張 麗
(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院<集團(tuán)>有限公司,上海 200092)
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(duì)離心機(jī)、帶機(jī)、板框機(jī)等常規(guī)脫水設(shè)備磨損非常嚴(yán)重,因此不可簡(jiǎn)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(zhǎng)寧區(qū)及虹口區(qū)通溝污泥處理廠。其中,長(zhǎng)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(guò)撈渣機(jī)送入脫水機(jī)脫水,沉淀物由輸送機(jī)輸送至沉砂清洗機(jī),該工藝的缺點(diǎn)為不能將污泥中的顆粒物進(jìn)行粒徑分級(jí),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(guò)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(yùn)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(wèn)題主要有:(1)淘洗水進(jìn)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(duì)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(jì),除臭效果不佳[2];(3)進(jìn)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(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),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(jī)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(yùn)條件:處理過(guò)的渣料達(dá)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。
基于分析浦東已建工程存在的問(wèn)題,對(duì)上海地區(qū)的通溝污泥情況進(jìn)行了進(jìn)一步的了解,具體為:有機(jī)質(zhì)含量較低,其平均含量約為17.2%,而無(wú)機(jī)質(zhì)(灰分)的平均含量占到了82.8%,說(shuō)明通溝污泥中無(wú)機(jī)成分多于有機(jī)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(cè)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(diǎn)如下:
(1)含水率與有機(jī)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(jī)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(wú)機(jī)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。
改進(jìn)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(xiàng)目實(shí)際運(yùn)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(huì)影響后續(xù)泵站、排水管網(wǎng)和檢查井的正常運(yùn)行。因此,需對(duì)洗砂裝置出水中的細(xì)砂進(jìn)一步分離處理。將洗砂裝置出水接至精細(xì)格柵過(guò)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(lái)。水力旋流分離器排出的細(xì)砂進(jìn)入砂水分離器進(jìn)一步沉淀壓榨,分離出固體的含水率小于20%。本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為含水率在80~95%的通溝污泥60 t/d。
運(yùn)輸車將通溝污泥傾倒,排入半地下通溝污泥儲(chǔ)泥池,可以儲(chǔ)存平均1 d的處理量,約80 m3。針對(duì)前述問(wèn)題:進(jìn)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(jì)在儲(chǔ)泥池上方安裝水平振動(dòng)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(dòng)滑入集渣筐,無(wú)需人工清理。儲(chǔ)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(dòng)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。
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(chǔ)泥池內(nèi)的污泥吊入喂料倉(cāng)內(nèi)的運(yùn)輸螺桿,連續(xù)運(yùn)輸喂入洗滌轉(zhuǎn)鼓,儲(chǔ)泥池和喂料倉(cāng)頂部的起吊裝置同時(shí)也可供檢修洗砂裝置時(shí)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(jī)物和水組成的混合物進(jìn)入后續(xù)的洗砂裝置。
選用精細(xì)格柵1臺(tái),過(guò)濾精度為2 mm,處理量為19 L/s,N=1.5 kW,可進(jìn)一步去除污泥中的有機(jī)絮體,將污泥中砂礫、碎石表面的活性有機(jī)物質(zhì)與無(wú)機(jī)物質(zhì)分離,分質(zhì)處置,達(dá)到通溝污泥處置無(wú)害化的要求。配套精細(xì)格柵沖洗水泵2臺(tái),Q=4.2 m3/h,H=50 m,N=1.5 kW。
針對(duì)前述問(wèn)題:小于0.2 mm的細(xì)砂隨著淘洗水進(jìn)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(jì)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(lái)。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(jìn)入砂水分離器進(jìn)一步沉淀壓榨至含水率小于20%后,將細(xì)砂排出外運(yùn),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(jìn)水液體在壓力作用下沿切線方向進(jìn)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(yùn)動(dòng)的初級(jí)旋渦流,碰撞接觸分離器內(nèi)壁,向下進(jìn)入下流液排放噴頭;小于分離界限的顆粒則進(jìn)入向上流動(dòng)的次級(jí)旋渦流,與絕大部分液體一起沿旋流器中軸向上通過(guò)上流液口排出;分離界限d50被定義為以1∶1的概率分別進(jìn)入上/下流液噴頭的顆粒直徑。對(duì)于小于分離界限的顆粒來(lái)說(shuō),主要進(jìn)入上流液;而對(duì)于大于分離界限的顆粒來(lái)說(shuō),主要進(jìn)入下流液。水力旋流分離器排出的細(xì)砂進(jìn)入砂水分離器進(jìn)一步沉淀壓榨,最終排出外運(yùn)。
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(guò)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(guò)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(chǔ)存,回用水池中設(shè)施4臺(tái)水泵。洗滌轉(zhuǎn)鼓所需沖洗用水由2臺(tái)(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(jìn)水口;另有2臺(tái)(1用1備)流量為11 m3/h的潛污泵將洗滌水送到洗砂裝置。
通溝污泥處理設(shè)計(jì)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(chǔ)后,由垃圾運(yùn)輸車運(yùn)出,可進(jìn)行簡(jiǎn)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(jìn)入垃圾填埋場(chǎng);由精細(xì)格柵分離出的1~10 mm的有機(jī)篩渣(約1~1.5 t/d),通過(guò)纖維物料輸出螺旋輸送機(jī)壓榨后送至柵渣車貯存并外運(yùn);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(tái),用于提升主設(shè)備間事故排水。本項(xiàng)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(jìn)入污水處理廠進(jìn)行集中處理。
采用離子除臭設(shè)備對(duì)主要生產(chǎn)工序進(jìn)行除臭處理,本工藝中喂料倉(cāng)、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(jìn)行臭氣收集后,經(jīng)離子除臭設(shè)備進(jìn)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(chǎng)產(chǎn)生的臭氣發(fā)生反應(yīng),從而確?,F(xiàn)場(chǎng)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。
本工程總投資為1 810萬(wàn)元,其中:建筑工程為347.2萬(wàn)元,設(shè)備購(gòu)置及安裝等工程為1 462.8萬(wàn)元。工程建成后,運(yùn)行成本主要為電費(fèi)、人工費(fèi)及設(shè)備保養(yǎng)檢修費(fèi)。電費(fèi):系統(tǒng)總運(yùn)行功率為138.4 kW,每天運(yùn)行8 h,按電費(fèi)單價(jià)0.85元/(kW·h)計(jì)算,則電耗為15.68元/t。人工費(fèi):按定員3人,月工資5 000元計(jì)算,折合人工費(fèi)為8.33元/t。保養(yǎng)檢修費(fèi):每年7.5萬(wàn)元,折合費(fèi)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。
通過(guò)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(jì)等,改善現(xiàn)有通溝污泥處理技術(shù)對(duì)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(wèn)題,進(jìn)行工藝流程的改進(jìn)和設(shè)計(jì)。改進(jìn)方面有:(1)儲(chǔ)泥池上方有水平振動(dòng)篩網(wǎng),可自動(dòng)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(duì)封閉的車間,便于臭氣收集并處理達(dá)標(biāo);(3)通過(guò)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(jìn)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(jìn)行了合理回用,節(jié)約資源的同時(shí)可減少運(yùn)行成本。
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