污泥處理行業的深度行業調研 (作者 丁敏 v2017.2.22)
該污泥行業調研有四個目的:一、了解行業要解決的問題或需求;二、了解行業本身所處的發展階段,來判斷介入的時機;三、分析影響該行業的各種因素和程度,來判斷投資的價值和風險;四、找到最有價值的企業,尋找投資的切入點。
模糊判斷,在2017年看空該行業,理由如下。
一、 污泥產業鏈太短,依賴於上游污水處理廠,行業非常分散,現有企業普遍偏小,難出大牛股,判斷投了就輸在了起跑線。
二、 2016年污泥行業很多好的標的被抄的PE倍數很高,平均15-25倍,風險較大,目前投的時間點並不合適
要點總結:(2017年看空)
- 污泥是污水處理的副產品,是污水處理的補充環節,重要性和緊迫程度較過去有明顯提升。
- 污水處理量與污泥產量嚴重不匹配,水處理倒逼污泥處理提速
- 很多政策實際沒有明確污泥處理費用的付費主體,或未單獨對污泥處理徵收費用
- 政策支持,務實意願強,要求2020年末城市污泥處理率 90%,縣城 70%,建制鎮50%,並明確收費機制
- 2015年污泥處置率不到30% ,大量污泥去向不明,惡性違法事件頻出
- 十三五新增或改造污泥處置規模 6.31 萬噸/日,要求城市污泥處理率達 90%,縣城n70%,建制鎮50%。預計城鎮污水投資約5829 億元,其中污泥5.4%約316億元。2015年污泥產量3807萬噸/年,預計2020年末污泥產量4547萬噸/年
- 污泥處理涉及預處理、污泥濃縮脫水、後端處置三個主要環節
- 穩定化、減量化、無害化優先,其次是資源化可能
- 厭氧發酵、好氧發酵以及焚燒為主體的三種技術路線會是未來的主流,其中干化焚燒最有前途
- 污泥產業鏈太短,依賴於上游污水處理廠,行業非常分散,現有企業普遍偏小,難出大牛股,判斷投了就輸在了起跑線。
- 部分現有成熟靠前的公司,股東結構複雜(如國資委背景),不容易參與股權投資。
- 關注1)有能力同時提供工程建築和運營的污泥處置解決方案商,最有競爭力;2)有經驗的特殊污泥處置企業(如鋼鐵+冶金+化工);3)關注設備小型化;4)關注污泥焚燒的副產品飛灰+廢氣
- n 2016年污泥行業很多好的標的被抄的PE倍數很高,平均15-25倍,風險較大,目前投的時間點並不合適。
第一章 行業概況
一、什麼是污泥
污泥是污水處理的副產物,是在給水和廢水處理中,不同處理過程產生的各類沉澱物、漂浮物。不論是活性污泥及其衍生技術,還是膜處理技術,在污水處理過程中都會產生污泥。
污泥的成分、性質主要取決於處理水的成分、性質和處理工藝。污泥成分複雜,含有病源微生物、寄生蟲卵、有毒有害的重金屬及大量的難降解物質,如處理不當,容易對環境造成二次污染。同時,污泥中也包含很多豐富的營養物質,經過適當處理可以作為肥料,改良土壤,促進植物生長;經過處理產生的沼氣,可以作為能源物質,解決一定的能源問題。
城鎮污水處理廠產生的污泥含水率在75%-99%,污水中接近1/3 的有機質轉化成了污泥;因此,污泥的有機物含量高,容易腐化發臭。另外,由於部分工業廢水也排入城鎮污水處理廠,導致污泥中含有重金屬和其他有毒害難降解的物質,處理難度大幅增加。
二、什麼是污泥處理
從原則上說,污泥處理是指原泥經過減量、物化和無害化的過程。從流程上說,是對污泥進行濃縮、調治、脫水、穩定、干化或焚燒的加工過程。從結果上說,是指經處理後的污泥或污泥產品在環境中或長期利用中達到長期穩定,並對人體健康和生態環境不產生有害影響的最終消納方式。
污泥處理屬於污水處理的一部分,但是中國目前後者較為完善,設置滲透率高,污泥的專業處理還相當落後。
三、污泥分類
按來源分,大致有生活廢水污泥、工業廢水污泥和疏浚污泥三類。
按污泥成分及性質分,可分為有機污泥和無機污泥。
按污泥從水中分離過程分,可分為沉澱污泥(包括初次沉澱污泥、剩餘污泥和化學污泥)及生物處理污泥(污水在二級處理過程中產生的污泥,包括生物濾池、生物轉盤等方法得到的腐殖污泥及活性污泥法得到的消化污泥)。現代污水處理廠污泥大部分是沉澱污泥和生物處理污泥的混合污泥。其中初次沉澱污泥、剩餘污泥和腐殖污泥為處理的主要對象。
按照污泥處理的不同階段來分,可分為生物泥、濃縮污泥、消化污泥、脫水干化污泥、乾燥污泥及污泥焚燒灰。
