機動車清洗污泥處理技術(shù)研究

陳 剛，劉新力，宋義林，賈學(xué)斌

（黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院，哈爾濱 150080）

?

機動車清洗污泥處理技術(shù)研究

陳 剛，劉新力，宋義林，賈學(xué)斌

（黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院，哈爾濱 150080）

摘要：介紹了洗車污泥的特點和采用超聲波、絮凝、氣浮、紫外線消毒以及疊螺式脫水多項技術(shù)方法結(jié)合的洗車污泥處理技術(shù)，指出采用該污泥處理技術(shù)適合我國洗車污泥處理國情特點，可實現(xiàn)多項技術(shù)方法聯(lián)合作用，優(yōu)勢互補。污泥氣浮處理、紫外線消毒和疊螺式脫水關(guān)鍵技術(shù)對提高洗車污泥處理效果，降低處理成本，防止二次污染起到關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：洗車污泥；氣浮處理；紫外線消毒；疊螺式脫水

污泥通常主要指由各種微生物以及有機物、無機物顆粒組成的絮狀物，污泥是城市污水處理不可避免的副產(chǎn)品［1］。由于長期以來對污水處理后一環(huán)節(jié)的污泥處理不重視，導(dǎo)致由其引發(fā)的二次污染事件頻繁發(fā)生［2］。隨著世界各國城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，污泥的處理處置已成為世界性的社會和環(huán)境問題。污泥既是一種城市垃圾，又是潛在的資源。長期以來，我國往往將污水處理與污泥處理處置分割開來，污泥處理處置工程技術(shù)研究比較落后［3］。缺少成套處理處置技術(shù)設(shè)備，污泥處理和處置已成為我國污水處理必須考慮的重要環(huán)節(jié)。

隨著我國機動車數(shù)量的增加，洗車量不斷加大，洗車污水量也迅速增加，機動車清洗污泥（洗車污泥）產(chǎn)量也隨之加大，在考慮處理洗車污水的同時，洗車污泥的處理處置已成為必須解決的重要課題。針對屬于輕度污染的洗車污泥經(jīng)降解去除等適當(dāng)處理，可制成建筑材料，造田、種植農(nóng)作物，尤其是進行林地、市政綠化等土地利用或進行衛(wèi)生填埋化等綜合處理處置資源化利用。而未經(jīng)妥善處理處置的洗車污泥的排放使城市排水管道的淤泥淤積加重，增加了城市二級污水處理廠污水和污泥處理難度和負擔(dān)，污染環(huán)境及河流、湖泊。

機動車清洗污泥處理技術(shù)研究，不僅對解決目前國內(nèi)機動車清洗行業(yè)洗車污泥處理技術(shù)瓶頸問題及現(xiàn)狀具有重要作用，對實現(xiàn)污泥處理處置資源化將起到技術(shù)支撐作用，對落實科學(xué)發(fā)展觀，保持國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，保護和改善城市環(huán)境具有重大意義。

1　機動車清洗污泥的特點及技術(shù)處理方法

洗車污泥屬輕度污染的污泥，主要為礦物油和洗車用洗滌劑等，含量很微小，重金屬鉻和鉛含量遠低于國家控制標(biāo)準(zhǔn)。由于汽車在行駛過程中沾染了許多的泥土，清洗車輛過程中沉積的污泥數(shù)量相當(dāng)可觀，且洗車污泥含水率很高，液態(tài)污泥含水率為97%左右，成為污泥處理面臨的難題之一。如何處理這些數(shù)量龐大的污泥，使其達到減量化、無害化、資源化，已成為我國環(huán)境界深為關(guān)注的課題之一。

現(xiàn)有洗車污泥處理技術(shù)方法在處理效果、效率、成本等方面難以滿足洗車污泥處理處置資源化利用的問題。在吸收國內(nèi)外污水和污泥處理技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)機動車清洗污泥特性的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了多項適合我國洗車污泥處理的技術(shù)方法。結(jié)合洗車污泥處理技術(shù)，使多項技術(shù)方法聯(lián)合作用，優(yōu)勢互補，處理高效、節(jié)能，運行低成本，無二次污染。該洗車污泥聯(lián)合處理方法，包括對洗車污水初沉污泥采用超聲波、絮凝、氣浮、紫外線消毒以及疊螺式脫水處理，洗車污泥處理技術(shù)工藝流程如圖1所示。

