通溝污泥處理工藝改進設(shè)計

張 麗

(同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院<集團>有限公司，上海 200092)

1 已建通溝污泥處理現(xiàn)狀及存在問題

通溝污泥是指市政排水管網(wǎng)清掏的污泥。通溝污泥中含有大量管道沉積物、泥漿、雜物等垃圾，其性質(zhì)與市政污泥存在較大區(qū)別[1]，所含顆粒物對離心機、帶機、板框機等常規(guī)脫水設(shè)備磨損非常嚴(yán)重，因此不可簡單地采用常規(guī)脫水工藝。

目前，上海已建成的通溝污泥處理工程主要有浦東新區(qū)高科2#泵站內(nèi)的通溝污泥處置設(shè)施[2]，長寧區(qū)及虹口區(qū)通溝污泥處理廠。其中，長寧區(qū)及虹口區(qū)通溝污泥采用水力淘洗處理工藝[3]，通溝污泥經(jīng)粗格柵去除大塊垃圾后，浮渣通過撈渣機送入脫水機脫水，沉淀物由輸送機輸送至沉砂清洗機，該工藝的缺點為不能將污泥中的顆粒物進行粒徑分級，資源化利用程度較低。

浦東新區(qū)通溝污泥處置工程每天處理量為60 t，采用的是固體分類、固液分離工藝，通溝污泥通過洗滌轉(zhuǎn)鼓、洗砂裝置充分沖洗后，分離成直徑大于10 mm的粗大物質(zhì)和直徑為10～0.2 mm的細(xì)砂，并分別排出設(shè)備，工藝流程如圖1所示。自2014年建成后，運行良好，大于0.2 mm的顆粒物分離效果良好[4]。

目前存在的問題主要有：(1)淘洗水進入泵站前池，導(dǎo)致水中大量顆粒物沉積后結(jié)塊，需人工清撈，對處置的效率造成了一定的影響；(2)主要產(chǎn)生臭氣的構(gòu)筑物和設(shè)備未做密封設(shè)計，除臭效果不佳[2]；(3)進料接收采用網(wǎng)罩隔離大塊物料后，仍需人工清理。

圖1 浦東通溝污泥工程工藝流程圖[2]Fig.1 Flow Chart of Sewer Sludge Disposal Process in Pudong[2]

以上海某通溝污泥處理工程為例，在借鑒浦東新區(qū)通溝污泥工藝的基礎(chǔ)上進行改進設(shè)計，處理目標(biāo)在于分離得到粒徑分別為大于10 mm的粗大尺寸物質(zhì)、0.2～10 mm的顆粒物、1～10 mm的有機篩渣、0.010～0.2 mm的細(xì)砂。處理所得干渣平均含水率為45%，滿足外運條件：處理過的渣料達到《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)》(GB/T 23485—2009)的要求。

2 通溝污泥的性狀與特點

基于分析浦東已建工程存在的問題，對上海地區(qū)的通溝污泥情況進行了進一步的了解，具體為：有機質(zhì)含量較低，其平均含量約為17.2%，而無機質(zhì)(灰分)的平均含量占到了82.8%，說明通溝污泥中無機成分多于有機成分，不可燃成分多于可燃成分。處理前含水率約80%～95%不等，含水率與清通設(shè)備和作業(yè)方式有關(guān)。其中，主要污染物指標(biāo)：CODCr為2 000～5 000 mg/L，BOD5為1 300～2 700 mg/L，SS為5 500～7 800 mg/L，TP為40～100 mg/L，NH3-N為110～200 mg/L。根據(jù)檢測結(jié)果，上海通溝污泥的pH值在7.1～8.5，平均值在8.0左右。污泥中小于0.2 mm的顆粒物數(shù)量占總顆粒物數(shù)量的50%以上。上海通溝污泥性質(zhì)特點如下：

(1)含水率與有機質(zhì)、懸浮物具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，與比重具有顯著的負(fù)相關(guān)性，與灰分具有負(fù)相關(guān)。住宅和商業(yè)地區(qū)的污泥含水率較高，而工廠區(qū)域的通溝污泥含水率較低；

(2)有機質(zhì)和灰分、比重具有負(fù)相關(guān)關(guān)系，和懸浮物具有顯著的正相關(guān)關(guān)系;

(3)灰分和比重具有正相關(guān)關(guān)系，隨著市中心至郊區(qū)的遷移中，灰分的含量越高，表明無機物質(zhì)在通溝污泥中的含量越高；

(4)比重與懸浮物含量具有負(fù)相關(guān)關(guān)系，住宅和商業(yè)地區(qū)的通溝污泥比重小，而工廠區(qū)域的通溝污泥比重較大；市中心的通溝污泥比重較小，而郊區(qū)的通溝污泥比重較大。

