為了保持排水管網(wǎng)運行暢通，需要定時清撈管道中沉積的大量垃圾，這些垃圾統(tǒng)稱為排水管渠污泥，俗稱“通溝污泥”。管道內(nèi)的沉積物既有隨生活污水和工業(yè)廢水進入管道輸送系統(tǒng)的顆粒物和雜質，也有道路積塵、垃圾以及建設工地排放的泥漿，還有其他雜物，例如樹枝、塑料袋、布片、石塊、纖維、動物尸體、廢棄的瓶子、盒子等。據(jù)資料顯示：上海地區(qū)通溝污泥有機質含量約為17.2%，無機質為82.8%，無機成分明顯多于有機成分；污泥中粒徑＞10 mm的物料約占 25% ~ 30%，粒徑為0.2~10 mm的物料約占20% ~ 25%，粒徑＜0.2 mm的物料約占50%；通溝污泥平均含水率為52.7%，不同的清撈方式會導致含水率變化較大，如采用水力清理時，污泥含水率可達80%~95%。
1 通溝污泥處理現(xiàn)狀
1.1 上海地區(qū)通溝污泥處理現(xiàn)狀
據(jù)統(tǒng)計，上海市浦東新區(qū)每年產(chǎn)生的通溝污泥約54000 m，平均污泥量為150 m/d[3]，大量的通溝污泥存放、處置是個棘手的問題。例如：上海浦東新區(qū)的通溝污泥集中到碼頭收集站后，直接從碼頭送到上海老港填埋場進行填埋處理。因為距離老港填埋場的路程較遠，每天產(chǎn)生大量運輸費用和填埋費用，收集的通溝污泥不僅沒有得到妥善處理，而且每天吞噬著大量土地資源。而且，在通溝污泥的外運處置過程中，也不可避免地存在跑冒滴漏的問題，造成對環(huán)境的二次污染。
上海市水務局印發(fā)的《關于加快推進本市通溝污泥規(guī)范化處置工作的通知》(滬水務〔2016〕1742 號)文件中指出：要規(guī)范通溝污泥的處置，嚴禁隨意傾倒和堆放；同時要加快推進通溝污泥處理設施的建設。上海市水務局印發(fā)的《2019年上海市排水設施管理重點工作的通知》（滬水務〔2019〕208號）文件中指出，要繼續(xù)加大通溝污泥處理設施建設推進力度，2019年完成一定數(shù)量的通溝污泥處理設施建設；未建成通溝污泥處理設施的區(qū)域，應通過購買服務等形式，實現(xiàn)通溝污泥的規(guī)范處置。
1.2 國外通溝污泥處理現(xiàn)狀
目前，發(fā)達國家的通過污泥大多經(jīng)專門的排水管渠污泥處理設施處理，如日本橫濱，排水管渠污泥經(jīng)篩濾、粉碎、磁選、絮凝、沉淀處理后，有機垃圾可用于焚燒，污泥可用于綠化，砂石可用于修路；德國將該污泥篩分后進行機械脫水處理，含固率達到20%以上后大部分用于焚燒處置，其余用于農(nóng)業(yè)或者景觀處置。通過借鑒國外其他污泥處理經(jīng)驗，國內(nèi)現(xiàn)有通溝污泥處理技術基本采用淘洗+篩分的物理方法。該模式的原理是利用水力和機械力、重力分選結合粒度分選，將通溝污泥分離為砂、污泥等相對單一、穩(wěn)定的成分，不僅性質上發(fā)生很大變化，且總量上也得到了大幅度的減少，為其資源化利用創(chuàng)造條件。
隨著國內(nèi)各地通溝污泥項目的運行，問題逐漸顯現(xiàn)，通溝污泥的處理技術面臨著新的挑戰(zhàn)。本研究將從通溝污泥處理技術的角度出發(fā)，以時間為序，著重討論通溝污泥技術發(fā)展的狀況，以期為從事該行業(yè)的相關設計人員提供參考。
2 通溝污泥處理技術的發(fā)展
2013年北京引入德國的篩分設備，完成國內(nèi)第一個采用先進處理工藝，對通溝污泥進行系統(tǒng)化資源處置的項目，對通溝污泥進行淘洗和篩分，高效分離出不同顆粒尺寸的有機物、砂礫和污泥，減少了管網(wǎng)系統(tǒng)進入污水處理廠砂量的同時，回收了一批可作為建材的無機砂粒。隨后類似的工藝又在上海、深圳、蘇州等地得到了實施。隨著對通溝污泥處理要求的不斷提升，排放尾水中超細砂的回收問題、大塊物料清理問題、淘洗水資源回收問題等先后得到了解決。在整個發(fā)展過程中，通溝污泥處理技術經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段：
