通沟污泥处理工艺改进设计

张 丽

(同济大学建筑设计研究院<集团>有限公司，上海 200092)

1 已建通沟污泥处理现状及存在问题

通沟污泥是指市政排水管网清掏的污泥。通沟污泥中含有大量管道沉积物、泥浆、杂物等垃圾，其性质与市政污泥存在较大区别[1]，所含颗粒物对离心机、带机、板框机等常规脱水设备磨损非常严重，因此不可简单地采用常规脱水工艺。

目前，上海已建成的通沟污泥处理工程主要有浦东新区高科2#泵站内的通沟污泥处置设施[2]，长宁区及虹口区通沟污泥处理厂。其中，长宁区及虹口区通沟污泥采用水力淘洗处理工艺[3]，通沟污泥经粗格栅去除大块垃圾后，浮渣通过捞渣机送入脱水机脱水，沉淀物由输送机输送至沉砂清洗机，该工艺的缺点为不能将污泥中的颗粒物进行粒径分级，资源化利用程度较低。

浦东新区通沟污泥处置工程每天处理量为60 t，采用的是固体分类、固液分离工艺，通沟污泥通过洗涤转鼓、洗砂装置充分冲洗后，分离成直径大于10 mm的粗大物质和直径为10～0.2 mm的细砂，并分别排出设备，工艺流程如图1所示。自2014年建成后，运行良好，大于0.2 mm的颗粒物分离效果良好[4]。

目前存在的问题主要有：(1)淘洗水进入泵站前池，导致水中大量颗粒物沉积后结块，需人工清捞，对处置的效率造成了一定的影响；(2)主要产生臭气的构筑物和设备未做密封设计，除臭效果不佳[2]；(3)进料接收采用网罩隔离大块物料后，仍需人工清理。

图1 浦东通沟污泥工程工艺流程图[2]Fig.1 Flow Chart of Sewer Sludge Disposal Process in Pudong[2]

以上海某通沟污泥处理工程为例，在借鉴浦东新区通沟污泥工艺的基础上进行改进设计，处理目标在于分离得到粒径分别为大于10 mm的粗大尺寸物质、0.2～10 mm的颗粒物、1～10 mm的有机筛渣、0.010～0.2 mm的细砂。处理所得干渣平均含水率为45%，满足外运条件：处理过的渣料达到《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB 16889—2008)和《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》(GB/T 23485—2009)的要求。

2 通沟污泥的性状与特点

基于分析浦东已建工程存在的问题，对上海地区的通沟污泥情况进行了进一步的了解，具体为：有机质含量较低，其平均含量约为17.2%，而无机质(灰分)的平均含量占到了82.8%，说明通沟污泥中无机成分多于有机成分，不可燃成分多于可燃成分。处理前含水率约80%～95%不等，含水率与清通设备和作业方式有关。其中，主要污染物指标：CODCr为2 000～5 000 mg/L，BOD5为1 300～2 700 mg/L，SS为5 500～7 800 mg/L，TP为40～100 mg/L，NH3-N为110～200 mg/L。根据检测结果，上海通沟污泥的pH值在7.1～8.5，平均值在8.0左右。污泥中小于0.2 mm的颗粒物数量占总颗粒物数量的50%以上。上海通沟污泥性质特点如下：

(1)含水率与有机质、悬浮物具有显著的正相关关系，与比重具有显著的负相关性，与灰分具有负相关。住宅和商业地区的污泥含水率较高，而工厂区域的通沟污泥含水率较低；

(2)有机质和灰分、比重具有负相关关系，和悬浮物具有显著的正相关关系;

