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                排水管渠 通溝污泥處理技術的發展

                2020-10-22 23:28:09 次瀏覽

                    2013年北京引入德國的篩分設備,完成國內第一個采用先進處理工藝,對通溝污泥進行系統化資源處置的項目,對通溝污泥進行淘洗和篩分,高效分離出不同顆粒尺寸的有機物、砂礫和污泥,減少了管網系統進入污水處理廠砂量的同時,回收了一批可作為建材的無機砂粒。隨后類似的工藝又在上海、深圳、蘇州等地得到了實施。隨著對通溝污泥處理要求的不斷提升,排放尾水中超細砂的回收問題、大塊物料清理問題、淘洗水資源回收問題等先后得到了解決。在整個發展過程中,通溝污泥處理技術經歷了以下幾個發展階段:

                2.1 第一代通溝污泥處理技術

                在早期項目中,對管網污泥的要求是對通溝污泥進行減量化、無害化、資源化。針對這個要求,設計理念如下:

                (1)將污泥中的大于100 mm的大塊故障物質進行分離,對成分復雜的通溝污泥進行勻化和軟化處理,保障后續的設備穩定運行;

                (2)對通溝污泥中顆粒物質進行逐級分離,實現減量化、無害化、資源化:先分離出粒徑大于10 mm的粗大物質;再將通溝污泥中0.2~10 mm的無機砂礫分離,同時對無機砂礫進行淘洗,控制有機燒失量低于3%,作為資源回收利。

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                采用的工藝流程如圖1所示,工藝流程說明如下:

                (1)由罐車將管網中清淘出的疏浚污泥通過人工格柵(柵隙100 mm)進入到污泥儲存池中,其中大于100 mm以上的大塊物料,如石塊、木塊、各種生活垃圾等經人工收集后外運處置。污泥儲存池中的暫存污泥采用全自動抓斗分批次運輸至喂料裝置內,喂料裝置定量向洗滌轉鼓裝置喂料。

                (2)洗滌轉鼓裝置通過孔徑為10 mm的轉鼓篩網和沖洗水的聯合作用能夠將通溝污泥中尺寸大于10 mm的粗大物質,如垃圾袋、垃圾和石塊等分離出來。該粗大物質可與人工格柵分離出的大塊物料一同外運至環衛部門處置:其中,一些大型有機物質,例如塑料袋、木塊等可被篩分出來,可進行焚燒處理;剩下的物料,如比重較大的顆粒直徑大于10 mm的石塊和石礫,可進行簡單填埋處理。經洗滌轉鼓裝置分離后的泥砂(粒徑小于10 mm)隨著沖洗水流入洗砂裝置進行比重分選處理和洗滌處理。

                (3)洗砂裝置通過COANDA比重分選機理對泥砂中的有機污泥和無機砂粒進行分選,經沉淀壓榨后分選出的0.2~10 mm的細砂,有機燒失量低于3%,可長期存放并作為低檔建筑材料或路基材料回收利用。該過程中大于0.2 mm的砂礫回收率可達95%以上。0.2 mm以上粒徑的顆?;究梢酝耆コ?。

                (4)一些粒徑小于0.2 mm的物質隨著洗砂裝置的清洗液一同進入污水處理廠進行集中處理。

                (5)洗滌水可采用回用水/中水。如果采用河水,可經過精細格柵過濾后進入回用水池,作為洗滌轉鼓裝置和洗砂裝置的沖洗用水。

                通過對成分復雜的通溝污泥進行洗滌篩分處理后,每30噸進料經過處理后分離出粒徑大于100 mm和10~100 mm的物質約2.0~2.5 噸,含水率不超過40%;0.2~10 mm粒徑的砂礫約3~4.5噸,含水率不超過20%,該部分物質可長期存放,無臭味,可作為低檔建筑材料或市政回填砂回收利用。各工段圖和各階段篩分的物質詳見圖2和圖3。洗砂裝置的去除效果詳見圖4。從圖4可以看出,經過洗砂裝置處理后,出水中大于200 μm的顆?;救勘蝗コ?,且出水中75~200 μm的顆

                粒比例也同時下降,說明該裝置對于超細砂的顆粒也有部分的去除效果。

                第一代通溝污泥處理技術特點如下:

                (1)以資源化、減量化、無害化為核心理念,采用預處理+回收利用聯合處理方式,能夠更好地實現對通溝污泥的處置,響應政府環保政策;

                (2)核心工藝設備如喂料裝置、洗滌轉鼓裝置、洗砂裝置采用德國精密機械設備加工制造,設備經久耐用,故障率極低,運行維護方便,篩分效果好;