2.1 第一代通溝污泥處理技術
在早期項目中，對管網(wǎng)污泥的要求是對通溝污泥進行減量化、無害化、資源化。針對這個要求，設計理念如下：
（1）將污泥中的大于100 mm的大塊故障物質進行分離，對成分復雜的通溝污泥進行勻化和軟化處理，保障后續(xù)的設備穩(wěn)定運行；
（2）對通溝污泥中顆粒物質進行逐級分離，實現(xiàn)減量化、無害化、資源化：先分離出粒徑大于10 mm的粗大物質；再將通溝污泥中0.2～10 mm的無機砂礫分離，同時對無機砂礫進行淘洗，控制有機燒失量低于3%，作為資源回收利。
采用的工藝流程如圖1所示，工藝流程說明如下：
（1）由罐車將管網(wǎng)中清淘出的疏浚污泥通過人工格柵（柵隙100 mm）進入到污泥儲存池中，其中大于100 mm以上的大塊物料，如石塊、木塊、各種生活垃圾等經(jīng)人工收集后外運處置。污泥儲存池中的暫存污泥采用全自動抓斗分批次運輸至喂料裝置內(nèi)，喂料裝置定量向洗滌轉鼓裝置喂料。
（2）洗滌轉鼓裝置通過孔徑為10 mm的轉鼓篩網(wǎng)和沖洗水的聯(lián)合作用能夠將通溝污泥中尺寸大于10 mm的粗大物質，如垃圾袋、垃圾和石塊等分離出來。該粗大物質可與人工格柵分離出的大塊物料一同外運至環(huán)衛(wèi)部門處置：其中，一些大型有機物質，例如塑料袋、木塊等可被篩分出來，可進行焚燒處理；剩下的物料，如比重較大的顆粒直徑大于10 mm的石塊和石礫，可進行簡單填埋處理。經(jīng)洗滌轉鼓裝置分離后的泥砂（粒徑小于10 mm）隨著沖洗水流入洗砂裝置進行比重分選處理和洗滌處理。
（3）洗砂裝置通過COANDA比重分選機理對泥砂中的有機污泥和無機砂粒進行分選，經(jīng)沉淀壓榨后分選出的0.2~10 mm的細砂，有機燒失量低于3%，可長期存放并作為低檔建筑材料或路基材料回收利用。該過程中大于0.2 mm的砂礫回收率可達95%以上。0.2 mm以上粒徑的顆粒基本可以完全去除。
（4）一些粒徑小于0.2 mm的物質隨著洗砂裝置的清洗液一同進入污水處理廠進行集中處理。
（5）洗滌水可采用回用水/中水。如果采用河水，可經(jīng)過精細格柵過濾后進入回用水池，作為洗滌轉鼓裝置和洗砂裝置的沖洗用水。
通過對成分復雜的通溝污泥進行洗滌篩分處理后，每30噸進料經(jīng)過處理后分離出粒徑大于100 mm和10~100 mm的物質約2.0~2.5 噸，含水率不超過40%；0.2~10 mm粒徑的砂礫約3～4.5噸，含水率不超過20%，該部分物質可長期存放，無臭味，可作為低檔建筑材料或市政回填砂回收利用。各工段圖和各階段篩分的物質詳見圖2和圖3。洗砂裝置的去除效果詳見圖4。從圖4可以看出，經(jīng)過洗砂裝置處理后，出水中大于200 μm的顆粒基本全部被去除，且出水中75～200 μm的顆
粒比例也同時下降，說明該裝置對于超細砂的顆粒也有部分的去除效果。
第一代通溝污泥處理技術特點如下：
（1）以資源化、減量化、無害化為核心理念，采用預處理+回收利用聯(lián)合處理方式，能夠更好地實現(xiàn)對通溝污泥的處置，響應政府環(huán)保政策；
（2）核心工藝設備如喂料裝置、洗滌轉鼓裝置、洗砂裝置采用德國精密機械設備加工制造，設備經(jīng)久耐用，故障率極低，運行維護方便，篩分效果好[6]；
（3）設備全密閉，能夠更好地收集臭氣，有效解決了工作環(huán)境的惡臭問題；
（4）設備篩分過程中設置的精細沖洗裝置，使得各種篩分物質很干凈、無臭味，生活垃圾和大塊物質填埋處理時不易產(chǎn)生二次污染；砂礫有機燒失量小于3%，便于后續(xù)資源回收處置。