按市場領域來分,分為工業和市政污泥。工業污泥的脫水、處理設備,與市政設備的框架外觀相仿,但由於工業污泥含有重金屬、或腐蝕類物質,需採用特殊的濾布。市政類的污泥,經脫水後可採用填埋、焚燒方式處理。工業污泥經脫水後,大多數採取填埋處理,焚燒的不多,主要是熱值較低。
四、污泥特性
污泥特徵和表徵指標
- 有害性(決定處理力度)
中國的污泥有機物和重金屬含量高。有機物含量高使得污泥極易滋生細菌,並且發生腐臭;重金屬含量的超標,將影響污泥的土裡利用。不經正規處理處置的污泥隨意堆放,對於環境的二次污染的危害甚至大過污水本身的危害。這種環境的倒逼是出台相關支持政策的依據,中國污泥的二次污染已經到了必須面對、抓緊整頓的時候。
nn備註:有些污泥,毒性太大,其實就是危廢。所以一些污泥應該歸為危廢。- 含水率(決定核心技術)
含水率即污泥中水含量的百分數,相對應的含固率是污泥中固體或干泥含量的百分數。在含水率高、污泥呈流態時,污泥的體積與含固量基本上呈反比關係:V1/V2 = Ps1 / Ps2 =(100- Pw2 )/ (100- Pw1 )。式中:V1、V2 分別是含水率為Pw1(含固率為Ps1)、Pw2(含固率為Ps2)時的濕污泥的體積。由此公式,我們很容易推導,當污泥的含水率自99.5%降低至98.5%時,污泥的體積減縮成原污泥的30%左右,再進一步降低到95%(含固率為5%)時,污泥的體積減縮成原污泥的10%左右。由此可見,含水率的下降對於減量化效果明顯,這也決定了處理手段的核心 - 脫水。
如何降低污泥的含水率?n通常原始污泥含水率在98%以上,經過初級壓濾機脫水後,可降到80%,後續可採用化學藥劑調理、壓濾機深度脫水、或物理干化等方式,將含水率降至50%以下。
- 污泥比(決定市場空間)
污泥比即污水中污泥產生率,一般用萬噸水出多少噸干泥來計算。按照經驗值,自然水體中污泥比在萬一左右,市政污泥的污泥比是萬一-萬、三之間,工業污泥的污泥比大約在萬五。污泥比決定了三個細分行業的市場空間。
其他備註:每噸生活污水的濕污泥產生率為萬分之五~萬分之八,每噸濕污泥需加入藥劑0.3~0.5 千克
要點總結:
- 污泥是污水處理的副產品,是污水處理的補充環節
- 相比國外污泥,中國污泥有機物和重金屬含量高,處理難度更大
- 污泥有害性決定處理力度,含水率決定核心技術,污泥比決定市場空間
第二章 投資邏輯與國家政策
一、重水輕泥、處理率嚴重不匹配,水處理倒逼污泥處理提速(供給 vs 需求端)
我們在環保水處理領域取得了顯著的成效,污水處理的總量和處理率都實現了快速的提升。污泥是污水處理流程中的重要環節之一,工藝路線決定了大部分污染物質被轉移到污泥當中。如果不嚴控污泥處理環節,就是污染轉移或二次污染。2015年,我國平均污泥處置率不到30%(備註:30%是指經過無害化處置的污泥,剩下70%可能已經被處置了,只是還是有害的,或直接偷排。),國內超70%的污泥沒有安全處置就流入環境,污泥問題已經成為制約污水行業發展的瓶頸,該問題被長期擱置,發展相當滯後。
圖:2015 底,全國城鎮污水處理廠6000-7000 座,污水處理能力2.17 億立方米/日。設市城市和縣城污水處理率分別達92%和85% 。
二、行業政策
- 政策務實意願強烈
環保行業其核心推動力就是政府意志,倒逼污水處理廠加強污泥治理,是行業啟動的最重要標誌。污泥行業目前還沒有單獨的規劃,比較重要兩個規劃是《「十二五」全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》、《國務院關於印發節能減排「十二五」規劃的通知》和《「十三五」全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃(徵求意見稿)》。《通知》將污泥處置率規劃由80%下降至了70%。這個不僅不是政策支持力度的倒推,規劃更加務實,反而是國家強烈治理污泥詬病的意志反應。n
- 現有補貼不足,「水十條」或帶來轉機
在污水處理費用中徵收污泥處理費用是大勢所趨,但從當前情況來看,處置費用的征需存在較大阻力。我國現行收取的污水處理費用較低,尚無法保證污水廠的正常運行,而推行在污水處理費中加入污泥處理、處置費,又將在一定程度上加重被徵收者的經濟負擔。因此,在未來較長一段時間內,補貼將是污泥處理處置資金的主要來源。
