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淄博通沟污泥处理工艺及其资源化利用研究

市政污泥处置 2023-02-13 11:03:07 51845

随着我国政府对排水管理工作的重视,城镇排水管网通沟污泥的处理处置工作也逐步被纳入各地政府的规划中。上海、北京、苏州、深圳等多个城市率先实施了通沟污泥的减量化、无害化、资源化处理工程,在此过程中积累了大量经验。为此,对通沟污泥的来源、产量、危害、处理工艺和资源化等方面的资料进行整理,以期为后续开展通沟污泥处理处置的相关人员提供参考。



01

通沟污泥的性质和危害



1.1 通沟污泥的来源与产量
在管道养护、清淤过程中清捞出来的管道沉积物又被称作通沟污泥,其来源为生活污水、工业废水进入排水管渠系统的颗粒物和杂质,以及进入排水管网的大件垃圾、建筑垃圾、建筑工地泥浆等,其产生具有点多、面广、分散、不定时及量小的特点。排水管网中管道沉积物普遍存在,可根据《城镇排水管渠污泥处理技术规程》(T/CECS 700—2020)对通沟污泥量进行估算,具体算式如下:

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式中:Ma为通沟污泥年产量,t/a;L为管网长度,km;Q为单位长度管网每次清掏量,t/(km·次);N为管网养护频率,次/a。

从式(1)可以看出,通沟污泥的产量与管网长度、管道养护频率以及单位管道长度的产泥量密切相关。通常相关养护管理部门会收集片区内5~10年的排水设施量、养护量及污泥产量等基础数据,对近远期通沟污泥量进行预测。随着我国城市化进程的不断加快,排水系统基础设施建设也同步高速发展,通沟污泥产量也逐年攀升。不同地区单位长度通沟污泥产量的差异主要与污泥含水率、管道养护频率等因素直接相关,同时受到地下水位等因素的影响。此外,随着管道日常维护、清淤工作的加强以及排水管网的逐步完善,排水管网维护清理的制度化和规范化不断加强,通沟污泥的产生量还会不断加大。

1.2 通沟污泥的理化性质
由于通沟污泥来源复杂,成分随城市、用地类型和管道类型不同而有较大的波动,因此,有必要提高对通沟污泥性质的认识,以便为其处理处置提供合适的技术路径与方案。

根据T/CECS 700—2020要求,对通沟污泥的检测指标至少应包括含水率、有机物含量和不同粒径分布。其他参考检测指标也可包括通沟污泥pH、重金属、总氮、总磷、挥发酚、矿物油、粪大肠菌群值等。当检测难以进行时,可对通沟污泥性质进行估计。采用机械作业清淤时,排水管网污泥含水率为80%~90%;采用人工清淤时,排水管网污泥含水率为50%~60%。除此以外,天气条件对通沟污泥含水率的影响也很大,雨季时高含水率(>70%)的情况较为多见,而低含水率(<30%)的情况多出现在旱季或者过渡季节。通沟污泥的pH为6.5~8.5,整体偏中性,有机物占比为3%~35%

通沟污泥的理化性质会对其后续的处理处置工艺造成影响,一般在项目实施前应对通沟污泥进行必要的检测。与市政污水厂的污泥相比,通沟污泥中的有机质含量相对较低,其无机质部分主要由无活性的、含量可达58%的SiO2组成。因此通沟污泥的密度一般为1.10~2.76g/cm3,高于一般污水厂活性污泥的密度(0.5~1.1g/cm3)。

通沟污泥中不同粒径颗粒占比会影响后续处理设备的选择以及分离物的资源化利用方式。根据《建设用砂》(GB/T 14684—2011)和《建设用卵石、碎石》(GB/T 14685—2011)中的规定,对砂的粒径定义范围是0.075~4.75mm,而对碎石的粒径定义范围是4.75mm以上。从资源化角度来看,砂、石的可利用场合最多,因此提取污泥中的砂、石具有较高的经济价值。调研发现,各地通沟污泥中的无机颗粒物质以砂砾的占比更高,上海大多数通沟污泥的砂砾尺寸都小于1mm, 粒径在0.2mm以下的颗粒占50%以上。因此,从资源回收的角度考虑,通沟污泥处理工艺的设计应实现对粒径为0.075mm以上的颗粒进行有效分离和回收。

不同管网类型的通沟污泥性质也存在较大差别。分流制雨水管网的通沟污泥含有较多泥、砂、石等无机物质,污水管网或合流制管网的通沟污泥往往含有较高比例的有机物甚至生活垃圾,分流制污水管道中的污泥较合流制的污泥可能具有更高的含水率,COD和臭气浓度也较高。

