通沟污泥全周期处理处置技术体系研究_毋兆颖.pdf
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1、通沟污泥是排水管网疏浚养护过程中产生的高含水率固体废弃物,对其进行妥善处置成为城市水环境安全的重点难点之一。由于目前已开展的相关研究工作有限,因此研究构建通沟污泥全周期处理处置技术体系十分必要。通过梳理上海、北京等地通沟污泥处理处置现状,借鉴相关应用投产案例,分析通沟污泥处理处置方面存在的共性问题,从通沟污泥产量预测、处理处置工艺选择、设施规模及选址确定、“三废”治理 4 个方面构建通沟污泥全周期处理处置技术体系。并以福建省泉州市为例,对通沟污泥全周期处理处置技术体系进行应用分析,以期提供规划设计思路,实现通沟污泥的减量化、无害化和资源化。关键词:通沟污泥;产量预测;处理处置工艺;设施规模及选
2、址;“三废”治理;全周期技术体系中图分类号:X 705文献标志码:AResearch on the Whole Cycle Technical Treatment and Disposal System ofDredging SludgeWu Zhaoying1*,Zhou Yanling2,Pan Xiaoyue2,Jin Yixin2,An Ye2,Liu Liqun2,Wang Dezhen2(1.China Urban Construction Design&Research Institute,Beijing 100120,China;2.Beijing Tsinghua T
3、ongheng Urban Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Beijing 100085,China)Abstract:Dredging sludge is a sedimentary sludge with high moisture content generated during the dredging andmaintenance of the drainage pipe network.It has become one of the significant difficulties to dispose properly forpro
4、tecting urban water environment safety.Because of the limited relevant research,it is necessary to study andconstruct a full-cycle dredging sludge treatment and disposal technology system.Based on the analysis of the currentsituation of sewer sludge treatment and disposal in Shanghai and Beijing etc
5、.and reference to relevant practical cas-es,common problems were analyzed.A full-cycle dredging treatment and disposal technology system was createdfrom four aspects of sewer sludge production prediction,treatment and disposal process comparison and determina-tion,facility scale and site selection a
6、nd three wastes treatment.Taking Quanzhou City in Fujian Province as an ex-ample,this study explored the construction of a full-cycle sewer sludge treatment and disposal technology system inorder to provide ideas for planning and design process to realize the reduction,harmlessness and resource util