                (3)設備全密閉,能夠更好地收集臭氣,有效解決了工作環境的惡臭問題;

                (4)設備篩分過程中設置的精細沖洗裝置,使得各種篩分物質很干凈、無臭味,生活垃圾和大塊物質填埋處理時不易產生二次污染;砂礫有機燒失量小于3%,便于后續資源回收處置。

                2.2 改進的通溝污泥處理技術

                該技術在上海、北京、蘇州等多個城市的通溝污泥處理站中進行了應用。各個站點因思路與要求不同,工藝也略有不同,根據大量的經驗總結,本研究歸納了以下幾個不同點,總體改進流程詳見圖5。

                2.2.1 超細砂沉積

                有些站點不需要過分承擔后續處理任務或者考慮超細砂由污水處理廠其他工藝合并處理,所以在通溝污泥處理工藝中未配置超細砂處理工藝段。但是超細砂的沉積遠超想象,對日常運行帶來極大困擾。以某項目為例,在實際運行過程中經處理后的尾水會先經過污水泵站的集水池,由于泵站運行和通溝污泥處理裝置的錯峰運行,通溝污泥處理后的尾水在泵站進水池有約2~3 h的靜置沉淀時間,尾水中98%的顆粒會沉積,這些微小顆粒一旦沉積板結,水泵難以抽吸,影響了水泵和集水池的正常使用。某通溝污泥處理站運行3年來,集水井已清撈100 m3的超細砂,該超細砂(粒徑小于 200 μm)影響了水泵站和集水池的正常使用,增加了管道和集水池的維護費用。另外,排水管網中超細砂(顆粒直徑小于 200 μm)的高含量導致國內活性污泥中MLVSS/MLTSS處于較低水平(0.3~0.6,正常值為0.6~0.8),影響了污水生化處理的效率[8]。因此,排水管網中超細砂的去除對于市政污水處理有著顯著的意義。

                改進措施:該尾水為通溝污泥洗砂水,污泥中大量的有機物進入該水中。除了有機物,還有大量的超細砂礫存在。據分析,尾水中含砂率為0.4%~0.5%,小于 200 μm的細砂體積占比約75%以上[6]。因此該部分廢水可以通過處理后降低超細砂含量。洗砂分離過程中,200 μm以上的細砂被分離后出水中會存在有機浮渣,該部分有機浮渣會對后續旋流分離裝置造成影響,因此,在洗砂裝置后設置精細過濾裝置(柵隙3 mm),將尾水中有機顆粒物質(粒徑3~10 mm)分離出來,通過螺旋輸送機壓榨后排出。過濾裝置的濾液泵入到水力旋流分離器進一步分離處理,將水中75~200 μm的超細砂分離,然后進入砂水分離器沉淀壓榨后排出。

                改進效果:蘇州某通溝污泥項目,經過精細過濾裝置后,有機顆粒物質(粒徑3~10 mm)被分離出來,該部分物質有機含量高(70%~80%),含水率約60%。尾水中污泥體積在改進前后有明顯的減少,尾水中有約40%的沉積物得以去除。水力旋流和砂水分離裝置工段的去除效果詳見圖6,分離出的超細砂有機燒失率為12%,如果經過洗砂后,可將有機燒失率降低到3%以下。從圖6中可以看出,經過水力旋流和砂水分離器處理后,出水中75~200 μm直徑的顆粒明顯比例降低,由15.73%降到8.89%,幾乎減少一半的比例;50~75 μm直徑的顆粒比例基本保持在16%~17%左右;小于50 μm直徑的顆粒比例由65.68%增大到74.69%。從這些數據可以看出,水力旋流和砂水分離裝置工段對于去除75~200 μm直徑的顆粒有明顯的效果。

                經改進處理后,每60噸通溝污泥產生約1~1.5噸有機柵渣,約0.5~1噸超細砂。上海某通溝污泥處理站自運行2個多月以來,已分離出4.5 m3的超細砂,極大地緩解了管道沉砂壓力。各裝置設備圖和分離的柵渣詳見圖7。

                左圖為顆粒分布圖,右圖為不同尺寸顆粒體積比例圖

                2.2.2 沖洗水回用

                大部分項目經過精心選址后有低成本的沖洗水,同時考慮整套工藝的成本控制及穩定性,均沒有采用回用水系統,但是洗砂裝置需要的沖洗水量較大,約為通溝污泥處理量的7~9倍。本著節能減排的原則,將處理后的尾水進行循環回用。