(3)灰分和比重具有正相关关系，随着市中心至郊区的迁移中，灰分的含量越高，表明无机物质在通沟污泥中的含量越高；

(4)比重与悬浮物含量具有负相关关系，住宅和商业地区的通沟污泥比重小，而工厂区域的通沟污泥比重较大；市中心的通沟污泥比重较小，而郊区的通沟污泥比重较大。

3 工艺设计及改进

3.1 改进后的工艺流程

改进后的工艺流程如图2所示。

图2 处置工艺流程图Fig.2 Flow Chart of Sewer Sludge Disposal Process

根据浦东新区通沟污泥处置项目实际运行的结果，洗砂装置出水中小于0.2 mm细砂的平均粒径为25.9 μm，其中大部分颗粒物粒径在0.006～0.06 μm。0.2 mm以下的细砂量比例较大，因而，会影响后续泵站、排水管网和检查井的正常运行。因此，需对洗砂装置出水中的细砂进一步分离处理。将洗砂装置出水接至精细格栅过滤，自流到中间水池，经提升后到水力旋流分离器，将粒径大于10 mm的颗粒物分离出来。水力旋流分离器排出的细砂进入砂水分离器进一步沉淀压榨，分离出固体的含水率小于20%。本工程设计规模为含水率在80～95%的通沟污泥60 t/d。

3.2 进料接收

运输车将通沟污泥倾倒，排入半地下通沟污泥储泥池，可以储存平均1 d的处理量，约80 m3。针对前述问题：进料接收采用网罩隔离大块物料后，仍需人工清理。本工程设计在储泥池上方安装水平振动筛网，间距为10 cm，功率为15 kW，水平倾角为20°，高度为1 m，用于初步分离通沟污泥中的大块物料，分离出的大块物料自动滑入集渣筐，无需人工清理。储泥池分为两格，中间设置不锈钢栅板，栅隙为10 mm，栅板后设置自动搅匀式潜污泵，用于提升抓斗不能抓取的泥水混合物至后续处理设备。

3.3 喂料仓及洗涤转鼓、洗砂装置

该流程与浦东通沟污泥处理流程一致，洗涤转鼓左右分离出大于10 mm的物料，如塑料袋、木块、石块等。抓斗将储泥池内的污泥吊入喂料仓内的运输螺杆，连续运输喂入洗涤转鼓，储泥池和喂料仓顶部的起吊装置同时也可供检修洗砂装置时使用。在洗涤转鼓内，物料受到匀化和软化处理，大于10 mm的物料被洗涤排出；小于10 mm的砂、有机物和水组成的混合物进入后续的洗砂装置。

3.4 精细过滤

选用精细格栅1台，过滤精度为2 mm，处理量为19 L/s，N=1.5 kW，可进一步去除污泥中的有机絮体，将污泥中砂砾、碎石表面的活性有机物质与无机物质分离，分质处置，达到通沟污泥处置无害化的要求。配套精细格栅冲洗水泵2台，Q=4.2 m3/h，H=50 m，N=1.5 kW。

3.5 水力旋流分离器及砂水分离器

针对前述问题：小于0.2 mm的细砂随着淘洗水进入泵站前池，导致水中大量颗粒物沉积后结块，本工程设计选用水力旋流分离器将0.2 mm以下的颗粒物质分离出来。水力旋流分离器流量为60 m3/h，分离粒径为50 μm，分离排出的细砂进入砂水分离器进一步沉淀压榨至含水率小于20%后，将细砂排出外运，砂水分离器的污水负荷Q=8 L/s，干固体负荷Q=1 t/h。

超细颗粒物分离水力旋流器的工作原理：进水液体在压力作用下沿切线方向进入水旋流分离器。由此，在分离器内产生很高的离心力，比分离界限大的颗粒被压入向下运动的初级旋涡流，碰撞接触分离器内壁，向下进入下流液排放喷头；小于分离界限的颗粒则进入向上流动的次级旋涡流，与绝大部分液体一起沿旋流器中轴向上通过上流液口排出；分离界限d50被定义为以1∶1的概率分别进入上/下流液喷头的颗粒直径。对于小于分离界限的颗粒来说，主要进入上流液；而对于大于分离界限的颗粒来说，主要进入下流液。水力旋流分离器排出的细砂进入砂水分离器进一步沉淀压榨，最终排出外运。

3.6 冲洗水的处理及储存

水力旋流分离器的出水，接入回用水池，作为通沟污泥处理工艺回用水，用于用水要求不高的洗涤转鼓冲洗水，水力旋流分离器的出水通过斜板沉淀池分离可沉物之后，接入回用水池，作为通沟污泥处理工艺回用水，用于洗涤转鼓和洗砂装置冲洗水，过量回用水排入周边市政污水管道。

