通溝污泥淘洗預(yù)處理及工藝參數(shù)優(yōu)化研究

鄒錦林，石廣甫，曹偉華，謝 奎

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

通溝污泥淘洗預(yù)處理及工藝參數(shù)優(yōu)化研究

鄒錦林，石廣甫，曹偉華，謝 奎

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

介紹了國內(nèi)外通溝污泥主要處理技術(shù)及其在我國推廣應(yīng)用的局限性，根據(jù)我國通溝污泥的特點(diǎn)，結(jié)合上海市長寧區(qū)通溝污泥處理工程運(yùn)行控制參數(shù)，闡明了通溝污泥淘洗預(yù)處理工藝原理、工藝流程以及工藝參數(shù)優(yōu)化等，并探討了通溝污泥淘洗預(yù)處理工藝在我國的應(yīng)用前景。

通溝污泥；淘洗預(yù)處理技術(shù)；運(yùn)行參數(shù)；工藝流程

通溝污泥是雨水和污水中部分易沉降物質(zhì)在管道輸送過程中沉積并逐漸在管道中積累而成，主要由砂石、渣土及少量的有機(jī)物等組成，可作為建筑材料的輔助原料進(jìn)行廢物利用，但同時(shí)通溝污泥中還積累了大量的重金屬、病原微生物等，如不進(jìn)行妥善處理，不僅造成環(huán)境的二次污染，而且給人類健康帶來極大威脅。與西方發(fā)達(dá)國家通溝污泥基本為無機(jī)物相比，我國通溝污泥的特點(diǎn)是污泥中夾雜大量的生活垃圾、樹皮、磚石等雜物，這給通溝污泥的處理帶來極大的困難［1］。因此，污泥淘洗預(yù)處理的目的是將通溝污泥中的各成分分離，以便進(jìn)一步分開處理。

1 國內(nèi)外通溝污泥處理技術(shù)及其局限性

目前，國外通溝污泥處理的主要方式包括填埋、自然風(fēng)干、機(jī)械脫水、加熱烘干，以及用于混凝土和砂漿中替代部分細(xì)集料等方法［2］。

填埋主要是將污泥運(yùn)至城市垃圾填埋場集中填埋，但是由于通溝污泥的含水率較高，通常超過60%，不符合填埋作業(yè)堆料的要求，同時(shí)給填埋作業(yè)帶來了很大風(fēng)險(xiǎn)。因此，國內(nèi)外各大填埋場均無法大量接收這種未經(jīng)處理的通溝污泥。

自然風(fēng)干是靠自然晾曬的方式降低污泥的含水率，其粗放式的管理和運(yùn)行方式給周邊環(huán)境帶來的環(huán)境問題已越來越難以被人接受，同時(shí)晾曬對氣候的要求較高，而我國南方地區(qū)潮濕多雨、北方地區(qū)冬季低溫降雪等都給自然風(fēng)干的處理帶來極大困難，加之晾曬所需較大的占地面積，也不適合在我國這樣城市人口密度較大的地區(qū)應(yīng)用［3］。

機(jī)械脫水是利用通溝污泥砂石含量高、持水力較差的特點(diǎn)采用離心、壓榨等方式去除污泥中的自由水和部分間隙水。但由于我國通溝污泥中夾雜著大量的塊狀磚石等建筑垃圾，其對脫水設(shè)備會(huì)造成磨損而使常規(guī)機(jī)械脫水設(shè)備無法正常運(yùn)行，因此機(jī)械脫水也不適合我國通溝污泥的直接處理［4］。

加熱烘干主要是利用外源加熱取代自然晾曬的方式對污泥進(jìn)行快速烘干，具有占地面積小，運(yùn)行管理相對集中的優(yōu)點(diǎn)。然而烘干工藝對原料的要求更為嚴(yán)格，其烘干設(shè)備更易受到塊石等雜物的磨損［5］，加之其高昂的運(yùn)行費(fèi)用，也不適合在我國推廣應(yīng)用。

將通溝污泥用于混凝土和砂漿中替代部分細(xì)集料的方法率先在日本應(yīng)用，塊石對其影響相對較小，同時(shí)混凝土對污泥中重金屬等污染物質(zhì)具有良好的固化作用，是一種前景較好的通溝污泥處理方式［6-7］。但是實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)，我國通溝污泥中除了大量塊石，通常還含有大量的漂浮垃圾、塑料袋、樹皮等雜物，必須將這些雜物分離后才可應(yīng)用。