圖1 機動車清洗污泥處理技術(shù)工藝流程圖Fig.1 Technology process flow diagram of disposing the sludge produced by cleaning vehicles

氣浮法是利用高度分散的微小氣泡作為載體去黏附廢水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面實現(xiàn)固液或液液分離的過程［4］。氣浮池具有預(yù)曝氣作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后續(xù)處理或再用，泥渣不易腐化［5］。氣浮法去除懸浮物效果較好，而且與絮凝結(jié)合作用可進一步提高處理效果。

紫外線消毒具有速度快、效率高的特點，紫外線照射幾十秒，大腸桿菌殺滅率即可達98%。同時不影響水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，不增加嗅和味，操作簡單。紫外線對洗車污泥不僅具有滅菌的作用，還具有分解污泥中有機物的作用。

超聲波處理污泥是近年來發(fā)展起來的一種新的污泥處理技術(shù)，超聲波可以分解生物固體，改善膨脹活性污泥絮體沉降性，提高其脫水能力，并且超聲反應(yīng)器可以與其他污泥處理工藝任意組合，與其他污泥處理工藝的聯(lián)合使用具有廣闊的前景［6］。將超聲波震板置于氣浮槽內(nèi)，并將絮凝劑注入氣浮槽內(nèi)，絮凝、超聲波處理同時進行，超聲波處理可促進絮凝劑水解、凝聚和絮凝過程的進行，通過超聲波場的機械振動、空化效應(yīng)及熱作用來破壞污泥的結(jié)構(gòu)，減小固體間的黏附作用，可提高洗車污泥絮凝效果，有利于使污泥中的油和泥砂分離。此外，超聲處理也使得絮凝劑對污泥顆粒的吸附總量增加，這為絮凝過程創(chuàng)造了條件［7］。利用超聲波可以破壞具有良好保水性的污泥菌膠團，使菌膠團內(nèi)部包含水排出，同時保持較大的污泥顆粒。利用超聲波對脫除污泥中的水含量有明顯的作用。超聲改善污泥脫水性能的機理是超聲波通過調(diào)整污泥結(jié)構(gòu)，促使污泥結(jié)構(gòu)重組，改變污泥中水的存在形態(tài)，使污泥中難去除的結(jié)合水釋出，轉(zhuǎn)化成易脫的自由水［8］。對超聲波處理后的洗車污泥進行脫水處理可大幅度提高污泥脫水效果，降低了處理成本，使污泥脫水高效且低能耗。

采用該機動車清洗污泥處理技術(shù)方法可有效提高洗車污泥絮凝效果，減少絮凝劑用量，改善有機物被氧化能力，適用pH值范圍廣，實現(xiàn)洗滌劑快速降解，提高礦物油的去除效果，提高污泥脫水效果，降低了處理成本。有利于實現(xiàn)洗車污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化利用。

2　機動車清洗污泥處理關(guān)鍵技術(shù)

2.1洗車污泥氣浮處理技術(shù)

氣浮過程效果的好壞在很大程度上取決于水中空氣的溶解量和飽和度，以及氣泡的分散程度和穩(wěn)定性。氣泡的數(shù)量、大小直接與溶氣壓力有關(guān)，壓力愈高，空氣在水中的溶解度也愈大，氣泡分散度也愈高、愈均勻［9］。實現(xiàn)氣浮法分離的必要條件之一：必須向水中提供足夠數(shù)量的微細氣泡，氣泡理想尺寸為15～30μm。溶氣釋放氣泡的大小可由下式計算：