                改進措施:將經過精細格柵裝置處理后的出水,經沉淀后上清液可作為要求不高的洗滌轉鼓裝置沖洗水。

                改進效果:優化后的通溝污泥處理工藝節約新鮮沖洗水 40 m3/h,提高了廢水重復利用率[10]。

                2.2.3 增加污泥儲存池分層功能

                新鮮的通溝污泥含水量較高,經過一段時間的自然沉降后,污泥分層顯著。有資料表明,一般通溝污泥經過24 h沉降后含水率可從80%降至70%以下,這表明通溝污泥可以通過重力濃縮進一步降低含水率。人工格柵上的大塊物質產量大,人工收集效果不高。

                改進措施:提高污泥儲存池的停留時間,在儲存池內增設5 mm的格柵,將儲泥池分隔為大顆粒物質沉積的濃縮池和小顆粒懸浮的取水池,待靜置污泥減量后,啟動抓斗將污泥運輸至洗滌轉鼓處理;將人工格柵修改為水平振動篩網,將大尺寸磚塊、樹枝等雜物自動分離到集渣筐內。

                改進效果:實施污泥沉降措施后,上海某通溝污泥處理站的洗滌轉鼓裝置日處理量由60 t/d降至30 t/d,運行時間由原來的10 h降至 5h,沖洗水用量減少50%。該措施亦顯著降低后續洗砂裝置的消耗量,每日可節省用電 9.7 kW?h。

                2.3 第二代通溝污泥處理技術

                水力旋篩+砂石分離的通溝污泥處理技術已經在上海、蘇州、北京等地得到了較多的應用。對于已實施的項目,各排水站普遍反饋良好,整體設備達到設計要求,故障率低、出砂穩定。但是隨著項目的深入實施,要求也在不斷提高。例如超細砂雖然已分離,但是未經洗滌,里面有機物含量高,如圖7d所示,不能直接被資源化利用;某些項目中通溝污泥油脂含量較高,影響超細砂沉淀的效果等問題。針對這些問題,HUBER推出了第二代處理技術。其設計理念是:增加除油裝置和洗砂裝置,提高超細砂的資源化利用率,其工藝路線如圖8所示。

                工藝流程說明:

                經過精細格柵裝置分離出3~10 mm有機柵渣后,濾出液進入高效沉砂池,詳見圖9,通過曝氣將廢水中的油類物質在氣泡作用下上浮到水面,然后通過撇渣裝置收集,進入到排放貯水池。廢水中的超細砂沉降到底部,采用水下螺桿排出到集砂槽后,經過排砂泵排入到超細洗砂裝置中。高效沉砂池對75 μm以上的超細砂去除率可達95%以上,通過洗砂裝置,可將砂礫的有機燒失率降到3%以下,出砂較為潔凈,直接作為資源回收。

                經過該工藝處理后,預計每60噸通溝污泥,可分離1~1.5噸超細砂(75~200 μm),將比第一代改進工藝中超細砂的產量提高一倍,且能提供干凈的超細砂,無惡臭,可長期保存,可直接作為資源回收;同時將廢水中的油類物質分離,便于尾水根據排放需要做進一步的處理。

                3 結論

                (1)針對目前現有的通溝污泥含砂量高的特點,采用水力旋篩+砂石分離的技術能滿足條件,可將污泥中95%以上的0.2~10 mm的細砂分離,該細砂有機燒失量小于3%,且同時能分離大于100 mm和10~100 mm的物質。

                (2)根據不同需求,結合現場實際情況,對通溝污泥技術進行了分析和改進。經過改進措施后,超細砂沉積集水池的問題得到解決,污水泵站管網清洗工作得到緩解;沖洗用水部分回用,實現了節約資源的原則。

                (3)針對運行后期可能出現的超細砂資源化利用問題和尾水達標排放問題,增加了高效沉砂池裝置,將原有的水力旋流+砂水分離器替換為超細洗砂裝置,這樣能使超細砂也得到充分清洗,可直接資源回收利用,提高了資源回收利用率;同時可實現污泥中油渣的分離收集,便于后續進一步處理。

                隨著城市化水平的提高,通溝污泥產量逐年上升,在泥量和處置雙重作用下,因地制宜地選擇集約化的處理處置途徑已勢在必行。在原有的通溝污泥處理工藝基礎上,以國內通溝污泥政策為向導,不斷地調整和改進工藝路線,以期實現通溝污泥的減量化、無害化、資源化的應用。


                關鍵詞:污泥,污泥處理,污泥技術

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