7、iza-tion of dredging sludge.Key words:dredging sludge;production forecast;treatment and disposal process;scale and site selection of facili-ties;three waste treatment;the whole cycle technical system第3期城市排水管道精细化养护和管理作为城市水环境综合治理的重要内容,疏通清淘排水管道所产生的通沟污泥量不断增加。而通沟污泥的传统处理处置方式暴露出的弊端日趋严峻1。因此,以实现通沟污泥的减量化、稳定化和
8、资源化综合处理为目标,参照德国、日本等发达国家的先进工艺技术,北京、上海、天津等城市率先开展了通沟污泥处理处置技术体系研究,包括“预处理-水力淘洗”“预处理-回收利用”“管网污泥减量化处理工艺”等。虽然国内发达地区通沟污泥处理处置技术已部分应用投产,但通沟污泥全周期处理处置技术体系尚未成熟。笔者基于我国通沟污泥处理处置总体现状,梳理通沟污泥的组分特性及不利环境影响,明确通沟污泥处理处置需求及痛点;借鉴国内相关投产案例预测污泥产量,进而确定处理设施规模,结合区位条件明确处理设施选址和设计;以问题为导向,比选通沟污泥处理处置工艺,并对处理处置过程中所产生的“三废”提出综合治理措施,构建通沟污泥全周
9、期处理处置技术体系。1通沟污泥处理处置必要性1.1组分特性通沟污泥组分特性受排水体制、作业设备、清掏方式、清掏周期等多种因素影响,相对其他来源的市政污泥处理处置难度大。通沟污泥由无机矿化物和有机物质2部分组成,其中有机物质占污泥干重的10%30%,主要来自污水中易沉积颗粒物与杂质;无机矿化物在通沟污泥中占比较高,污泥干重的58%以上为无活性SiO2,主要来自雨水径流中的砂石、工程泥浆以及其他杂质等。此外,通沟污泥的pH在7.18.5范围内2。通沟污泥中粒径小于0.2 mm的颗粒占比在50%以上,其含有金属砷、锌及致病菌等有害物质1。综上所述,通沟污泥以无机成分为主,具有良好的脱水沉降性能,呈弱
10、碱性,含有重金属等有害物质。由于排水体制不同,合流制排水管网及分流制雨水管网在旱季和雨季时通沟污泥产生存在不定时、不定量的特点,进而加大了通沟污泥处理处置的难度。1.2环境影响分析基于通沟污泥的组分特性,其清淤、处理处置过程均会对周边环境产生不利影响。如若清淤不畅,通沟污泥极易造成管道堵塞和污水溢流;如若清淤不及时,通沟污泥堆积易产生硫化氢等有毒有害气体,造成管道腐蚀漏损加大,危及周边土壤和地下水体;如若处理处置不当,在雨季被冲入受纳水体的通沟污泥会造成河道水体黑臭;占比50%以上粒径小于0.2 mm的通沟污泥极易在中途泵站集水池和污水处理厂中沉积,进而加剧设备磨损,增加运维管理成本。2019
11、年,住房和城乡建设部、生态环境部、国家发改委联合发布了城镇污水处理提质增效三年行动方案(20192021年)。在该行动方案的指导下,管网检查和维护工作迅速开展,随之带来河道底泥产生量的增加及市政污水资源化处置方式的改变,管网规范化维护下的通沟污泥处置迫在眉睫。通沟污泥泥量增加对“泥”的无害化处置能力提出了全新考验。鉴于通沟污泥易造成管道堵塞腐蚀、河道水体黑臭、加大处理设备磨损等不利环境影响,同时基于相关政策支持,根据“减量化、无害化、资源化”的原则,优化通沟污泥处理处置技术研究,健全运维管理机制,构建通沟污泥全周期处理处置技术体系十分必要。1.3现状需求分析基于现有调查研究,国内通沟污泥处理处
12、置普遍存在以下3类共性问题:1)通沟污泥与污水处理不同步。通沟污泥处理水平明显落后于污水处理,通沟污泥处理设施覆盖度不足,清淘后的通沟污泥未能得到妥善安置处理。2)通沟污泥处置出路受限。污泥量与处置方式的矛盾日益加剧,清掏后的通沟污泥普遍采用简易分离浓缩工艺就地回用,污泥资源化水平偏低,环境问题突出。3)通沟污泥系统化处理处置机制不完善。通沟污泥处理处置主要依托工程项目开展,尚未形成系统化的处理处置机制,针对项目实施计划、技术监管、处置责任等相关管理机制有待完善。2国内外通沟污泥处理处置应用概况发达国家通沟污泥多采用独立设置的排水管渠污泥处理设施处理。日本横滨通沟污泥经筛滤、粉碎、磁选、絮凝、