式中r——析出氣泡的最小半徑，cm；

P1、P2——分別為溶氣水釋放前后的壓力，10-5N/cm2；

σLG——水氣界面張力，10-5N/cm2；

即析出氣泡的最小半徑r與溶氣水釋放前后的壓力差P1-P2成反比。

上海某流體系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的氣液混合泵適用于含有微細顆粒的含水洗車污泥與空氣的混合加壓溶氣氣浮，可使含有微細顆粒的含水洗車污泥與空氣在泵內(nèi)加壓混合，并可輸送混合氣體和含微細顆粒的液體，體積小，氣液溶解效率高，可達80%～100%，氣泡微細，可達20～30um，可取代傳統(tǒng)的加壓泵、空壓機、大型溶氣罐、射流器及釋放頭等。克服傳統(tǒng)裝置運行不穩(wěn)、大氣泡翻騰等弊端。使系統(tǒng)運行穩(wěn)定、低噪音。

泵流量與氣浮系統(tǒng)處理量有一定的比例關(guān)系，回流量為氣浮系統(tǒng)處理量的15%～50%。將洗車污泥氣浮處理系統(tǒng)設(shè)計為部分回流溶氣氣浮方式，就是將經(jīng)氣浮處理系統(tǒng)處理后的部分含水污泥溶氣后，再返回氣浮系統(tǒng)。這部分返回的含水污泥量通常稱為回流量，也就是氣液混合泵的流量。一般而言，應(yīng)依據(jù)氣浮系統(tǒng)工作能力和溶氣氣浮對氣液混合壓力的要求選用氣液混合泵，可按系統(tǒng)回流量確定氣液混合泵流量，氣液混合壓可選擇為0.35～0.45MPa。洗車污泥氣浮處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 洗車污泥氣浮處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of sludge produced by cleaning vehicles and air floatation disposal system

為了在氣液混合泵污泥進口處能夠產(chǎn)生真空，使空氣在大氣壓作用下進入泵內(nèi)，污泥進口管道上必須安裝污泥節(jié)流閥用以調(diào)節(jié)流量。為避免停泵時氣浮槽內(nèi)污泥經(jīng)氣體進入管反流溢出，氣體進入管應(yīng)安裝單相閥。氣體進入管還應(yīng)設(shè)有氣體調(diào)節(jié)閥，以便調(diào)節(jié)泵進氣量。氣液混合泵排料管路中需安裝氣液分離罐，氣液分離罐的作用：由于注入泵中的空氣中，未能溶解的部分會形成大氣泡在管路中流動，并在壓力調(diào)節(jié)閥門前形成氣窩，影響溶氣效果。在泵的出口管路中安裝氣液分離罐，并在氣液分離罐上安裝自動排氣閥，排除未能溶解的部分空氣。氣液分離罐的大小一般根據(jù)泵的流量設(shè)定，也可根據(jù)泵的出口口徑設(shè)定氣液分離罐容量。在氣浮污泥出口管路末端（即氣浮槽附近）需設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，且以截止閥為宜。溶氣氣浮、溶氣水釋放管路需要根據(jù)處理槽的形狀等考慮。一般筒形處理槽的錐形底部直接安裝立管，氣體吸嘴前需要安裝氣體流量計，以便調(diào)節(jié)和控制吸氣量。

另外，國內(nèi)企業(yè)吸收德國EDUR公司氣液多相流泵技術(shù)生產(chǎn)的氣液多相流泵，具有氣體溶解和液體-氣體混合輸送功能，技術(shù)先進，也可作為該洗車污泥氣浮系統(tǒng)的氣液混合溶氣氣浮泵使用。

2.2洗車污泥紫外光線消毒方法

紫外線消毒方法具有如下優(yōu)點：不需增加化學(xué)藥品，在水中不生成可能有害的殘余物質(zhì)，對空氣和水生生物無影響。在系統(tǒng)操作上，用紫外線消毒具有操作容易，運行管理和維修費用低，另外還具有消毒處理時間短、裝置簡單等優(yōu)點。紫外線消毒是一種非常有發(fā)展前途的中、小規(guī)模消毒方式［1］。