目前國內已經有部分城市對污泥處理處置給予補貼,由於處理方案不同等因素造成標準不一,污泥處理產業很難自己盈利,運轉嚴重依靠政府補貼。同時,補貼覆蓋範圍明顯不足。
「水十條」或許會將為污泥處理處置補貼政策的明確帶來契機。《水污染防治行動計劃》預計總投資可能超過2 萬億。除了為水處理改造、運營帶來巨大市場以外,「水十條」或將在污泥處理處置方面給予更多的傾斜。技術層面上,極有可能改變過去以填埋為主的處置路線;經濟層面上,或將要求針對污泥處理處置的補貼在全國範圍推廣,同時明確補貼標準。
- 付費機制阻礙治理效果
雖然有眾多條文規定污水處理費應包含污泥處理成本,但目前將污泥處理費納入污水費用的地方僅為北京市、江蘇省太湖地區、常州市、廣州市,且佔比較低。
要點總結:
- 2015年污泥處置率不到30%,其餘未真正無害化處理或去向不明
- 污水處理量與污泥產量嚴重不匹配,水處理倒逼污泥處理提速
- 政策支持,務實意願強,要求城市污泥處理率 90%,縣城 70%,建制鎮50%,並明確收費機制
- 付費機制阻礙治理效果,一般水價都不包含污泥處理費用
第三章 技術線路介紹
一、基本線路
總體上看,污泥處理處置方案需要經過預處理、污泥濃縮脫水、後端處置三個主要環節。其中,污泥預處理和脫水是可以說是各類後端處置方案都必須經過的處理過程,而後端處置方案則需要根據多方面因素進行綜合考量。
1、污泥預處理
污泥預處理工藝主要有收集、調理、濃縮、脫水及相關輔助設施管理。污泥處理技術主要有消化、發酵。
2、污泥濃縮脫水
污泥處理的核心即減量化,根據我們對污泥含水率的認識可得到一個結論,減量化的核心即脫水。
污泥脫水是整個污泥處理工藝的重要環節,其目的是降低污泥含水率、減少污泥體積,為污泥的最終處置創造條件。為使污泥液相和固相分離,必須克服它們之間的結合力,有目的採用不同的外界措施可以取得不同的脫水效果。污泥脫水與干化包括自然脫水、機械脫水和熱處理干化,目前我國污泥機械濃縮常用的技術包括帶式污泥濃縮脫水、板框壓濾脫水、離心脫水等。常用的脫水方法還有干化脫水技術,超聲波脫水技術,絮凝脫水技術等。
目前常見的機械脫水方法脫水率大約在60-80%之間。而隨著60%可與生活垃圾填埋的指標出台,深度脫水需求也愈發強烈,而最為常見的深度脫水方式是使用隔膜壓濾機。
3、後端處置
污泥經過預處理和脫水後,要進行後端處置,常見污泥的處置方法包括衛生填埋、污泥好養堆、土地利用、污泥焚燒及用於建築物材料等。(實際技術路線很多,這裡僅列舉)
二、主要後端處置方案(常規方案)
國內外現有的後端處置手段主要包括衛生填埋、焚燒、土地利用、建築利用等。
- 衛生填埋(沒前途)
衛生填埋方法簡單、易行、成本低,污泥又不需要高度脫水,適應性強,是最便利的污泥處置方案。
但填埋也存在很多問題,面臨的阻力愈發增大。一、會形成填埋滲濾液。滲濾液是一種被嚴重污染的液體,如果填埋場選址或運行不當會污染地下水環境。二、有機物含量高的污泥會形成甲烷氣體,散發惡臭,若不採取適當措施會引起爆炸和燃燒,影響垃圾填埋場的穩定性,延長封場的時間。三、脫水後的污泥較為黏稠,無法堆積,會影響垃圾填埋場的機械作業,導致縮短垃圾填埋場的使用壽命。四、污泥很容易堵塞垃圾填埋場的滲瀝管道,影響其排水系統的正常運行。
近年來多個城市的垃圾填埋場面臨提前滿填封場,因此填埋場拒絕接收污泥的案例屢見不鮮。而這些污泥往往被不當棄置,帶來巨大的二次污染風險。綜合各方面因素考慮,填埋的處置方式將逐漸被摒棄。
- 焚燒(是趨勢 + 貴)
焚燒是使污泥中的可燃成分在高溫下充分燃燒,最終成為穩定的灰渣。焚燒法具有減容、減重率高,處理速度快,無害化較徹底,餘熱可用於發電或供熱等優點。濕污泥干化後再直接焚燒應用得較為普遍,沒有經過干化的污泥直接進行焚燒不僅十分困難,而且在能耗上也是極不經濟的。以焚燒為核心的污泥處理方法是最徹底的污泥處理方法,它能使有機物全部碳化,殺死病原體,可最大限度地減少污泥體積;但是其缺點在於處理設施投資大,處理費用高。
