡，化肥的普遍应用造成销售市场难以开发等，这些使得此种处置方式尚未得到普遍的推广。
（2）填理
污泥填埋有填地与填海造地两种。
污泥消化后经脱水再进行填埋是目前国内许多大型污水处理厂中常采取的方式，经过消化后的污泥有机物含量减少，性能稳定，总体积减少，脱水后作填埋处置是一种比较经济的处理方式。由于消化装置工艺复杂、一次性投资大、运行操作难度大，实际运行经验表明往往难以达到预期的效果。况且脱水污泥含水率大大高于普通生活垃圾卫生填埋场所要求的30％含水率，因此需再经处理才能送生活垃圾填埋场填埋；或者设置专用的污泥填埋场，根据污泥的含水率及力学特性等因素进行专门填埋，但此法有占地较大、选址受阻及存在二次污染隐患等缺点。
污泥填海造地，应遵守下列要求：①必须设护堤，渗水也必须集中进行处理，以防污泥和污水污染海水；②污泥或灰渣中的重金属含量应符合填海造地标准。
综上所述，综合利用将是今后污泥处置的主要方式。填理由于占地多，潜在生物可利用率低，渗滤液可污染地下水，后续处理管理费用高等问题，应用受到限制。随着科技的发展，污泥的有效利用的方式和有效利用率将会进一步增加。
（3）焚烧
通过污泥焚烧，也可实现其减量化、无害化的目的。建设专门的污泥焚烧厂，对产生的城市污泥进行高温焚烧，废渣可用来制砖或填路；也可对现有的热电厂、火电厂进行改造，把污泥当做添加料进行焚烧，可节约大部分投资。因此，污泥热干化工艺宜选在就近可持续稳定获得余热热源的地方，如：污泥消化池、生活垃圾焚烧发电厂、火力发电厂、水泥厂等，利用其废热、烟气余热作为干化热源。不宜单独设置污泥干化设施，也不宜选用优质一次能源作为热源。
2、污泥利用方案的选择
（1）污泥利用的潜在风险
污泥利用需满足严格的环境卫生标准，不能造成新的环境危害。污泥利用的环境问题是重金属和氮对土壤、作物、水体的影响以及病原物污染，所以具有潜在风险。污泥的热能利用无疑是风险最小的，而土地利用则需严格管理，只有重金属含量低于农用污泥标准才可用于农作物，而且污泥肥的施用也需严格定量以控制重金属的积累和减少氮、磷淋失对水体的污染。至于病原物污染，热干化的安全性较佳，因其高温灭菌作用很彻底，产品可完全抑制微生物的活性；碱性稳定化基本上也能达到安全标准。
（2）利用方案的比较
①土地利用
用污泥对农田、林地、草坪施肥或进行土壤改良以及用于市政绿化、育苗等，不仅可改善土壤的理化性质，增加土壤肥力，促进树木、花卉及草坪等的生长，而且可避免污泥中的重金属、有毒有机物因食物链的生物富集效应对人畜产生的危害，除此之外土壤的自净能力还可使污泥进一步无害化。因此土地利用是一种积极的、生产性的污泥处置方法。污泥利用前需堆肥化处理，堆肥化若采用静态条垛工艺，成本最低，但其生产周期长、占用土地多且对周围环境的影响比较严重；若采用发酵仓，其设备投资和运行费用将增加，但生产成本相对较低。
②填埋
填埋工艺因为占地面积大，较易产生二次污染，现在已经不再提倡采用了。
③焚烧
污泥焚烧减量效果好，焚烧灰渣既可用作新的产品原料，可以回收产生的热能，占地少，国外已有较成熟经验和工艺，可以直接借鉴使用。但总体来说焚烧的投资成本和运营成本最高，是土地利用工艺的2-4倍。
（3）结论
污泥经过减容、稳定和无害化处理后，可以作为资源加以综合利用。污泥的处理处置及其无害化，作为再生资源有效利用是世界各国共同重视的问题。面对各地区千差万别的污泥利用经验，应立足于本地区的实际情况，在兼顾环境生态效益、社会效益和经济效益平衡的前提下，审慎地、全面地论证各种方案实施的可行性，从中选出最佳方案。住建部颁布的《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南(试行)》明确污泥的土地利用目前的利用方向是土地利用和热能利用。从长远看，对于我们这样一个农业大国，应将污泥制成污泥复合肥料或污泥生物复合肥料，将土地利用作为主要的有效利用途径。荆州市城市污泥经检测重金属含量均低于污泥农用的各项标准，综合考虑经济、农业等发展现状，因此采取污泥土地利用的方式是符合荆州市具体情况的较好的污泥处理处置方式。