3 工藝設(shè)計及改進

3.1 改進后的工藝流程

改進后的工藝流程如圖2所示。

圖2 處置工藝流程圖Fig.2 Flow Chart of Sewer Sludge Disposal Process

根據(jù)浦東新區(qū)通溝污泥處置項目實際運行的結(jié)果，洗砂裝置出水中小于0.2 mm細(xì)砂的平均粒徑為25.9 μm，其中大部分顆粒物粒徑在0.006～0.06 μm。0.2 mm以下的細(xì)砂量比例較大，因而，會影響后續(xù)泵站、排水管網(wǎng)和檢查井的正常運行。因此，需對洗砂裝置出水中的細(xì)砂進一步分離處理。將洗砂裝置出水接至精細(xì)格柵過濾，自流到中間水池，經(jīng)提升后到水力旋流分離器，將粒徑大于10 mm的顆粒物分離出來。水力旋流分離器排出的細(xì)砂進入砂水分離器進一步沉淀壓榨，分離出固體的含水率小于20%。本工程設(shè)計規(guī)模為含水率在80～95%的通溝污泥60 t/d。

3.2 進料接收

運輸車將通溝污泥傾倒，排入半地下通溝污泥儲泥池，可以儲存平均1 d的處理量，約80 m3。針對前述問題：進料接收采用網(wǎng)罩隔離大塊物料后，仍需人工清理。本工程設(shè)計在儲泥池上方安裝水平振動篩網(wǎng)，間距為10 cm，功率為15 kW，水平傾角為20°，高度為1 m，用于初步分離通溝污泥中的大塊物料，分離出的大塊物料自動滑入集渣筐，無需人工清理。儲泥池分為兩格，中間設(shè)置不銹鋼柵板，柵隙為10 mm，柵板后設(shè)置自動攪勻式潛污泵，用于提升抓斗不能抓取的泥水混合物至后續(xù)處理設(shè)備。

3.3 喂料倉及洗滌轉(zhuǎn)鼓、洗砂裝置

該流程與浦東通溝污泥處理流程一致，洗滌轉(zhuǎn)鼓左右分離出大于10 mm的物料，如塑料袋、木塊、石塊等。抓斗將儲泥池內(nèi)的污泥吊入喂料倉內(nèi)的運輸螺桿，連續(xù)運輸喂入洗滌轉(zhuǎn)鼓，儲泥池和喂料倉頂部的起吊裝置同時也可供檢修洗砂裝置時使用。在洗滌轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，物料受到勻化和軟化處理，大于10 mm的物料被洗滌排出；小于10 mm的砂、有機物和水組成的混合物進入后續(xù)的洗砂裝置。

3.4 精細(xì)過濾

選用精細(xì)格柵1臺，過濾精度為2 mm，處理量為19 L/s，N=1.5 kW，可進一步去除污泥中的有機絮體，將污泥中砂礫、碎石表面的活性有機物質(zhì)與無機物質(zhì)分離，分質(zhì)處置，達到通溝污泥處置無害化的要求。配套精細(xì)格柵沖洗水泵2臺，Q=4.2 m3/h，H=50 m，N=1.5 kW。

3.5 水力旋流分離器及砂水分離器

針對前述問題：小于0.2 mm的細(xì)砂隨著淘洗水進入泵站前池，導(dǎo)致水中大量顆粒物沉積后結(jié)塊，本工程設(shè)計選用水力旋流分離器將0.2 mm以下的顆粒物質(zhì)分離出來。水力旋流分離器流量為60 m3/h，分離粒徑為50 μm，分離排出的細(xì)砂進入砂水分離器進一步沉淀壓榨至含水率小于20%后，將細(xì)砂排出外運，砂水分離器的污水負(fù)荷Q=8 L/s，干固體負(fù)荷Q=1 t/h。

超細(xì)顆粒物分離水力旋流器的工作原理：進水液體在壓力作用下沿切線方向進入水旋流分離器。由此，在分離器內(nèi)產(chǎn)生很高的離心力，比分離界限大的顆粒被壓入向下運動的初級旋渦流，碰撞接觸分離器內(nèi)壁，向下進入下流液排放噴頭；小于分離界限的顆粒則進入向上流動的次級旋渦流，與絕大部分液體一起沿旋流器中軸向上通過上流液口排出；分離界限d50被定義為以1∶1的概率分別進入上/下流液噴頭的顆粒直徑。對于小于分離界限的顆粒來說，主要進入上流液；而對于大于分離界限的顆粒來說，主要進入下流液。水力旋流分離器排出的細(xì)砂進入砂水分離器進一步沉淀壓榨，最終排出外運。

3.6 沖洗水的處理及儲存

水力旋流分離器的出水，接入回用水池，作為通溝污泥處理工藝回用水，用于用水要求不高的洗滌轉(zhuǎn)鼓沖洗水，水力旋流分離器的出水通過斜板沉淀池分離可沉物之后，接入回用水池，作為通溝污泥處理工藝回用水，用于洗滌轉(zhuǎn)鼓和洗砂裝置沖洗水，過量回用水排入周邊市政污水管道。