近年來,焚燒法採用了合適的預處理工藝和先進的焚燒方法,滿足了越來越嚴格的環境要求。污泥熱干化及焚燒技術在歐美國家得到了成功應用,使得污泥干化和焚燒技術在國外發達國家廣泛推廣開來,目前已經成為最主要的處置方式。在國內,雖然污泥處理處置普遍程度低,焚燒處置案例也相對較少,但最近幾年明顯迎來了較快發展。
備註:焚燒除了在能耗或運行成本上,每家會有點不同,其他都差不多。
- 土地利用(沒前途)
污泥直接土地利用因投資少、能耗低、運行費用低、有機部分可轉化成土壤改良劑成分等優點,被認為是最有發展潛力的一種處置方式。土地利用將經處理後的污泥或污泥產品用於土地作為肥料或土壤改良材料。土地利用在發達國家取得了良好的效果,主要是與農業實現了緊密聯繫。
污泥用於嚴重擾動的土地(如礦場土地、森林採伐場、垃圾填埋場、地表嚴重破壞區等需要復墾的土地)的修復與重建,減少了污泥對人類生活的潛在威脅,既處置了污泥又恢復了生態環境。
但在國內,污泥土地利用的道路異常艱難,由於以前工業污水和生活污水長期混同處理,出於對污泥中重金屬風險的考慮,污泥製成的「有機肥」被農業部禁止進入農田,只能用作綠化土、填埋土、路基土等。
- 建築利用(沒前途)
建材利用是指通過將污泥固化,製作特殊用途的材料,包括煅燒陶粒或磚、水泥基交通降噪材料、垃圾填埋場覆土材料、吸附材料和建築材料等。建材化曾經以低成本方式在國內出現,但由於在實際應用中發生普遍的品質低劣和二次污染現象,也已不被行業所普遍認可。從發達國家的成功案例可以發現,建材化如果想做到足夠的安全,成本並不具備優勢。利用污泥和陶土燒制陶粒和環保磚。目前有部分省市,例如廣州需要申請相關牌照才可進行陶粒和環保磚的生產。
土地利用、建材利用等可能在部分地區的個別項目上取得良好的效果,但大範圍推廣阻力較大。
三、後端處置方案的考量因素
對於中國的污泥處理處置技術路線選擇,至少有以下幾個重要的因素需要考量。
- 穩定化、減量化、無害化優先,重視資源化可能。難題是如何在低成本前提下完成,將濕污泥脫水至含水率60%
甚至50%以下,並保證處理後污泥的安全穩定。
- 成本管理能力都將成為重大制約因素。
- 運輸條件、項目用地等限制。在污泥處理環節的技術路線選擇中,污水處理廠規模、設施佔地會直接限制配套
污泥設施的技術路線選擇,而從一個城市統籌考慮,污水處理廠的分布情況、運輸條件等方面都成為選擇污泥處置路線必須要考慮在內的因素。
在2010年,從中美處置方法看,美國55%的污泥是用作土地利用,而中國目前還是以填埋為主。但是隨著技術手段的進步,以及填埋場地的稀缺,未來綜合利用一定也將是我國污泥處置的方向。2010年數據如下,數據太老,僅做參考。
2016年數據,污泥的處理工藝主要有:干化焚燒(39%)、填埋或資源化(24%)、厭氧消化(21%)、好氧堆肥(14%)、其他(2%)。n說明在過去5年,干化焚燒從不足3%猛增到39%。
四、「干化+焚燒」或理想方案
從總體上衡量,「干化+焚燒」是現階段國內污泥處理的理想方案,其重要環節主要是在於污泥脫水和與焚燒設施的選擇。相應地,建議關注脫水設備與項目總包運營。隨著國內外對污泥焚燒技術的研究,各種新型的污泥焚燒工藝與設備在實際工程中也得到應用,如污泥流化床焚燒工藝、與生活垃圾混合焚燒、利用現有工業用爐焚燒污泥、火電廠混合焚燒發電工藝、噴霧乾燥+迴轉式焚燒爐等。國內熱電廠、水泥窯、磚窯數量眾多,為污泥焚燒提供了多種途徑,可根據實際需要進行選擇。
國內至少在以下幾個方面具備大力發展污泥焚燒處置的先決條件:一、國內固廢處理能力面臨較大缺口,對污泥的減量化提出更高要求;二、國內熱電廠、水泥窯、磚窯數量眾多,污泥經過預處理和初步的脫水濃縮後可運送至上述各類設施進行焚燒,只需要進行一定的工藝和設備改造,無需重建焚燒設施,減少了投資規模和資金壓力;三、近年來國內垃圾焚燒行業快速發展,在二噁英、飛灰控制等方面積累了大量經驗可供污泥焚燒借鑒,處理效果在重要指標上基本達到歐盟標準,二次污染風險大幅降低;四、現有和預期的補貼政策可顯著改善項目盈利能力。
結合國內污泥處理處置行業面臨的各類條件可以判斷:填埋的處置方式將逐漸被摒棄;土地利用、建材利用等可能在部分地區的個別項目上取得良好的效果,但大範圍推廣阻力較大;從總體上衡量,「干化+焚燒」是現階段國內污泥處理處置的理想方案。
五、其他技術線路介紹