2.2 改進的通溝污泥處理技術
該技術在上海、北京、蘇州等多個城市的通溝污泥處理站中進行了應用。各個站點因思路與要求不同，工藝也略有不同，根據(jù)大量的經(jīng)驗總結，本研究歸納了以下幾個不同點，總體改進流程詳見圖5。
2.2.1 超細砂沉積
有些站點不需要過分承擔后續(xù)處理任務或者考慮超細砂由污水處理廠其他工藝合并處理，所以在通溝污泥處理工藝中未配置超細砂處理工藝段。但是超細砂的沉積遠超想象，對日常運行帶來極大困擾。以某項目為例，在實際運行過程中經(jīng)處理后的尾水會先經(jīng)過污水泵站的集水池，由于泵站運行和通溝污泥處理裝置的錯峰運行，通溝污泥處理后的尾水在泵站進水池有約2~3 h的靜置沉淀時間，尾水中98%的顆粒會沉積，這些微小顆粒一旦沉積板結，水泵難以抽吸，影響了水泵和集水池的正常使用。
某通溝污泥處理站運行3年來，集水井已清撈100 m3的超細砂，該超細砂（粒徑小于 200 μm）影響了水泵站和集水池的正常使用，增加了管道和集水池的維護費用。另外，排水管網(wǎng)中超細砂（顆粒直徑小于 200 μm）的高含量導致國內(nèi)活性污泥中MLVSS/MLTSS處于較低水平（0.3~0.6，正常值為0.6~0.8），影響了污水生化處理的效率[8]。因此，排水管網(wǎng)中超細砂的去除對于市政污水處理有著顯著的意義。
改進措施：該尾水為通溝污泥洗砂水，污泥中大量的有機物進入該水中。除了有機物，還有大量的超細砂礫存在。據(jù)分析，尾水中含砂率為0.4%~0.5%，小于 200 μm的細砂體積占比約75%以上[6]。因此該部分廢水可以通過處理后降低超細砂含量。洗砂分離過程中，200 μm以上的細砂被分離后出水中會存在有機浮渣，該部分有機浮渣會對后續(xù)旋流分離裝置造成影響，因此，在洗砂裝置后設置精細過濾裝置（柵隙3 mm），將尾水中有機顆粒物質（粒徑3~10 mm）分離出來，通過螺旋輸送機壓榨后排出。過濾裝置的濾液泵入到水力旋流分離器進一步分離處理，將水中75～200 μm的超細砂分離，然后進入砂水分離器沉淀壓榨后排出。
改進效果：蘇州某通溝污泥項目，經(jīng)過精細過濾裝置后，有機顆粒物質（粒徑3~10 mm）被分離出來，該部分物質有機含量高（70%～80%），含水率約60%。尾水中污泥體積在改進前后有明顯的減少，尾水中有約40%的沉積物得以去除。水力旋流和砂水分離裝置工段的去除效果詳見圖6，分離出的超細砂有機燒失率為12%，如果經(jīng)過洗砂后，可將有機燒失率降低到3%以下。從圖6中可以看出，經(jīng)過水力旋流和砂水分離器處理后，出水中75～200 μm直徑的顆粒明顯比例降低，由15.73%降到8.89%，幾乎減少一半的比例；50～75 μm直徑的顆粒比例基本保持在16%~17%左右；小于50 μm直徑的顆粒比例由65.68%增大到74.69%。從這些數(shù)據(jù)可以看出，水力旋流和砂水分離裝置工段對于去除75～200 μm直徑的顆粒有明顯的效果。
經(jīng)改進處理后，每60噸通溝污泥產(chǎn)生約1~1.5噸有機柵渣，約0.5~1噸超細砂。上海某通溝污泥處理站自運行2個多月以來，已分離出4.5 m3的超細砂，極大地緩解了管道沉砂壓力。各裝置設備圖和分離的柵渣詳見圖7。
左圖為顆粒分布圖，右圖為不同尺寸顆粒體積比例圖
2.2.2 沖洗水回用
大部分項目經(jīng)過精心選址后有低成本的沖洗水，同時考慮整套工藝的成本控制及穩(wěn)定性，均沒有采用回用水系統(tǒng)，但是洗砂裝置需要的沖洗水量較大，約為通溝污泥處理量的7~9倍。本著節(jié)能減排的原則，將處理后的尾水進行循環(huán)回用。
改進措施：將經(jīng)過精細格柵裝置處理后的出水，經(jīng)沉淀后上清液可作為要求不高的洗滌轉鼓裝置沖洗水。
