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)

1 已建通溝污泥處理現(xiàn)狀及存在問(wèn)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(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。

2 通溝污泥的性狀與特點(diǎn)

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。

3 工藝設(shè)計(jì)及改進(jìn)

3.1 改進(jìn)后的工藝流程

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。

3.2 進(jìn)料接收

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。

3.3 喂料倉(cāng)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(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。

3.4 精細(xì)過(guò)濾

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。

3.5 水力旋流分離器及砂水分離器

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)。

3.6 沖洗水的處理及儲(chǔ)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(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。

3.7 出渣及污水排放

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。

3.8 除臭系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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。

3.9 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

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。

4 結(jié)語(yǔ)

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。

[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(guó)給水排水,2015,31(18):28-30.

[3]賈海濤,周厚方,賀佳杰,等.上海市長(zhǎng)寧區(qū)廢棄物綜合處置中心工程設(shè)計(jì)[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(jì)[J].中國(guó)給水排水,2015,31(8):57-59.