鑒于我國通溝污泥的特殊性質(zhì)，在對污泥進(jìn)行處理前必須采取必要的預(yù)處理措施，使污泥中夾雜的大量垃圾、塊石等雜物分離，以便進(jìn)行污泥的后續(xù)處理［8］。目前我國僅有1座運(yùn)行的通溝污泥處理廠，位于上海市長寧區(qū)，于2010年5月15日調(diào)試運(yùn)行，日處理通溝污泥80 t/d，采用淘洗預(yù)處理工藝［1］，本文運(yùn)行控制參數(shù)均為長寧區(qū)通溝污泥處理廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2 通溝污泥淘洗預(yù)處理工藝原理及流程

2.1 工藝原理

通溝污泥中的固體物質(zhì)主要由大量的無機(jī)物和少量的有機(jī)物組成，污泥淘洗的目的是將通溝污泥中的各成分分離，以便進(jìn)一步分開處理［9］。通過水力淘洗污泥，利用水力和機(jī)械力，重力分選結(jié)合粒度分選，將通溝污泥分離為重質(zhì)沉砂和輕質(zhì)浮渣，沉砂由沉砂清洗機(jī)清洗后外運(yùn)，輕質(zhì)浮渣由脫水機(jī)脫水后外運(yùn)，產(chǎn)生的污水統(tǒng)一收集后處理或直接進(jìn)入市政污水管網(wǎng)。

2.2 工藝流程

淘洗預(yù)處理工藝如圖1所示，通溝污泥運(yùn)輸車直接卸料至接收槽上部鋼板格柵上，大塊垃圾作為柵上物揀出，柵下物進(jìn)入接收槽內(nèi)，接收槽內(nèi)設(shè)有水力噴入口和水力攪拌裝置，污泥在接收槽中進(jìn)行一次淘洗，經(jīng)過淘洗后的出料分為3部分（沉砂、浮渣和污水）。沉砂通過螺旋輸送機(jī)輸送至沉砂清洗機(jī)進(jìn)行二次淘洗，經(jīng)沉砂清洗機(jī)排出的洗凈沉砂可以回收利用，其污水進(jìn)入污水處理設(shè)施處理；一次淘洗后的浮渣通過撈渣機(jī)，并經(jīng)傳送帶送至脫水機(jī)脫水，脫水殘?jiān)膺\(yùn)，污水則進(jìn)入污水處理設(shè)施處理；一次淘洗后的污水直接進(jìn)入污水處理設(shè)施，所有污水經(jīng)處理后外排。

2.3 物料平衡

由于通溝污泥的含水率受清淤方式的影響，采用水力清理時(shí)，污泥含水率一般為80%～95%；采用機(jī)械清撈時(shí)，污泥含水率一般為40%～60%，而機(jī)械清撈的含水率與清撈周期和排水體制也有關(guān)系。因此，通溝污泥淘洗后其分離物的比例也存在很大變化。如表1所示，經(jīng)預(yù)淘洗和二次淘洗預(yù)處理后，通溝污泥中柵上塊石等雜物占2.4%～6.3%，浮渣占1.0%～14.3%，沉砂出料占1.4%～4.8%，其余部分進(jìn)入淘洗污水系統(tǒng)，處理后沉砂含水率≤30%，含泥量≤5%。

表1 長寧區(qū)通溝污泥淘洗預(yù)處理物料平衡

3 工藝控制參數(shù)優(yōu)化

3.1 淘洗水倍率

淘洗水倍率是指一次淘洗階段，進(jìn)入淘洗系統(tǒng)的水量與投入污泥量之比。通溝污泥在淘洗過程中需要大量的淘洗水以實(shí)現(xiàn)淤泥、浮渣和砂石的分離，淘洗水量過低，則淘洗不徹底，致使分離效果差，而過量的淘洗水勢必帶來運(yùn)行成本的加大，從而造成不必要的浪費(fèi)，因此，合理控制淘洗水倍率關(guān)系到淘洗工藝運(yùn)行的成本和最終分離效果。根據(jù)上海市長寧區(qū)通溝污泥處理工程得出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)淘洗水倍率低于8∶1時(shí)，通溝污泥無法達(dá)到完全分離的效果；當(dāng)淘洗水倍率大于10∶1時(shí)，污泥分離效果可達(dá)到較佳水平，因此，實(shí)際運(yùn)行過程中從經(jīng)濟(jì)性考慮，淘洗水倍率通?？刂圃?0∶1。