不同用地类型也会影响通沟污泥的性质。城市主干道附近的污泥通常砂石较多,居民区的污泥通常有机质含量较高、生活垃圾等较多。而在餐饮密集的商业区则污泥有机质含量高,对砂砾的清洗以及有机物的去除要求较高。

通沟污泥在管道溢流时会对接纳水体造成污染,因此,所含污染物的种类和浓度也应引起重视。除了碳、氮、磷等污染物含量外,通沟污泥中重金属含量也不容忽视。除了重金属可能造成的环境污染外,往往对通沟淄博污泥处置产物或资源化利用产品中的重金属含量也有严格要求。通沟污泥中的重金属含量同样与管网类型有密切关系。合流制管网或居民区、工业区管网的通沟污泥中重金属含量较高,更确切地说是和人类活动密切相关。

1.3 通沟污泥的危害
城市排水管网系统是城市基础设施的重要组成部分,在雨水和污水输送过程中,水中易沉降物质会发生沉积并逐渐累积。这些沉积物会减小管道排水断面、增加水力摩擦,降低管道的排水能力,甚至会堵塞管道,影响输送效率。管道沉积物还对整个排水系统构成许多其他威胁,如增加CH4、N2O等温室气体的排放量,产生挥发性有机化合物(VOCs),消耗污水中的BOD5等。管道沉积物累积还是导致排水系统过载和无计划污水排放的常见原因之一,是雨季溢流导致的面源污染的主要来源。

此外,排水管网中管道沉积物生物膜已被证明是携带抗生素耐药基因(ARG)的细菌和病原体增殖的潜在“窝点”。如具有ARG的耐药菌株和致病菌经废水进入自然界,会给人类健康造成威胁。

1.4 解决措施
针对以上管道沉积物导致的问题,可采用技术手段进行控制或改善。

水力冲洗被广泛用于冲刷管道中的沉积物,并将其输送至下游具备充分自洁条件的管段。冲洗效率主要与颗粒的大小和直径有关,同时由于冲刷的水力条件不会直接影响沉积物中的微生物胞外聚合物,水力冲洗无法完全降低下水道沉积物的黏结强度,导致冲洗效率不高。另外,水力冲洗的初始能量较高,在闸门段下游的管道中观察到了侵蚀效应。而且冲刷后的沉积物中特细砂极易在中途泵站集水池、污水处理厂中沉积,加剧设备的磨损,增加运维费用。因此一般认为管道清淤是维护排水管网的一种更经济、有效的补充方法。其好处不仅在于减小管网堵塞的风险,还可以有效控制管道沉积物带来的污染和负面环境影响。

清淤后的排水管网可大幅降低温室气体CH4排放量,而H2S和VOCs排放、污水碳源消耗和管道污水承载力的损失等问题也会得到缓解。因此,在城市排水管网系统的综合运营新愿景下,管理目标应向更强的可持续性和更少的碳足迹迈进,进而迫切需要一种更主动、更高效的方法来管理管网沉积物,而不是在管网系统出现问题后再进行维护。



02

通沟污泥的处理处置技术



2.1 通沟污泥处理处置工艺分析
近年来密集出台了多部与城市污泥和固体废物处理处置相关的政策与规范,其核心是实现污泥的减量化、资源化和无害化。通沟污泥有机质含量低、灰分高、低位热值低、营养物含量不稳定,不适于农用、土壤改良、园林绿化和焚烧,可经过一定处理后作为建材利用。因此,在通沟污泥最终处置前需要进行相匹配的处理。
通沟污泥的处理技术主要有自然干化、重力脱水和综合处理。自然干化适用于有机质含量低的通沟污泥(如雨水管通沟污泥),且气候比较干燥、降雨时间少、占地不紧张以及环境卫生条件允许的地区。重力脱水适用于含水率较高的通沟污泥(如95%的含水率),经过24h沉积后含水率可减少到70%左右,有利于污泥运输,可作为通沟污泥中转站的污泥减量化工艺。目前一般通沟污泥站都设计污泥储存池,容积按照不小于2 d的处理量设计。

综合处理工艺包括储泥、预处理、粗料分离、砂分离、细料分离和泥处理等环节,一般有水力淘洗和湿式多级分离技术。水力淘洗可以实现大块砖石、轻质浮渣和沉砂的分离,但是对颗粒物的粒径分级程度不够高、耗水量较大、资源化利用程度较低,且设备磨损率较高。湿式多级分离采用水力旋筛+砂石分离工艺,于2013年在北京清河作为全国示范工程成功投入运转,上海市排水管理处在经过比对后主推此工艺,并将其用于浦东区、杨浦区、闵行区、崇明区、金山区的通沟污处理。近几年,该工艺在苏州、深圳和常州等地也陆续得到建设应用。因此,着重探讨该工艺在通沟污泥处理上的发展,以期为从事该行业的设计人员提供设计思路。

2.2 可持续的通沟污泥
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