城市粪便资源化生态循环工程项目可行性分析报告42505.doc
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1、城市粪便资源化生态循环工程项目可行性分析报告本刊根据相关部门、行业、机构要求,征求知识产权所有人茅金声先生的同意,现将北京茅金声振科技有限公司“生态城市建设”项目专家组于2006年4月至6月在江苏无锡编写,同年7月至8月在江苏盐城初步定稿的【城市粪便资源化生态循环工程项目可行性分析报告基地式粪便有机(生物)颗粒肥制造厂建厂综合评估分析(专家研讨版)】全文在本导刊正式首次公开发表,并将在本刊中不断公开发表其它相关节能、减排、降耗方面的相关论文与技术交流。 茅金声先生介绍,此分析报告初步定稿后江苏南通、盐城、泰州三地区的三家开发商要求向他们提供此分析报告,他提供了全文复印件及相关证书复印件,并进行
2、了有关技术交流。由于此分析报告中的第九节“项目投资估算、经费预算,效益评估及资金筹措”商业化实施运作的模式等方面意见不能一致,故茅金声先生至今尚未正式与此三家签订合作协议或签发许可实施授权书。他这次同意公开发表此分析报告,主要原因是:1、在全国范围内选择最佳的全方位的合作者,实现共同目标;2、希望能和各界愿为环保、节能、减排、降耗事业作贡献的专家、学者、企业家相互学习交流,共同为社会作贡献。 全国城市粪便资源化生态循环工程项目可行性分析报告 基地式粪便有机(生物)颗粒肥制造厂 建厂综合评估分析 总编:茅金声主编:茅建生综合编辑:茅名鸣 1、项目名称:基地式粪便有机颗粒肥制造厂 2、项目研发(设
3、立课题)开始日:2002年于北京 3、研发与设计单位:北京茅金声振科技有限公司 4、建设(样板工程)单位: 5、建设地点: 6、编写单位:北京茅金声振科技有限公司 7、编写人员:北京茅金声振科技有限公司、“生态城市建设”项目专家组 一、立项背景(迫切性和必要性) 城市的粪便究竟该如何处理?怎样才能做到既保护环境,又节约资源,保证人与自然和谐共存?这个问题已成为我国乃至全世界急盼解决、毋容回避之难题。 建立城市基地式“有机质(冰冻粪便)颗粒肥料制造厂”(以下简称“冰肥造粒厂”),是一个对城市粪便进行无害化处理的变废为宝(经济价值与生态价值彼此促进合而为一)的开创性工程项目。 1、关于立项的迫切性
4、。目前,我国城市粪便资源无害化综合治理水平不高,环境污染随着城市建设的裂变及人口的剧增而日益凸显。以较发达的沿海城市南京、无锡、上海为例,城市粪便基本上都是“管网式处理法”,即:通过小区及公厕管道直接流入化粪池,汇入市政管网,再由污水处理厂将固体沉淀,污水处理达标后排放,而粪便沉淀物送至垃圾场填埋。 管网式粪便处理法似乎优越于传统的自然座落式的点源处理(一坑一处理)模式。但这种雨水与污水同一下水道的做法,下雨时粪便则可能直排河道造成大面积污染;而粪便沉淀物填埋不仅对地表水、地下水形成二次污染,还白白浪费了粪便这一宝贵的有机质肥源。显而易见,这种处理方式未能达到无害化处理,非但造成蚊蝇孳生,还消
5、耗浪费大量人力、财力及土地。更为严重的是埋掉(焚烧)粪便垃圾,事实上破坏了维系农业生态系统营养循环结构,导致土壤有机质含量不断悄然流失,土地生长潜力持续下降,农民不得不依赖施用大量化肥来补充土壤营养。这样,既加大了生产成本,又由于大量施用化肥,造成土壤面源污染,进而再危及食品和环境安全,危害人类健康。如此轮回,恶性循环。再从资源的优化利用角度看,据权威部门统计分析,每个成年人平均每年粪尿排泄量为790公斤,折合氮素(N)4.4公斤、磷素(P205)1.36公斤、钾素(K20)1.67公斤。如若以人粪、人尿收集利用率分别为60%和30%计算,我国城市以3亿人口(折合为成年人)估算,那么每年则可积
6、攒人粪尿530多亿公斤,可为农业提供氮素30多万吨、磷素9万多吨、钾素10多万吨(配制高科技含量的生物、复混肥料尚未计算)。这些宝贵的生态农业资源作为农业大国的中国弃之不用委实可惜。 与时同时,我国城市仍有数以万计的“街道水冲公厕”和不计其数的“民宅抽水马桶”在昼夜不停地冲水、漏水。作为一个人口众多而又严重缺水的国家,它不仅浪费了我们赖以生存的宝贵的生活用水,而且“污水再去污水”,不断扩大恶化,危害自己,祸及子孙!“人类最后的一滴水可能就是自己的眼泪”绝非危言耸听,“节约用水”、“保护生命之源”迫在眉睫!(注:如何解决厕所、马桶免水冲及粪便不进入下水道,另见附件)。 本着针对以上危害环境、浪费