3.2 清洗水倍率

清洗水倍率是二次淘洗階段，指經(jīng)過淘洗后的沉砂進(jìn)入沉砂清洗機(jī)，其清洗水用量與沉砂投入量之比。而COD作為通溝污泥中有機(jī)物濃度的重要指標(biāo)，如果最終出料沉砂COD含量過高，則使沉砂的后續(xù)處理難度增加，實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，要保證最終沉砂的處理效果，COD去除率不應(yīng)低于95%。如圖2所示，當(dāng)清洗水倍率為1.5～3.8時(shí)，COD去除率隨著清洗水倍率增加而呈線性增加的趨勢，其線性相關(guān)系數(shù)R2=0.988，COD去除率由93.4%提高到98.3%，而當(dāng)繼續(xù)提高清洗水倍率時(shí)，COD去除率增加并不明顯。

3.3 清洗時(shí)間

清洗時(shí)間代表了一次清洗過程中沉砂在清洗機(jī)內(nèi)筒的時(shí)間，如圖3所示，當(dāng)清洗時(shí)間超過2.5 min時(shí)，COD去除率為96%～97%，相差不大；當(dāng)清洗時(shí)間低于2 min時(shí)，COD去除率下降明顯，當(dāng)清洗時(shí)間為1 min時(shí)，COD去除率僅93.4%。

因此，在污泥清洗時(shí)，清洗機(jī)的清洗水倍率為3、清洗時(shí)間控制在2～3 min時(shí)，其處理后沉砂含水率在30%以下，COD去除率97%以上，污泥分離效果良好。

4 通溝污泥淘洗預(yù)處理工藝在我國的應(yīng)用前景

伴隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市排水管網(wǎng)不斷增加和完善，同時(shí)受建設(shè)工地的揚(yáng)塵和泥漿水排放、生活垃圾管理不善等因素影響，造成我國通溝污泥產(chǎn)生量增加的同時(shí)其污泥組成也與國外有很大不同，因此，在通溝污泥的處置或利用前，必須對其進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)質(zhì)上是改變其性質(zhì)，減少其數(shù)量，以在環(huán)境允許條件下最大可能地將其消減、利用。而淘洗預(yù)處理工藝由于其可同步實(shí)現(xiàn)污泥中大塊磚石、輕質(zhì)浮渣和沉砂的分離，加之其操作方便、處理費(fèi)用低等優(yōu)勢已在我國上海市長寧區(qū)率先應(yīng)用并取得良好的效果，為全國其他地區(qū)的通溝污泥治理提供了示范作用。隨著今后人們對通溝污泥所帶來環(huán)境污染問題的逐漸重視，通溝污泥淘洗預(yù)處理工藝在我國必有廣闊的應(yīng)用前景。

［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.

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［3］婁鵬，劉建.東京下水道的可持續(xù)管理［J］.水利發(fā)展研究，2007，7（5）：51-54.

［4］姚剛.德國的污泥利用和處置（I）［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2000，13（1）：43-47.

［5］陸文雄，李小亮，莊燕，等.摻通溝污泥水泥砂漿體安全性能的研究［J］.粉煤灰綜合利用，2007，29（6）：34-36.

［6］ Hamer K，Karius V.Brick Production with Dredged Harbour Sediments：An Industrial-scale Experiment［J］.Waste Manage，2002，22（5）：521-530.

［7］王國華，張辰，孫曉.《上海市污泥處理處置專項(xiàng)規(guī)劃》介紹［J］.給水排水，2005，31（7）：31-34.

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Elutriation Pre-treatment Technology of Dredging Sludge and Optimization of Its Process Parameters

Zou Jinlin,Shi Guangfu,Cao Weihua,Xie Kui
（Shanghai Municipal Engineering Design Institute (Group)Co.,Ltd,Shanghai 200092）

Main technology of dredging sludge treatment at home and abroad was introduced,as well as limitations of their application in China.According to special characteristics of dredging sludge in China,and combining with operation parameters of dredging sludge treatment in Changning district of Shanghai,process principles,process flows and optimization of control parametersof elutriation pre-treatment technology of dredging sludge were expounded,and application prospects of dredging sludge elutriation pre-treatment technology in China was explored.

dredging sludge；elutriation pre-treatment technology；operation parameter；process flow

X703

A

1005－8206（2011） 02－0042－03

2010-11-26

鄒錦林（1984—），碩士研究生，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，主要從事固體廢物及廢水處理方面的研究。

E-mail：jinlinzou@126.com。

（責(zé)任編輯：劉冬梅）