五、荆州当地污泥泥质和市场状况
污泥堆肥产品利用不但要符合国家关于污泥农用排放的污染物控制标准，也必须与相关的行业标准相符合，只有这样才能为污泥堆肥产品的安全应用提供技术保障。通过对荆州当地污泥的化验结果分析，其营养、物理化学性质、污染物和病原体等数据分析显示，荆州的污泥符合国家标准GB18918-2002中有关《污泥农用时污染物控制标准限值》，可以该污泥作为原料生产有机营养土。
本项目所在地的荆州市目前总绿化面积约1649公顷，今明两年为创建国家级园林绿化城市，荆州市还必须要增加园林绿化面积700公顷。以此计算，荆州市每年需要绿化营养土约30万吨。荆州市目前种植棉花约150万亩，根据市场调查，每亩棉花地除使用其它种类肥料外，还需使用有机营养土500-700公斤，总计使用量约75-105万吨。荆州市本身就具备较大的市场容量。这样产品的销售风险就可以控制在较低水平，从而整个项目的市场风险比较低。
可见污泥堆肥在农林利用、城市绿地利用无论从技术层面还是市场角度都是可行的，将是可持续发展的策略在荆州运用的一个极佳实例。
六、项目拦标价的测算和设定
为使荆州市政府和市住建委对项目的运营费用有一个比较准确的把握，同时对各投资申请人提出最高限价要求，控制项目的运营成本，我们对本项目进行了详细的拦标价测算。
为使拦标价的测算尽可能准确，我们除参考项目可研报告以外，还借鉴了国内同类项目的基本情况和数据，就不同的项目投资总额进行了多个方案的测算。结合项目可研报告的投资总额，我们分别就根据市住建委的要求，对不同方案即2500万、2800万、3200万三种投资总额进行详尽测算。为保证测算的准确性，又在上述三种投资总额基础上分别就不同投资回报率以4%、5%、6%、8%、10%、12%和15%进行测算。
根据测算结果招商方选择了2800万作为项目投资总额测算的基数，在不同回报率情况下污泥处置服务费的范围限定为77-126元/吨之间，并将结果上报至市政府，最终确定项目拦标价为110元/吨。
最后的投资报价充分说明我们的拦标价测算是非常准确的，既保证了投资人的合理投资回报，又把政府的污泥处置费用控制在一个合理水平，实现了项目BOT招商结果的双赢。
七、污泥处置费的来源和标准
通常的污泥处置费的来源都是通过加收污水处理费的形式获取。以荆州市为例，目前荆州市城区污水处理厂的处理能力共为18万立方米/日。根据上述的初步估算，干化焚烧的污泥处置费约为300元/吨，土地利用的污泥处置费约为110元/吨。则以每天处理污泥60吨计，干化焚烧每天的处理费用约为18000元，土地利用每天的处理费用约为6600元/吨，那么在荆州市干化焚烧处置费用折算成污水处理费约合0.1元/立方米，土地利用处置费用折算成污水处理费约合0.037元/吨。综合以上分析，土地利用的成本更低。
八、荆州项目存在的潜在风险和对策
1、建立有效的监控制度
我国与污泥处理处置相关的规定有《农用污泥中污染物控制标准》、《城镇污水处理厂污染物排放标准》、《城市污水处理厂污水污泥排放标准》（GJ3025-93）、《城市污水处理及污染防治技术政策》（建成［2000］124号2000-05-29实施）。《农用污泥中污染物控制标准》于1984年实施，距今已有20多年，而且没有修订过，并且其中有机污染物指标明显不足，没有列出病原菌指标，重金属指标也存在重新研究的可能性。另外，污泥的农田施用量和施用期限也需深入探讨。因此，国家要加强相关学科研究，尽快制订更科学的标准。