7、资源现状解决问题,着眼将城市粪便进行无害化治理和资源化生态化综合利用,以粪便垃圾单个分类项目作治理源头,造就一个符合中国国情的“垃圾再利用、资源低消耗、经济高产出、发展可持续的城市粪便处理无害、造利、生态”的新模式,已刻不容缓而又前程灿烂。 2、关于立项的必要性。当今,必须解决城市粪便无害化处理能力与城市粪便排放增长速度相匹配的问题。这其实是一个在立项上应具有划区保障、综合处理、分层应用、环境友好诸因素彼此促进为发展特色的新思考。据国家权威部门年度统计分析,截至2005年底,全国城市垃圾无害化处理率仅为52.12%,更谈不上在粪便无害化处理过程让粪便资源价值再造就,实现持续发展的模式了。由此可
8、见,本项目立项的必要性一是在于完成国家建设部提出的“到2010年新增粪便无害化日处理2.1万吨”的目标,二 是在于更加贴切“国家建设部城乡环境卫生建设体系精神”所要求的倡导并创造一个新的适合中国国情的城市粪便处理新模式在城市建立基地式粪便有机颗粒肥制造厂。 3、关于粪便资源的经济价值再造的延伸考虑。用粪便制造有机(生物)肥是使粪便返还自然的生态系统,也是使人类社会生态系统平衡并健康发展的重要环节。粪便,作为农植物营养循环最原始、最生态的物质载体,将它制成有机肥归田,既肥沃了农田又改良了土壤,既维护了生态循环结构的完整性,又推动了整个社会的可持续发展。另外,从生物工程的角度看,建立粪便有机复合颗
9、粒肥制造厂还可一箭双雕、一举多得。分析肥料品种、规格及发展的进程,用粪便制造“肥药合一”的生物工程产品,则是城市粪便无害化、资源化、生态化处理的深化、拓展与创新,其不可估量的经济价值和社会价值乃是城市粪便处理的最理想的模式。 综上所述:建立城市基地式“冰肥造粒厂”,对粪便的综合处理一方面遵循并实行了真正意义上的“万物归一”的自然规则,另一方面达到了无害化、资源化、生态化的治理效果,对解决我国当今和以后的城市粪便(垃圾)处理问题有着广泛而深远的现实意义、历史意义,并具有长久的循环经济利益。这是一项城市系统建设的新举措,更是一项城市污染生态治理的可持续发展项目。 二、国内外研究现状及发展趋势 在国
10、外,粪便(有机垃圾)处理主要是填埋、焚烧、堆肥及综合利用。大致有以下趋势:工业发达国家由于能源、土地日益紧张,焚烧处理比例日益增多;填埋法作为垃圾最终处理手段一直占有较大比例;农业型发展中国家大数以堆肥为主;其他一些新技术(如热解法、填海、堆山造景)正不断取得一些进展。 在国内,新中国成立后我国以卫生填埋和高温堆肥(沤肥)为主。近年,随着城市建设及人口发展,我国大中城市(如上海、南京等),基本采取将粪便汇入市政管网后,在污水处理厂将固体沉淀或压缩后填埋,污水经处理后排放。上海、南京这种雨水与污水同一下水道的做法,极易造成粪便直接排入河道导致大面积污染,而填埋法也给地下及地表水带来一定的污染。两
11、者均达不到无害化处理的要求,更没有资源化利用效果。 随着国家城市化的进程及建设部关于中国城市环境规划及卫生体系建设的发展,新的城市粪便处理工艺和措施在国内一些大中城市逐步展开,但大致仍处于过滤、压缩、填埋方式和“初步生化处理方式”。其工艺简单、耗能偏高、资源利用率较低。还是以南京为例:2005年南京建造国内一流的粪便处理中心(造价为2000万元,日处理新粪便400吨),在做到无害化处理的同时,达到了使新粪便日产日清的处理效果。南京市的粪便处理方式,实际上是区域性粪便设施收集兼作预处理,然后经过滤、压缩后分别处理(压缩的粪便填埋掉,再将被过滤掉粪渣的粪水经生物处理后排放掉)。据称,已在上海、北京