污泥處理處理行業已形成了幾條較為清晰的技術路線,包括「厭氧消化+土地利用」、「干化+焚燒+灰渣填埋或建材利用」、「工業窯爐協同焚燒」以及「脫水填埋?等多套處理處理技術工藝。
- 厭氧消化+土地利用——正逐步克服水土不服(由於成分複雜,局限性很大)
厭氧消化是目前國際上應用最為廣泛的污泥穩定化和資源化方法,其穩定化效果好,能耗低,消化過程中產生沼氣可實現能源回收利用,不需要大量物料及土地資源消耗。歐美50%以上的污泥採用厭氧消化處理,產生的沼氣轉化為電能可滿足污水廠所需電力的33%~100%。
但污泥厭氧消化在我國存在明顯水土不服。在我國建設的約50 座污泥厭氧消化設施中,可以穩定運營的只有20 余座。主要原因是由我國污泥泥質差、處理廠運行管理水平低。我國污泥含砂量較高、有機物含量較低、污泥可生化性差,消化設備運行的穩定性和產沼氣率等指標普遍未達到國外標準。此外,我國缺乏沼氣利用的激勵機制,設備的投資費用高,系統運行較為複雜不易掌握。
不過,在不斷研發和改進下,該技術已逐漸完善,採用鹼解處理、熱處理、超聲波處理、微波處理等方法對污泥進行預處理,從而提高污泥水解速率, 改善污泥厭氧消化性能。並通過項目經驗的積累,企業也逐步掌握了較為全面的操作技能。因此,污泥厭氧消化技術在我國應用的瓶頸正不斷被突破,未來將會得到進一步發展,我們認為這會是未來的一個主流方向。
備註:厭氧消化可以消滅有機物有害菌,有一定減量作用。可能會有部分沼氣被利用,但價值很小。土地本身實際肯定會有危害,頂多用在市政園林。
- 好氧發酵+土地利用——走出認識誤區
污泥好氧發酵技術具有穩定和滅菌的雙重作用,污泥經發酵後轉化為腐殖質,可限制性農用、園林綠化或改良土壤,從而實現污泥中有機質及營養元素的高效利用,設備投資少、運行管理方便。
但長期以來人們對污泥好氧發酵技術存在佔地面積大、發酵產品存在重金屬污染等片面的認識,限制了其在我國的推廣。然而,污泥好氧發酵工程可採用高效、快速、穩定、集約化的設計、運營模式,可實現佔地面積的大幅縮小;此外,研究表明我國城市生活污泥的重金屬超標比例約5%,污染風險較小,不應該成為限制污泥發酵產品土地利用的主要障礙。因此,在《城鎮污水處理廠污泥處理處理技術指南(試行)》中,?「好氧發酵+土地利用」也被列為推薦技術路線。該技術在相對欠發達地區,應用前景較大。
備註:厭氧消化可以消滅有機物有害菌,有一定減量作用,本身不產生沼氣。土地本身實際肯定會有危害,可以堆肥,頂多用在市政園林。
- 干化+焚燒+灰渣填埋或建材利用——迎來階段性增長
干化焚燒可實現污泥較高程度的減量化、穩定化,當污泥中有毒有害物質含量很高且短期不可降低時尤為適用。日本受制於有限的土地資源,廣泛採用污泥焚燒技術。
干化焚燒技術首先使用污泥乾燥劑將污泥含水率從80%脫水到40%左右,成為干泥。干質污泥的熱值可達2500-3500kcal/kg,具有能量利用價值,與一定量的輔助燃料進行混燒,實現能源回收。不過干化焚燒工藝的設備投資較大,焚燒產生的煙氣污染嚴重,還需建立完善的煙氣處理系統,這也加大了污泥的處理費用。因此干化焚燒工藝一般適用於用地緊張且經濟發達的地區。
隨著對碳減排和污泥生物質資源認識的不斷加深,干化焚燒工藝在國外的應用範圍開始減少。然而現階段,在我國污泥厭氧消化和好氧發酵技術還未成熟的情況下,污泥干化焚燒在一定時期內可能會出現增長的態勢,尤其是工業窯爐協同焚燒的方式。
備註:實際建材利用非常有限,頂多水泥協同窯,局限性很大。
- 深度脫水+填埋?——目前的主流,但沒有未來
在我國應用最為廣泛的深度脫水是用氧化鈣等無機藥劑調理為核心,這種技術雖然可實現污泥的體積減量,但也伴隨著污泥干質的大幅增加,且影響污泥品質,不利於後續處理。因此,部分企業開始對深度調理新方式進行探索,如電滲析脫水、低溫真空脫水等。
雖然?深度脫水+填埋?是我國目前污泥處理的重要方式,但隨著對其弊端的深入了解,選用的態度越來越謹慎。我國長江三角洲地區的部分垃圾填埋場已經拒收污水處理廠的剩餘污泥;美國、歐盟等地區的污泥填埋比例也大幅度下降,歐盟對進入填埋場的污泥力學性能做了規定,並要求有機質比例小於5%。鑒於此,未來深度脫水+填埋的應用範圍將進一步縮水,可能主要作為應急處理方式。