13、沉淀后,有机垃圾可用于焚烧,污泥可用于绿化,砂石可用于筑路3。据统计,德国合流制排水管网平均污泥产量约为3.6 kg/(人口当量 年),根据德国污水处理协会2012年版技术规范M369,毋兆颖等:通沟污泥全周期处理处置技术体系研究183Journal of Municipal Technology第41卷通沟污泥处理系统内应配置洗砂装置,通过湿机械法处理后的通沟污泥有机物含量低于3%,含固率达20%以上,剩余组分用于焚烧或是景观农用4。借鉴国外通沟污泥处理处置经验,目前国内建成了以北京清河、上海市长宁区5、上海市闵行区1、上海市浦东新区6等为代表的通沟污泥处理示范工程,工艺类型主要包括筛分、淘
14、洗脱水和多级分离。污泥经筛分或淘洗脱水处理仅可实现减量化,而经多级分离处理可同步实现减量化、无害化、资源化的目标。依据国内相关投产项目的运行经验,多级分离工艺可实现污泥按粒径、质量逐级分离,分离后的污泥可选用焚烧、建材利用、卫生填埋等处置方式。虽然国内多地的通沟污泥处理处置项目已运行投产,但现状处理厂站受用地面积、服务范围、运输距离等因素影响规模较小,以60 t/d为主,占地面积不超过0.2 hm2。目前,广州市中心城区排水管网总长度约为12.39 km,年产通沟污泥量约为12.39万m3,全市仅有2座通沟污泥处理站,单座处理规模为45 t/d(以含水率80%计);上海市宝山区雨、污水及合流排
15、水管道长度近2 224 km,全区共计年产通沟污泥量约为3.6万m37-8。伴随对通沟污泥处理处置率不断提升的需求,从源头清淤、中途处理到末端处置的全周期闭环运行管理技术体系尚不成熟,处理废水中超细砂(0.2 mm)回收问题、大块物料清理问题、淘洗废水回收问题等逐步成为通沟污泥处理处置工程面临的全新挑战。3通沟污泥全周期处理处置技术思路基于通沟污泥处理处置项目存在的共性问题和技术缺口,笔者依据单位管长产泥量进行通沟污泥产量预测;结合通沟污泥产量、排水管网密度及设施厂站布局,因地制宜选取通沟污泥处理处置工艺;根据通沟污泥产量和设施布局确定设施规模及选址;针对通沟污泥处理处置过程中产生的“三废”提
16、出治理措施,进而构建通沟污泥全周期处理处置技术体系,技术思路如图1所示。图1通沟污泥全周期处理处置技术路线图Fig.1 Technology roadmap of the whole cycle treatment technical scheme of dredging sludge184第3期4通沟污泥全周期处理处置技术体系4.1通沟污泥产量预测通沟污泥产量与排水设施普及率、排水管道疏通率、污泥含水率、单位管长产泥量等因素有关,其中单位管长产泥量是预测通沟污泥产量的关键因素。结合城市相关养护管理部门基础数据,以行政辖区为界,收集拟服务片区内近310年排水设施数量及污泥产量等基础数据。基于现
17、有数据进行排水管道疏通率测算,校核测算值宜满足当地排水设施养护维修年度经费定额的相关要求。若当地基础数据不足,可参照上海市排水管理处对上海市中心城区的调查结果,考虑未来管道清淤技术和管理水平的提高,取排水管道平均清捞污泥量为8 t/(kma),按污泥含水率80%计算。通沟污泥产量按照式(1)进行预测。M=LqD10 000。(1)式中:M为通沟污泥产量,万t/a;L为排水管道长度,km;q为排水管道平均清捞污泥量,若基础数据不足,可以取8 t/(kma);D为排水管道疏通率,若基础数据不足,以150%计。4.2通沟污泥处理处置工艺选择通沟污泥能否得到妥善安置主要取决于清淤方式和处理处置方式的选
18、择。通沟污泥清淤主要采用机械清淤和人工清淤2种方式。当通沟污泥含水率在40%60%时,一般采用机械清淤;当通沟污泥含水率在80%95%时,一般采用人工清淤。当管道淤积严重或坡度太小时,通常采用水力冲刷或抽吸罐车吸取泥水混合物的方式进行清淤9。通沟污泥清淤工作应健全管控机制,明确清掏计划,按片区组织,按年度清掏,结合管网病害诊断、修复,合理开展管网污泥的清掏、处理处置工作。管道清淤养护及污泥处置现场概况如图2所示。通沟污泥处理处置方式的选择与通沟污泥产量、排水管网密度及设施厂站布局有关。在市域层面,a)吸泥车现场清淤b)检查井通沟污泥疏浚c)“脱水固结一体化”处置设备图2管道清淤养护及污泥处置现