12、等大中城市试用此类粪便处理中心。另外一种模式以沈阳污水处理厂为代表,其日处理新粪便的方式与南京基本雷用(粪便收集采用市政管网雨污一体化方式),粪水经污水处理厂处理作为“中水”可用作城市景观水或灌溉农田,粪渣污泥作为有机肥用于肥田。 以上南方和北方分别以南京和沈阳为代表的粪便治污系统均是2005年建成的城市粪便处理系统。其不同程度地贯彻了建设部关于城市粪便无害化处理的原则,虽均不能排除因填埋方式或借用市政管网方式而导致地表水及地下水污染,以及管网突发事件或暴雨直排污染,但在一定程度上解决了传统处理方式及其效果上极不卫生等诸多问题,然而,严格地讲南京和沈阳的做法较之于建设部积极开展垃圾分类收集和处
13、理,扩大资源和能源再生利用,并将城市粪便(垃圾)处理纳入“循环经济”轨道这样一个最终的理想的目标要求,还有较大距离。据此,本文所叙的城市基地式“冰肥造粒厂”项目,是在城市垃圾无害化处理的同时,将城市粪便资源化利用。它是最符合中国国情的技术路线,是使城市粪便生态价值及资源经济价值互不干扰、互相促进的最佳再造工程。 该项目的具体做法是将区域小区公厕的冰冻粪便(包括社会上的化粪池粪便)集中处理,通过化冻打浆(或者直接收集新粪)后发酵分离、配料搅拌、烘干造粒,生产成有机复合颗粒肥。其工艺流程方式的热转换效率高、能量自耗低,使城市粪便处理在具有无害化效果的同时,还具有经济高产出、发展可持续的集约型效果。
14、该项目在每天有肥料产出的同时,还有副产品电力和热能的产出,体现了城市粪便资源多层分解利用的效益产出,是集约化社会城市生态环境的崭新模式。该项目在系统实施中采用的中国专利(200510084337.6)的一种新的公共厕所专用设备和中国专利(ZL0327078.5)废烟气净化装置以及园林式系统包装,更堪称与城市环境为友好的城市粪便处理的理想模式。 三、项目前期科研基础及现有研究的特色和优势 城市基地式“冰肥造粒厂”项目是依据具有完全自主知识产权(见专利号含申请号:20061002953.7、200510084337.6、ZL0327078.5)而设计的系统项目工程,其专利技术工艺流程及使用设备均由
15、专利权持有人及其牵手组合的专家组(生态城市专家组)着手系统分析、设计施工、操作运行乃至直接进行维护人员的培训。其关键在于专家小组(现已具备)直接着手拟制系统分析报告(可行性分析及相关技术路线说明)、系统技术设计手册(施工要点及质量效率关链点的说明)、系统维护手册(系统技术保障及低成本维护说明)、系统创新扩展计划说明(系统可持续发展研究与战略构思)。 该项目的特色在于:对我国城市粪便资源作地域划分(基地型、分布式集约化)的处理模式,基地对粪便资源作多层面的应用处理,使粪便资源利用率达到了最大化,不仅形成新的城市经济模式,而且势必取得远远超越当今经济价值的生态价值。 从系统专利技术看,主要有四大特
16、色:一是借助对粪便厌氧发酵处理产生的沼气作为燃料能源,用作补辅“冰肥造粒厂”生产工艺过程中所需要的热能及电能,降低了粪便处理的能耗:二是具有在发电余热供热利用的同时,利用太阳能对厌氧发酵过程需要的热能量进行补充这样一个系统;三是在国内各大城市粪便处理方式中,最先提出对城市作区域化分布的基地式集约型的“冰肥造粒厂”的处理方式;四是对有机(生物)复合肥的规格及专用肥的配置形式可作多元的动态选择,并且为新型的“肥药合一”的生物肥(药)的研制,构建了一个高效运作的平台。 该项目的研究优势主要体现在两个方面:首先,项目设计人、发明人、申请人具有独立的自主知识产权,而且专家小组已经组织展开项目(生态城市建
17、设)研究。专家组围绕项目主题担负系统技术路线研究和项目系统化、工程化技术的研究,启动后从未间断。众所周知,对于有机(生物)复合颗粒肥、具有活性物质的肥料、专用肥料及“肥药合一”的生物新肥料与生物农药的开发,是一个覆盖多元知识的庞大系统工程,必须具有高水平的化学家、生物学家、生物技术专家、分子设计专家、软件专家、自动化专家的协同研究。其次,项目发明、设计、专利申请人具有优势(对国内外高效有机复合颗粒肥需求的市场态势和基本走向的评估能力),尤其是我们的专家组还具有针对区域土壤及农作物选项所需专用肥的市场响应(研制)能力。 四、项目研究的基本思路及实施的内容、地点和期限 该项目研究的基本思路基于以下