總的來說,我國目前污泥處理技術路線已基本形成,從建造投入、運營效果、資源再利用的角度來看,以厭氧發酵、好氧發酵以及焚燒為主體的三種技術路線會是未來的主流。技術路線的逐漸成熟,對行業的推動作用明顯。
短期來看,深度脫水+填埋依然是很多城市的首選,但會逐漸減少,被取代;焚燒方法在本階段優勢明顯,但煙氣治理趨嚴以及其帶來的運行費用較高的問題是主要障礙,不過該技術依然會是短期內發展最快的技術手段;長期來看,厭氧消化會是主流,具有運行費用低,資源回收率高等優點。好氧發酵的優勢在於其成本低,會得到經濟欠發達地區的青睞。
其他版本和圖示,僅供綜合比較和參考
六、總結
借鑒國際經驗,未來污泥處理處置的技術發展主要有四條路徑:1)沼氣能源回收和土地利用為主的厭氧消化技術路線;2)土地利用為主的好氧發酵技術路線;3)污泥干化-焚燒技術路線;4)建材利用為主的污泥高幹脫水處理技術路線。
要點總結:
- 污泥處理涉及預處理、污泥濃縮脫水、後端處置三個主要環節
- 穩定化、減量化、無害化優先,其次是資源化可能
- 因地制宜,干化&焚燒或是理想方案,
- 厭氧發酵、好氧發酵以及焚燒為主體的三種技術路線會是未來的主流(其中,干化焚燒最有前途)
- 並關注脫水設備與項目總包運營公司
第四章 產業鏈和價值鏈分布
一、盈利模式(BOT 為主+廠內脫水,或EPC)
從盈利模式上看,和污水處理類似,污泥處理處置一般是分為BOT 和BOO 兩類模式。從處置過程來看,原先較為常見的是將污水廠80%含水率污泥直接運至處置工廠,進行下一步處置;目前越來越多的企業選擇在廠內將80%的含水率污泥進一步脫水至50-55%,再外運進行下一步處置。後者的好處明顯,即節約了運輸費用,對於污水企業來講節約了成本,對污泥處置企業講提高了毛利率。
備註:污水廠與政府簽訂的的水價,有些會包含污泥處理費,有些不會包含。
二、產業鏈
污泥處理的產業鏈非常短,污泥來自污水處理,經一定脫水後,交由其他第三方企業進行處理,僅此而已。曾有文章寫到「污泥處理處置必須構建一條從處理到處置的完整產業鏈」,這句話側面說明污泥目前還沒有完整的產業鏈,或根本不可行。其中,能同時提供工程建築和運營的污泥處置解決方案商最有競爭力,是我們應該看的企業。
產業鏈主要涉及:
圖:污泥處理產業鏈
三、價值鏈
數據未知,再調研,多半在工程&運營環節。
要點總結:
- 污泥產業鏈太短,依賴於上游污水處理廠,行業非常分散,不容易出大牛股
- 關注有能力同時提供工程建築和運營的污泥處置解決方案商,最有競爭力。
第五章 行業發展歷程
一、西方的方法和階段
西方國家的大規模現代化污泥處理是從六十年代末開始的,根據時間劃分可以分為三個階段。
二、各國標準
三、相關政策缺失,資金承壓
污泥處理本應是與污水處理緊密連接的重要環節,但由於國內環保投入偏頗,使得污泥處理為污水處理廠帶來了「額外」的成本。同我國徵收的污水處理費用相比,目前徵收的污水處理費用無法解決污泥的處理、處置費用問題。
《中華人民共和國水污染防治法》規定,城市污水集中處理設施按照國家規定向排污者提供污水處理的有償服務,收取污水處理費。污水處理費成本主要包括污水處理廠的生產成本、管網維護成本、泵站提升成本、管理費用及折舊,而污水處理廠污水處理費應是其運行實際消耗的生產要素成本總和,但沒有明確污泥處理處置費用。按實際情況,污泥是污水處理的副產物,污水處理應該包括污泥的處理處置。
污泥處理處置費用的保障措施目的在於確保污泥處理處置能夠長期、穩定地正常運行,緩解我國污泥處理處置給社會造成的環境壓力。目前,我國污水處理費徵收已經比較普遍,但並未單獨對污泥處理徵收費用。同時,污水處理的收費水平低於發達國家。全國主要城市的居民用水和工業用水價格中,污水處理費佔總水價的比重平均在30%左右,而在發達國家這一比重約為50%。對於污水處理廠來說,污水處理的收費甚至不能保證污水處理設施的正常運行,可用於污泥處理的投入就更加捉襟見肘。
四、違法事件
由於我國城鎮污水處理廠污泥處理處置能力不足、手段落後,大量污泥沒有得到規範化的處理處置,直接給水體、土壤和大氣帶來「二次污染」,不僅降低了污水處理設施的有效處理能力,而且對生態環境構成嚴重威脅,同時也造成資源的極大浪費,近年來不斷有違法傾倒污泥導致環境污染的事件被報出。近年來污泥亂排污染事件盤點。