19、场概况图Fig.2 Pipeline dredging maintenance and sewer sludge disposal on site各行政区可因地制宜选择集中处理或现场分散处理2种方式。在排水管网密度高、通沟污泥处理需求大的市辖区及各县级市城区内建设通沟污泥处理厂站,实行集中“固定”处理。收运至通沟污泥处理厂站的通沟污泥经处理后将其中的垃圾、砂砾及有机栅渣等进行分离,垃圾运往垃圾处理厂进行处理,砂砾经处理处置后可作为建材原料回用,有机栅渣可进行焚烧处置。其余区域的通沟污泥采用现场脱水固结一体化、现场分级洗砂或其他一体化“移动”处理处置设备等进行分散就地处理。处理后的通沟污泥无机成
20、分以土地利用或建材利用为主要处置方式,无条件地区可采用直接填埋。通沟污泥处理处置方案推荐技术路线如图3所示。4.2.1处理工艺借鉴国内通沟污泥处理典型案例,总结出目前采用的主流处理工艺包括筛分、淘洗脱水及多级分离(水力旋筛砂石分离),3种工艺技术经济指标对比见表1。综合考虑环境影响、污泥减量化和资源化程度、运营效果反馈等因素,推荐采用多级分离工艺。多级分离工艺较筛分工艺和淘洗脱水工艺新增洗砂装置、精细格栅及水力旋流器等设备10,逐级分离出可沉砂砾(0.210 mm)、有机筛渣(110 mm)和超细砂砾(0.2 mm),可有效去除粒径小于0.2 mm的矿化物颗粒,工艺流程较为复杂精细化,因而投资
21、运营成本较高,但占地适中,兼具淘洗脱水工艺和毋兆颖等:通沟污泥全周期处理处置技术体系研究185Journal of Municipal Technology第41卷表1通沟污泥处理工艺技术经济指标对比表2,6,9Tab.1 Comparison of technical and economic indicators of treatment process of sewer sludge工艺处理精度废弃物处置占地运维成本技术管理复杂性环境影响筛分淘洗脱水多级分离可实现10mm以上粗大物筛分,减量化效果较差可实现0.210 mm可沉砂砾及有机筛渣筛分,减量化效果适中可实现0.2 mm以下超细砂
22、砾筛分,减量化效果较好处理废弃物可通过填埋或焚烧进行处置,无害化、资源化利用率低处理废弃物经无害化处置后用于制作基础建材处理废弃物经无害化处置后用于制造水泥和混凝土等建筑材料较大较小适中工艺设备简单,运维成本较低工艺设备较为复杂,运维成本适中工艺设备复杂,运维成本较高简单适中复杂处理过程易散发恶臭,易造成二次污染处理过程易散发恶臭,易造成二次污染环境安全性较高图3通沟污泥处理处置方案推荐技术路线图Fig.3 Recommended technical roadmap of sewer sludge treatment and disposal scheme筛分工艺的优势,可同步实现通沟污泥减量
23、化、无害化和资源化,符合城市可持续发展诉求。同时,鉴于多级分离工艺流程更为精细完备,其对雨季和旱季通沟污泥产量差异及泥质波动有较强的适应性,具有低扰动性,运行更为稳定。多级分离工艺通过筛分、洗涤和过滤等流程将通沟污泥分为无机残渣、有机污泥和污水3部分。其中无机残渣经过洗涤转鼓、洗砂装置和旋流分离器分离后进一步细分为粗大物、矿化物质和可沉砂砾。通沟污泥处理工艺流程如图4所示。图4通沟污泥处理工艺流程图Fig.4 Flow chart of treatment process of sewer sludge4.2.2处置出路通沟污泥处置有一般处置和资源化利用2种方式。一般处置包括露天堆放或填埋;资
24、源化利用包括土地利用和建材利用。露天堆放或填埋会侵占土地资源,且易造成二次污染,未实现通沟污泥的稳定化、资源化,逐渐被淘汰弃用;土地利用和建材利用可实现通沟污泥资源化利用,其环境影响较小,虽然资源化利用处置过程会增加一定的工艺投资成本,但其二次利用需求较广,可实现成本回收,逐步成为主流处置方式。通沟污泥经多级分离工艺处理后,粒径10 mm以上粗大颗粒经分离洗涤后有机组分减少,对土壤186第3期污染风险趋近于零,可用于填埋;粒径0.210 mm可沉砂砾可回收用于制作低档建材;粒径110 mm有机筛渣可土地利用或作为污水处理厂生物处理单元的补给碳源;粒径0.2 mm以下矿化物质可回收用于市政道路路
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