由于洗車污泥特別渾濁，透光性差，紫外線的穿透率低，紫外光線作用效率低，照射效果極差?？蓪⒆贤夤饩€照射器結(jié)構(gòu)設(shè)計為：紫外線發(fā)光管用透明石英套管密封，石英套管外罩不銹鋼外筒體，污泥入口導(dǎo)向管和出口導(dǎo)向管分別設(shè)在外筒圓周形內(nèi)壁切線方向，位于外筒體兩端且位置相對?？墒刮勰噙M入照射器后呈螺旋形繞石英套管環(huán)繞流動，紫外光線對貼近石英套筒管圓柱形外壁處污泥照射，由于污泥作螺旋形循環(huán)流動，紫外線發(fā)光燈管可對污泥分層多次輪流循環(huán)照射，可提高紫外光線照射效率和效果。

采用紫外光線方法對洗車污泥進行消毒處理是將氣浮槽內(nèi)含水洗車污泥泵入紫外線照射器內(nèi)，將氣浮槽內(nèi)含水洗車污泥氣浮殘留空氣氧化劑的氧化作用和紫外光化學(xué)輻射結(jié)合的光化學(xué)氧化法，產(chǎn)生氧化能力很強的自由基，提高氧化反應(yīng)速率和能力，對難降解且具有毒性的小分子有機物去除效果極佳，紫外線不僅有滅菌的作用，還具有分解有機物的作用。

2.3洗車污泥疊螺式脫水技術(shù)

機動車清洗污泥主要特征是含水率高，污泥難脫水的特征制約了污泥有效安全的處理與處置，提高污泥脫水率，有效減少污泥泥餅含水率，成為解決污泥處理的關(guān)鍵問題之一。污泥脫水是去除污泥中的毛細水和表面附著水，從而縮小其體積，減輕其質(zhì)量。國內(nèi)外脫水的機械設(shè)備主要有真空過濾機、板框壓濾機、帶式壓濾機和臥螺沉降離心機［3］。

以上脫水機械存在著脫水性能、占地面積、運行操作上以及使用成本上優(yōu)缺點的差異。真空過濾機是利用抽真空的辦法造成過濾介質(zhì)兩面的壓力差，缺點是附屬設(shè)備較多，工序較復(fù)雜，占地面積大，運行費用也較高。板框壓濾機由板與框相間排列而成，在濾板的兩側(cè)覆有濾布，在板與框之間構(gòu)成壓濾室，污泥由通道進入壓濾室，濾液在壓力下通過濾布，使污泥脫水。板框壓濾機適用于各種污泥，構(gòu)造較簡單，但過濾推動力大，操作比較麻煩，不能連續(xù)工作，產(chǎn)率較低。帶式壓濾機主要特點是把壓力施加在濾布上，用濾布的壓力和張力使污泥脫水，可以連續(xù)生產(chǎn)。但濾布需經(jīng)常性的沖洗，沖洗作業(yè)耗時且浪費水資源。離心機用于污泥濃縮及脫水已有幾十年的歷史，目前普遍采用的是臥螺離心機，其占地面積較小，運行穩(wěn)定，泥固體的回收率高，但動力消耗和噪聲較大，操作運行難度較大［3］。

疊螺污泥脫水機屬于螺旋壓榨脫水機，目前我國在吸收國外疊螺污泥脫水技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對該項技術(shù)的理論研究和實踐，已開發(fā)出擁有自主產(chǎn)權(quán)的疊螺污泥脫水機技術(shù)，確保脫水機連續(xù)穩(wěn)定泥水分離效果。疊螺污泥脫水技術(shù)是污泥脫水領(lǐng)域的一次革新，形成了濃縮、脫水、自清洗一體化的全新分離技術(shù)，為我國污泥處理領(lǐng)域增添了一種先進的脫水模式。