從上述案例中不難發現,多數案例具有一個共同點:排污企業將污泥處理外包給第三方,而承包者基本上不具備污泥處理能力,為了獲取收益,鋌而走險採取偷排方法,最終造成嚴重的環境危害。
國內大部分地區沒有足夠滿足相關標準的填埋場進行衛生填埋,也沒有干化焚燒等污泥處理處置工業和專業處理機構,巨量污泥去向不明。
要點總結:
- 政策沒有明確污泥處理費用的付費主體,或未單獨對污泥處理徵收費用
- 污水處理費佔總水價比重太低約30%(發達國家是50%),用於處理污泥費用更緊張
- 大量污泥去向不明,惡性違法事件頻出
第六章 市場和未來趨勢分析
一、政策和數據趨勢解讀
- 回顧十二五規劃要求(2010-2015)
基於《十二五規劃》,預計到2015 年,全國污泥產量將超過3500 萬噸,並保持約8%左右的年化增速。期間新增污泥處理和處置設施518 萬噸(干泥)/年,摺合投資347 億元,實際至少達500n億元。清大環境學院預測,2015 年全國全年城鎮污水處理廠污泥產量達3359 萬噸,即日產9.2 萬噸。
《十二五規劃》要求省會城市和計劃單列市污泥處置率80%,其他城市70%,縣城30%。2010年實際城鎮污泥處理率不到20%。
在國外,污水處理廠污泥處理設施的投資一般占污水處理設施投資的40%-50%,而我國是20%-45%。《十二五規劃》顯示十二五新增污水處理投資約4300 億元,其中污泥投資347 億元,佔比8%,與國際相差甚遠。
《十二五規劃》提出的污水處理的多數目標可以順利完成,但污泥處理和處置設施建設進度不達預期,極有可能成為十二五水處理規劃中唯一無法完成預定目標的環節。
- 當前十三五規劃要求(2016-2020)
《十三五規劃》要求到2020 年,城市污水處理率達到 95%,縣城達到 90%,建制鎮達到 70%;城市污泥無害化處理率達到 90%,縣城達到 70%,建制鎮達到50%,較「十二五」目標分別提升20%、40%、20%。2015年底,實際城鎮污泥處理率不到30%。
《十三五規劃》要求期間,新增污水處理設施能力 4890 萬立方米/日,新增或改造污泥處置規模 6.31 萬噸/日,其中設市城市4.57萬噸/日,縣城0.89萬噸/日,建制鎮0.84萬噸/日。預計「十三五」城鎮污水處理設施建設共投資約 5829 億元,其中污泥5.4%約316億元。
《十三五規劃》首提水費支付需覆蓋污泥處置成本,重水輕泥的現象將在「十三五」期間得到改善。污泥處置的滯後,歸根結底是支付方模糊導致。意見稿中首次提出了收費標準「補償污水處理和污泥無害化處置的成本和合理盈利」,解決污泥處理費痛點,將有效的推進污泥處理處置的實質性發展。
- 十二五與十三五的比較
城鎮污水處理市場近乎飽和,總投資或低於「十二五」。
(1)十二五期間我國污水處理設施由2010年1.25 億立方米/日增至2015年的2.17 億立方米/日;
(2)目標處理率從十二五城市污水處理率85%、縣城污水處理率70%,升級到十三五設市城市和縣城污水處理率分別達到92%和85%)。
(3)十二五規劃投資1040 億元,實際投資近3000n億元,遠超規劃預期,直接導致「十二五」末期城鎮污水處理市場幾乎飽和。「十三五」期間城鎮污水處理市場投資主要以提標改造與管網建設為主,總投資或將低於「十二五」。
- 重要數據匯總
- 2015年基礎數據
2015 年新建污泥無害化處理能力520 萬噸/年,同比增長41%。全國濕污泥平均無害化處理率32%,北京(67%)、青海(63%)、江蘇(55%)位列前三,西藏(0%)、甘肅(0%)、新疆(0%)位列後三。
E20數據
- 處理價格
目前污泥處理處置市場呈現出多種技術路線並存態勢,技術路線不同其運營成本相差較大。其中
1. n污泥厭氧消化+沼氣利用+土地利用整體技術路線的運行成本在80-120元/噸;
2. n污泥好氧發酵+土地利用整體技術路線的運行成本在100-120元/噸;
3. n脫水、干化後建材利用的運行成本為250-500元/噸;
4. n污泥干化焚燒的運行成本為200-300元/噸。
按上述數據,噸濕污泥的純運營成本應在80-500元之間,按行業均值290元計算,各年的污泥運營成本如下表:
E20 測算較為合理的污泥焚燒BOT 價格為500元/噸,這個價格才健康。最新行業標杆價為769.3 元/噸(興蓉環境)。