改進效果：優(yōu)化后的通溝污泥處理工藝節(jié)約新鮮沖洗水 40 m/h，提高了廢水重復利用率[10]。
2.2.3 增加污泥儲存池分層功能
新鮮的通溝污泥含水量較高，經(jīng)過一段時間的自然沉降后，污泥分層顯著。有資料表明，一般通溝污泥經(jīng)過24 h沉降后含水率可從80%降至70%以下，這表明通溝污泥可以通過重力濃縮進一步降低含水率。人工格柵上的大塊物質產(chǎn)量大，人工收集效果不高。
改進措施：提高污泥儲存池的停留時間，在儲存池內(nèi)增設5 mm的格柵，將儲泥池分隔為大顆粒物質沉積的濃縮池和小顆粒懸浮的取水池，待靜置污泥減量后，啟動抓斗將污泥運輸至洗滌轉鼓處理；將人工格柵修改為水平振動篩網(wǎng)，將大尺寸磚塊、樹枝等雜物自動分離到集渣筐內(nèi)。
改進效果：實施污泥沉降措施后，上海某通溝污泥處理站的洗滌轉鼓裝置日處理量由60 t/d降至30 t/d，運行時間由原來的10 h降至 5h，沖洗水用量減少50%。該措施亦顯著降低后續(xù)洗砂裝置的消耗量，每日可節(jié)省用電 9.7 kWh。
2.3 第二代通溝污泥處理技術
水力旋篩+砂石分離的通溝污泥處理技術已經(jīng)在上海、蘇州、北京等地得到了較多的應用。對于已實施的項目，各排水站普遍反饋良好，整體設備達到設計要求，故障率低、出砂穩(wěn)定。但是隨著項目的深入實施，要求也在不斷提高。例如超細砂雖然已分離，但是未經(jīng)洗滌，里面有機物含量高，如圖7d所示，不能直接被資源化利用；某些項目中通溝污泥油脂含量較高，影響超細砂沉淀的效果等問題。針對這些問題，HUBER推出了第二代處理技術。其設計理念是：增加除油裝置和洗砂裝置，提高超細砂的資源化利用率，其工藝路線如圖8所示。
工藝流程說明：
經(jīng)過精細格柵裝置分離出3~10 mm有機柵渣后，濾出液進入高效沉砂池，詳見圖9，通過曝氣將廢水中的油類物質在氣泡作用下上浮到水面，然后通過撇渣裝置收集，進入到排放貯水池。廢水中的超細砂沉降到底部，采用水下螺桿排出到集砂槽后，經(jīng)過排砂泵排入到超細洗砂裝置中。高效沉砂池對75 μm以上的超細砂去除率可達95%以上，通過洗砂裝置，可將砂礫的有機燒失率降到3%以下，出砂較為潔凈，直接作為資源回收。
經(jīng)過該工藝處理后，預計每60噸通溝污泥，可分離1~1.5噸超細砂（75～200 μm），將比第一代改進工藝中超細砂的產(chǎn)量提高一倍，且能提供干凈的超細砂，無惡臭，可長期保存，可直接作為資源回收；同時將廢水中的油類物質分離，便于尾水根據(jù)排放需要做進一步的處理。
3 結論
（1）針對目前現(xiàn)有的通溝污泥含砂量高的特點，采用水力旋篩+砂石分離的技術能滿足條件，可將污泥中95%以上的0.2~10 mm的細砂分離，該細砂有機燒失量小于3%，且同時能分離大于100 mm和10~100 mm的物質。
（2）根據(jù)不同需求，結合現(xiàn)場實際情況，對通溝污泥技術進行了分析和改進。經(jīng)過改進措施后，超細砂沉積集水池的問題得到解決，污水泵站管網(wǎng)清洗工作得到緩解；沖洗用水部分回用，實現(xiàn)了節(jié)約資源的原則。
（3）針對運行后期可能出現(xiàn)的超細砂資源化利用問題和尾水達標排放問題，增加了高效沉砂池裝置，將原有的水力旋流+砂水分離器替換為超細洗砂裝置，這樣能使超細砂也得到充分清洗，可直接資源回收利用，提高了資源回收利用率；同時可實現(xiàn)污泥中油渣的分離收集，便于后續(xù)進一步處理。
隨著城市化水平的提高，通溝污泥產(chǎn)量逐年上升，在泥量和處置雙重作用下，因地制宜地選擇集約化的處理處置途徑已勢在必行。在原有的通溝污泥處理工藝基礎上，以國內(nèi)通溝污泥政策為向導，不斷地調(diào)整和改進工藝路線，以期實現(xiàn)通溝污泥的減量化、無害化、資源化的應用。
來源：琥珀環(huán)保