18、三个方面: 1、对城市粪便处理无害化、资源化、生态化“三化合一”的思考。 我国是一个发展中的农业大国,城市粪便处理模式必须符合咱们国度的现状与城市建设的实况。城市粪便事实上既是城市的“排泄物”,更是农业的重要肥源,亦是人类生活生物圈中的一个生态链节。正出于对城市粪便处理的无害化、资源化、生态化的深入思想,加之利用国内已经成熟的生化厌氧处理技术和本项目专利所开创的粪便处理新工艺、新方法(沼气供热系统是在发酵处理中产生的“副产品”,除部分返回发酵池辅助有机颗粒复合肥原料发酵外,其余转换成电能及热能为“冰肥造粒厂”提供能源电力及热能的供应),既降低了制作有机(生物)复合颗粒肥的成本,又可向周边供能(
19、电、热),并有效地推动基地式“冰肥造粒厂”所在区域的温室气体的减排。 2、基地式“冰肥造粒厂”是城市建设的新经济。 资源无害化加之生态化处理城市粪便,在取得城市粪便无害化治理效果的同时,产出了回归农田的有机复合肥料,又副产出了绿色能源电力、电能量,打造了一个生态的城市,创造了在治理城市粪便污染中使“污染”之害变成生态城市的重要战略资源的杰出效果。这就是:在治理污染中造就了生态链、造就了新能源、造就了城市建设新经济有机(生物)肥制造产业。 3、基地式“冰肥造粒厂”是对城建经济的支撑,也是走向可持续发展的关键起步。 城市化是中国现代化的标志之一。城市在发展,要发展就要消耗资源,就会有废弃物。让废弃
20、物为新资源,实现人类社会(城市)长期和谐发展是我们的梦想。城建的任务目标就是要可持续发展。该项目非但是使有机肥归田的可持续发展的生态经济项目,也是城建经济可持续发展的关链性的起步项目。 我国是肥料制造大国,又是肥药业研制弱国(其销售额是世界农药市场农药成交量的5%),同时还是个肥料及农药的进口大国。问题在于我国肥料及农药品种多是仿国外开发的,又大多是专利期已过的品种,自主创新品种数量极其有限。另外,农业肥料(农药)需求又是动态发展的特殊商品。所以,有机肥料及“肥药合一”的新型农药,市场潜力巨大,不仅在有机肥领域内有不少产品,项目有待深入,而且在生物肥料及生物农药领域也还有更多的产品有待研究和拓
21、展。再则,当今世界已经呈现生态农业、生物农业、绿色产品的买方市场,有机肥及生物肥料(农药)将更为紧缺,也更加需要高级有机肥、生物活性肥药(缓解动态有序)的新肥、新药。 A、关于项目实施内容: 1、实施项目由三个部分组成 厌氧处理系统(包含预处理池及厌氧消化池等); 肥料生产厂(有机肥及生物肥料生产); 区域能源供应中心(电力上网及热能供应)。 2、具体内容及规模 建立集群厌氧消化池系统,池容量2610M3(290M29); 建立年产14600吨有机(生物)肥料生产厂; 建立年产电力为130万KWh电力配区域性电力供电站系统(每年向地区电网供应电力100万KWh(见注1及系统技术设计手册)。 B
22、、关于相关问题说明: 1、生产肥料的规格依照国家GB-15063-94标准执行或依照国标定义根据实施区域的土壤及种植作物需求而定(或用测土配方原则与用户签约生产)。 2、实施地点需运输方便,便于肥料商品流通。 3、实施地点使用面积为8000M2。 C、关于实施项目期限: 从现场考察到建成投入有机肥生产,总周期为十二个月(含厌氧消化系统及能源供应中心)。 注1:产能在满足高、中温厌氧消化供热及“冰肥造粒厂”供电需求 后再向外部(区域电网)供应电力及热能。 五、项目的示范作用及潜在市场 1、项目的示范作用: 城市基地式“冰肥造粒厂”项目,在全国660个城市,要达到无害、造利、生态的粪便污染治理效果
23、乃是首例。我们至少面临4个问题:粪便资源化综合定义为何种综合程式?国内尚无同类方式可考证;关于分布填料厌氧消化工程设计,国内也无规范;在分离设备、传感检测设备及控制程式和系统操作方面,也由于设计目的不同,使国内外设备互不匹配;可借鉴的国内经验有限,加之接触国际先进技术的机会不多,即使国外有的粪便垃圾处理程式可借鉴,也不符合我国的国情。我国是农业大国,经济基础较为薄弱,国内许多城市污染处理项目的经验和教训告诉我们,城市粪便处理须统筹兼顾生态治理、社会效益及经济效益,要着眼于中国城市污染治理可持续发展的战略去着手项目研究。本文研究建立城市基地式“冰肥造粒厂”项目,是城市粪便处理模式上的尝试与示范。
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