疊螺脫水機的主體是由固定環(huán)和游動環(huán)相互層疊，螺旋軸貫穿其中形成的過濾裝置，前段為濃縮部，后段為脫水部，固定環(huán)和游動環(huán)之間形成的濾縫，螺旋軸的螺距從濃縮部到脫水部逐漸變小，螺旋軸的旋轉(zhuǎn)在推動污泥從濃縮部輸送到脫水部的同時，也不斷帶動游動環(huán)清掃濾縫，防止堵塞。污泥在濃縮部經(jīng)過重力濃縮后，被運輸?shù)矫撍?，在前進的過程中隨著濾縫及螺距的逐漸變小以及背壓板的阻擋作用下，產(chǎn)生極大的內(nèi)壓，容積不斷縮小，達到充分脫水的目的。由于動靜環(huán)連續(xù)錯動能達到筒體內(nèi)自潔的作用，實現(xiàn)了過濾間隙不易堵塞的目的，取代了老一代濾布、帶式濾板的高壓沖洗，大大節(jié)約了用水，螺旋軸低速運轉(zhuǎn)（3～5r/min），減少了設(shè)備的機械磨損，延長了設(shè)備的使用年限，且能耗低、噪音振動小、故障少，操作安全。結(jié)構(gòu)緊湊，占地空間小，具有自清洗功能，不必為防止污泥堵塞而大量用水清洗，特別適用于洗車污泥脫水。

3　結(jié)論

洗車污泥屬輕度污染的污泥，主要為礦物油和洗車用洗滌劑等，含量很微小，重金屬鉻和鉛含量遠低于國家控制標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)降解去除等適當(dāng)處理，可資源化利用。機動車清洗污泥主要特征是含水率高，因此提高污泥脫水率有著重要作用和應(yīng)用價值。采用超聲波、絮凝、氣浮、紫外線消毒以及疊螺式脫水多項技術(shù)方法結(jié)合污泥聯(lián)合處理技術(shù)，適合我國洗車污泥處理國情特點，可實現(xiàn)多項方法聯(lián)合作用，優(yōu)勢互補，處理高效、節(jié)能。

機動車清洗污泥處理關(guān)鍵技術(shù)主要包括：洗車污泥氣浮處理技術(shù)、洗車污泥紫外光消毒方法和洗車污泥疊螺式脫水技術(shù)。對有效節(jié)省洗車污泥處理裝置占據(jù)的空間，提高處理效果和效率，降低處理成本，防止二次污染起到關(guān)鍵作用。

參考文獻：

［1］肖錦.城市污水處理及回用技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：181-373.

［2］朱英，張華，趙由才.污泥循環(huán)衛(wèi)生填埋技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010：3.

［3］兆豐，徐竟成.城市污污水回用技術(shù)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：309-334.

［4］雷樂成，楊岳平，李偉，等.污水回用新技術(shù)及工程設(shè)計［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：127.

［5］唐受印.廢水處理工程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998：59.

［6］許玉東，陳荔英，等.污泥管理與控制政策［M］. 北京：冶金工業(yè)出版社，2010：137.

［7］薛向東，金奇庭，朱文芳，等.超聲預(yù)處理對污泥絮凝脫水性能的影響［J］.中國給水排水，2006，22（9）：101-104.

［8］孫玉琦，羅陽春.超聲波對污泥脫水性能的影響及機理探討［J］.農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（28）：17369-17371.

［9］丁忠浩.有機廢水處理技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：46.

中圖分類號：X703

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-8646（2016）10-0038-04

收稿日期：2016-03-16

基金項目：哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究基金項目（優(yōu)秀學(xué)科帶頭人2013RFXXJ066）

作者簡介：陳剛（1964-），男，黑龍江齊齊哈爾人，大學(xué)本科，研究員級高級工程師，主要從事廢棄物處理與資源化利用技術(shù)研究。

Study on the technology for disposing the sludge produced by cleaning vehicles

CHEN Gang， LIU Xin-li， SONG Yi-lin， JIA Xue-bin
（College of Mechanical and Electrical Engineering， Heilongjiang University， Harbin 150080， China）

Abstract：This paper introduces the characteristics of the sludge produced by cleaning vehicles and the disposal technology that combines ultrasonic， flocculation， air floatation， ultraviolet radiation disinfection and spiral dewatering. It is pointed out that the disposal technology is suitable for China's national conditions.The technology realizes the combined effects of multiple methods and possesses complementary advantages.The key technology of the air floatation disposal of sludge，ultraviolet radiation disinfection and spiral dewatering plays a key role of saving the space occupied by the sludge disposal device， improving the effect and the efficiency of the disposal， reducing the processing cost， and preventing the secondary pollution.

Key words：Sludge produced by cleaning vehicles； Air floatation disposal； Ultraviolet radiation disinfection； Spiral dewatering