污泥一般要制成各种有机肥或有机营养土，由此存在监管归口的问题。生产由工业部门管理、施用由农业部门管理、污染由环境部门管理，最终可能出现“三不管”。政府要协调各部门，明确责任主体，使污泥利用得到有效监控。
2、建立长期的监控和有效的应急措施
污泥施用于农田的范围广、周期长。污泥中各种重金属污染物和难降解有机物有累积效应，并且一旦受到污染，就难于消除。目前我国这方面的监测还不能到位，只能开展少量研究性的监测。
因此，需要建立长期的监控和预警措施，加强土壤生态环境的保护。当出现各种污染，如病原体传播、土壤受重金属污染时，要有有效的应急措施控制污染。
3、建立污泥的评价体系和施用技术规范
不同污泥的泥质，其各种成分及含量不同，不同泥质的污泥对植物生长和环境的影响也完全不同。如某些元素在一定含量时，对某种植物有促进生长的作用，而对另一种却是抑制作用。污泥农用要考虑到土地的承受能力、植物的敏感程度、食物链风险等要素。因此，不同泥质的污泥要有选择性的施用在与之相适应的土地和作物上。另外，地形、气候、土壤的参数、地下水位、施用量和施用方法也会对植物和环境产生影响。从我国污泥农用的现状看，大多数施用者对污泥的施用方法存在着盲目性和任意性，不仅没有达到安全有效处置污泥的目的，反而引起局部土地的污染。因此，需要建立污泥的评价体系和施用技术规范。
4、强化风险意识
污泥首先是一种废弃物，其次才是一种可利用的资源。污泥中虽然禽有氮、磷和钾等有利于作物生长的成分，但也含有不利于环境的因素，是一把双刃剑，存在巨大的风险。污泥处理要以“减量化、稳定化、无害化”为目的，在“资源化”的同时加强风险意识，使土地利用可持续发展。
九、荆州污泥无害化处置项目的意义
污泥处置项目采取BOT方式融资现在还比较少，大多数地区的污泥处置项目或者是地方政府投资或者是直接选定一家投资人投资。采取BOT方式进行融资，一方面可以选择更专业的投资人，引入专业化管理，一方面可以将污泥处置费用控制在比较低的水平。对于市政公用事业，采取BOT方式是较好的融资方式，值得推广。
荆州市污泥无害化处置项目在技术选型、融资模式和项目运作方面都有很强的典型性和示范作用。本项目采取的土地利用处理污泥的工艺，符合《国家城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南(试行)》中的技术工艺选型要求，是有效缓解荆州市区污泥压城的一条有效途径。
随着城市污水处理事业的发展，作为污水处理过程的伴生物的污泥也日益增加，污泥的处置问题在城市污水处理中占有的位置将日益突出。城市污水处理厂污泥的处置方法应从社会、经济、环境三方面着手考虑。污泥做为有价值的资源，将其进行无害化、资源化处理，既减少对生态环境的破坏，又具有社会、经济效益，有利于社会的可持续发展。针对这一问题，不同地区的解决方法是不尽相同的，因地制宜应该是污泥处理处置方式选择的基本思路和原则。我国地域辽阔，不同地区的自然环境、人文环境、产业结构和经济发展水平都不同，各地区应从自身特点出发，采取适宜的技术路线。从荆州市的实际情况来看，走资源化利用道路，采取土地利用方式处置污泥是最为现实可行的。对于全国大部分地区特别是中西部地区而言，荆州污泥处置BOT项目各方面经验都具有较强的示范作用，值得进一步学习和借鉴。
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