斜板沉淀池处理出水，接入回用水池储存，回用水池中设施4台水泵。洗涤转鼓所需冲洗用水由2台(1用1备)流量为40 m3/h的潜污泵从回用水池抽水送洗涤转鼓进水口；另有2台(1用1备)流量为11 m3/h的潜污泵将洗涤水送到洗砂装置。

3.7 出渣及污水排放

通沟污泥处理设计规模为60 t/d，以含水率为80%～95%为例，洗涤转鼓将大于10 mm的粗大物料分离取出，总量约2～4 t/d，这些物质在出渣槽内的集渣筐存储后，由垃圾运输车运出，可进行简单填埋处理。由洗砂装置分离出的0.2～10 mm的砂料(约2～4.5 t/d)落入出渣槽内的集渣筐，这些物质可被回收利用或作为建筑垃圾进入垃圾填埋场；由精细格栅分离出的1～10 mm的有机筛渣(约1～1.5 t/d)，通过纤维物料输出螺旋输送机压榨后送至栅渣车贮存并外运；由水力旋流设备分离出的10 μm～0.2 mm的细砂(约1～1.5 t/d)可作为低档建筑材料回收利用。

主设备间内设有集水坑一处，内附潜污泵一台，用于提升主设备间事故排水。本项目产生约524 t/d的冲洗污水，重新回到市政污水管网，进入污水处理厂进行集中处理。

3.8 除臭系统设计

采用离子除臭设备对主要生产工序进行除臭处理，本工艺中喂料仓、洗涤转鼓、洗砂装置、水力旋流分离器等均为全密封装置，外露的其他设备及水池采用加罩进行臭气收集后，经离子除臭设备进行处理。在主体建筑设备间等密闭空间送离子风，与现场产生的臭气发生反应，从而确保现场操作人员安全的工作环境。本工程离子除臭装置处理风量Q=10 000 m3/h，离子送风设备风量Q=20 000 m3/h。

3.9 经济指标

本工程总投资为1 810万元，其中：建筑工程为347.2万元，设备购置及安装等工程为1 462.8万元。工程建成后，运行成本主要为电费、人工费及设备保养检修费。电费：系统总运行功率为138.4 kW，每天运行8 h，按电费单价0.85元/(kW·h)计算，则电耗为15.68元/t。人工费：按定员3人，月工资5 000元计算，折合人工费为8.33元/t。保养检修费：每年7.5万元，折合费用为3.42元/t。因此，本工程通沟污泥综合处理成本为27.43元/t。

4 结语

通过研究0.2 mm以下细砂处理工艺、冲洗水回用处理工艺、除臭工艺和设计等，改善现有通沟污泥处理技术对细砂分离效率低导致的下游厂站和管网泥沙沉积板结的问题，进行工艺流程的改进和设计。改进方面有：(1)储泥池上方有水平振动筛网，可自动分离大颗粒物料，避免人员操作，提高了操作安全性；(2)主要设备布置在相对封闭的车间，便于臭气收集并处理达标；(3)通过分析浦东已建工程通沟污泥淘洗出水颗粒物分布，发现大部分为小于0.2 mm的细砂，将其进一步分离，提高了污泥处理的资源化利用，避免其在管道或后续构筑物沉积；(4)将水力旋流分离器的出水进行了合理回用，节约资源的同时可减少运行成本。

[1]庄敏捷.上海市区排水管道通沟污泥处理处置探讨[J].上海环境科学,2010,29(2):85-88.

[2]马安卫,黄慧,王洁琼.上海市浦东新区通沟污泥处置新工艺探讨与研究[J].中国给水排水,2015,31(18):28-30.

[3]贾海涛,周厚方,贺佳杰,等.上海市长宁区废弃物综合处置中心工程设计[J].给水排水,2016,42(8):40-43.

[4]缪斌.上海市浦东新区通沟污泥处理处置工艺设计[J].中国给水排水,2015,31(8):57-59.