二、技術和資源化利用趨勢(太遙遠,經濟可行性存疑)
- 設備小型化
某行業專家提出,污泥處置設備的設備小型化很重要。
- 碳回收
主要為甲烷路線,1 噸污泥(80%含水率)產生280-290n立方米沼氣。目標為由「去除有機污染」轉化為「保護有機碳源」,工藝上強化一級分離:固液分離和碳氮分離,產出高碳低氮污泥,消化做甲烷、酸化做碳源。未來的難點是通過厭氧氨氧化處理低碳高氮水。同時注意污水處理環節前後端碳源的平衡。
- 氮循環
主要為蛋白路線,通過對傳統活性污泥法改變,由「微生物的分解」轉變為「微生物的合成」,氨氮轉化為有機氮,微生物產物為優質蛋白,可應用於發泡混凝土、泡沫滅火器等。
- 磷回收
由於磷不可再生,其回收和循環最先受到重視。現在的工藝是加料後沉澱,始終殘留自系統中,會對管道形成阻塞、腐蝕等。芝加哥的一個項目做到了85%的磷回收,出售磷酸銨4000 元/噸。目前德國、瑞士、荷蘭已經出台了相關的污水處理規範和標準回收磷,國內已經開始受到關注。
三、產業整合趨勢
競爭加劇+布局上游產業鏈
目前,中國專業污泥處理處置企業小而多,市場參與者眾多。從下圖可知,我國最大企業-無錫國聯的處理能力僅佔總處理能力1%左右。並且我們可以發現一般情況下污泥處理處置企業都依託一個水務集團。而這正是未來污泥企業的發展趨勢n- 向上游污水治理布局。
污泥行業由於仍然缺乏行業規範以及收費制度,大部分污水治理企業並沒有向下游污泥處置延伸的主動性,大部分水廠BOT 合同中並不包含污泥處理處置,這塊市場都交由專業處理污泥企業進行處置。但這並不代表污水治理企業沒有污泥處理的能力,可以預計,一旦行業形成規範、收費制度建立,污水企業向下游延伸將不存在太大壁壘。但是反過來現在的污泥企業如果不儘快向上游延伸,掌握污泥源頭供給,那麼其市場佔有率將很難擴張甚至維持。
nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn2015年券商數據
要點總結:
- 十二五期間,2015 年全國污泥產量3359 萬噸,即日產9.2 萬噸。污泥實際處理率30%。 2010-2015年新增518 萬噸/年,摺合投資347 億元。要求省會城市和計劃單列市污泥處置率80%,其他城市70%,縣城30%(實際很可能不達標)。
- 十三五新增或改造污泥處置規模 6.31 萬噸/日,要求城市污泥處理率達 90%,縣城n70%,建制鎮50%。預計城鎮污水投資約5829 億元,其中污泥5.4%約316億元。預計2020年末污泥產量3989萬噸/年,即10.93萬噸/日
- 我國污水污泥的產業現狀表現為重水輕泥、欠債嚴重,污泥處理率地域性差異大。
- 《十三五規劃》還要求進一步完善城鎮污水處理收費政策,收費標準要補償污水處理和污泥無害化處置的成本併合理盈利」
第七章 行業的競爭格局
投資運營是一個企業資本實力的體現,E20研究院針對當前市政污泥領n雜資運營類項目進行統計分析,各企業污泥無害化處理處置規模如下圖所示,創業環保、無錫國聯、浙江環興分別以1220噸/日、910噸/日和900噸/ 日位居前三位。江蘇綠威、旺能環保、龍江環保、北控水務、錦江環境、中n環保水務和中法水務的污泥無害化處理處置規模也已超過500噸/日。
在建項目一定程度上可以反映出污泥處理處置市場未來競爭格局的變化趨勢,通過對市場化項目進行不完全統計分析,江蘇綠威和中法水務的污泥n投資運營類在建項目均達到500噸/日,位居榜首。啟迪桑德、無錫國聯、北控水務的在建項目亦較高,進入前五名的行列。值得一提的是這五家企業處理工藝均有所不同:江蘇綠威的在建項目處理工藝為污泥焚燒發電,中法水務為污泥干化項目,啟迪桑德主要為電滲透污泥干化,北控水務為高壓板框工藝,無錫國聯為深度脫水焚燒。這也體現了對於污泥企業而言,企業特有的技術將是其強有力的競爭力。
長期服務協議(BOT、BOO、委託運營等簽訂長期服務協議的商業模式)是企業營運能力的展示。已運營的具有長期服務協議的項目如下圖所示。其中,無錫國聯以1400噸/日的規模位於榜單首位,其次為創業環保和江蘇綠威。
第八章 重點公司
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