斜板沉淀池處理出水，接入回用水池儲存，回用水池中設(shè)施4臺水泵。洗滌轉(zhuǎn)鼓所需沖洗用水由2臺(1用1備)流量為40 m3/h的潛污泵從回用水池抽水送洗滌轉(zhuǎn)鼓進水口；另有2臺(1用1備)流量為11 m3/h的潛污泵將洗滌水送到洗砂裝置。

3.7 出渣及污水排放

通溝污泥處理設(shè)計規(guī)模為60 t/d，以含水率為80%～95%為例，洗滌轉(zhuǎn)鼓將大于10 mm的粗大物料分離取出，總量約2～4 t/d，這些物質(zhì)在出渣槽內(nèi)的集渣筐存儲后，由垃圾運輸車運出，可進行簡單填埋處理。由洗砂裝置分離出的0.2～10 mm的砂料(約2～4.5 t/d)落入出渣槽內(nèi)的集渣筐，這些物質(zhì)可被回收利用或作為建筑垃圾進入垃圾填埋場；由精細(xì)格柵分離出的1～10 mm的有機篩渣(約1～1.5 t/d)，通過纖維物料輸出螺旋輸送機壓榨后送至柵渣車貯存并外運；由水力旋流設(shè)備分離出的10 μm～0.2 mm的細(xì)砂(約1～1.5 t/d)可作為低檔建筑材料回收利用。

主設(shè)備間內(nèi)設(shè)有集水坑一處，內(nèi)附潛污泵一臺，用于提升主設(shè)備間事故排水。本項目產(chǎn)生約524 t/d的沖洗污水，重新回到市政污水管網(wǎng)，進入污水處理廠進行集中處理。

3.8 除臭系統(tǒng)設(shè)計

采用離子除臭設(shè)備對主要生產(chǎn)工序進行除臭處理，本工藝中喂料倉、洗滌轉(zhuǎn)鼓、洗砂裝置、水力旋流分離器等均為全密封裝置，外露的其他設(shè)備及水池采用加罩進行臭氣收集后，經(jīng)離子除臭設(shè)備進行處理。在主體建筑設(shè)備間等密閉空間送離子風(fēng)，與現(xiàn)場產(chǎn)生的臭氣發(fā)生反應(yīng)，從而確保現(xiàn)場操作人員安全的工作環(huán)境。本工程離子除臭裝置處理風(fēng)量Q=10 000 m3/h，離子送風(fēng)設(shè)備風(fēng)量Q=20 000 m3/h。

3.9 經(jīng)濟指標(biāo)

本工程總投資為1 810萬元，其中：建筑工程為347.2萬元，設(shè)備購置及安裝等工程為1 462.8萬元。工程建成后，運行成本主要為電費、人工費及設(shè)備保養(yǎng)檢修費。電費：系統(tǒng)總運行功率為138.4 kW，每天運行8 h，按電費單價0.85元/(kW·h)計算，則電耗為15.68元/t。人工費：按定員3人，月工資5 000元計算，折合人工費為8.33元/t。保養(yǎng)檢修費：每年7.5萬元，折合費用為3.42元/t。因此，本工程通溝污泥綜合處理成本為27.43元/t。

4 結(jié)語

通過研究0.2 mm以下細(xì)砂處理工藝、沖洗水回用處理工藝、除臭工藝和設(shè)計等，改善現(xiàn)有通溝污泥處理技術(shù)對細(xì)砂分離效率低導(dǎo)致的下游廠站和管網(wǎng)泥沙沉積板結(jié)的問題，進行工藝流程的改進和設(shè)計。改進方面有：(1)儲泥池上方有水平振動篩網(wǎng)，可自動分離大顆粒物料，避免人員操作，提高了操作安全性；(2)主要設(shè)備布置在相對封閉的車間，便于臭氣收集并處理達標(biāo)；(3)通過分析浦東已建工程通溝污泥淘洗出水顆粒物分布，發(fā)現(xiàn)大部分為小于0.2 mm的細(xì)砂，將其進一步分離，提高了污泥處理的資源化利用，避免其在管道或后續(xù)構(gòu)筑物沉積；(4)將水力旋流分離器的出水進行了合理回用，節(jié)約資源的同時可減少運行成本。

[1]莊敏捷.上海市區(qū)排水管道通溝污泥處理處置探討[J].上海環(huán)境科學(xué),2010,29(2):85-88.

[2]馬安衛(wèi),黃慧,王潔瓊.上海市浦東新區(qū)通溝污泥處置新工藝探討與研究[J].中國給水排水,2015,31(18):28-30.

[3]賈海濤,周厚方,賀佳杰,等.上海市長寧區(qū)廢棄物綜合處置中心工程設(shè)計[J].給水排水,2016,42(8):40-43.

[4]繆斌.上海市浦東新區(qū)通溝污泥處理處置工藝設(shè)計[J].中國給水排水,2015,31(8):57-59.