技術(shù)綜述 德國下水道通溝污泥處理技術(shù)
導(dǎo)讀
德國針對(duì)下水道通溝污泥的特點(diǎn)，通過洗滌和篩分處理, 不僅可以降低填埋處置費(fèi)用，還可以將這些產(chǎn)品作為次級(jí)建筑原料進(jìn)行回收利用。我國的上海和北京等地已有采用德國先進(jìn)技術(shù)建設(shè)的通溝污泥案例，運(yùn)行效果良好。
1 引言
城市排水管網(wǎng)需要進(jìn)行定期保養(yǎng)和清理。為了保證排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行功能，必須及時(shí)清除下水道管網(wǎng)內(nèi)的沉積物質(zhì)，否則會(huì)導(dǎo)致居民住宅區(qū)內(nèi)或工業(yè)園區(qū)內(nèi)的排水管堵流，有時(shí)甚至在馬路上會(huì)產(chǎn)生內(nèi)澇現(xiàn)象。
如果在下水道內(nèi)無法采用沖浪翻板進(jìn)行沉積物質(zhì)的清理，則必須將這些沉積物質(zhì)從排水管網(wǎng)內(nèi)取出，然后運(yùn)往市政污水處理廠進(jìn)行集中處理，或者單獨(dú)建立通溝污泥處理站進(jìn)行處理，或者不經(jīng)過處理直接進(jìn)行處置。
自從1993年德國市政垃圾技術(shù)指南(TA-Siedlungsabfall) 生效之后, 根據(jù)TASI法規(guī)中附錄B所列出的標(biāo)準(zhǔn)，不符合標(biāo)準(zhǔn)的市政垃圾“必須在垃圾焚燒裝置內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理”。這一法律的試用期是12年，在這段過渡時(shí)間內(nèi)，不符合標(biāo)準(zhǔn)的市政垃圾可以填埋，但填埋費(fèi)用不斷上升。
2005年之后，市政垃圾中的有機(jī)含量(有機(jī)燒失或者總有機(jī)碳) 在填埋之前必須低于5%。也就是說，即只有惰性不能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的垃圾才能進(jìn)入填埋場。
以前未處理的市政垃圾填埋很普通，但隨著新版TASI法規(guī)的完全生效，通溝污泥的處置費(fèi)用將明顯提高。
因此，通溝污泥的處置方向目前十分清楚：必須根據(jù)最新技術(shù)對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行減量化和洗滌處理，從而降低不斷上升的處置費(fèi)用。
通溝污泥含有很高的有機(jī)物質(zhì)，如果直接處置或進(jìn)行填埋將產(chǎn)生很高的處置費(fèi)用。此外，在污水泵站、陰溝井、雨水調(diào)蓄池和馬路輕掃垃圾過程中也產(chǎn)生大量礦化垃圾，這些市政垃圾也必須進(jìn)行相應(yīng)處理和處置。
2 通溝污泥的來源
來自污水管網(wǎng)的通溝污泥主要由有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)礦化物質(zhì)組成，主要來源以下地點(diǎn)：
污水排放管道
馬路上的雨水入口
和污水管網(wǎng)相連接的雨水收集區(qū)域
房頂雨水
其中多數(shù)固體物質(zhì)是有機(jī)性物質(zhì)，主要來自市政污水管道。而一些工廠企業(yè)排出的污水經(jīng)常含有大量無機(jī)固體物質(zhì)，如果不經(jīng)過預(yù)處理就會(huì)直接進(jìn)入下水道管網(wǎng)。從馬路上的排水井內(nèi)，進(jìn)入的固體物質(zhì)主要是礦化物質(zhì)如防滑石礫、路面摩擦碎顆粒、來自非固定性路面的石塊，但同時(shí)也會(huì)含有纖維物質(zhì)、干草樹葉等。根據(jù)不同情況，有時(shí)通過雨水進(jìn)入排水管網(wǎng)的外來物質(zhì)會(huì)對(duì)通溝污泥的組成造成很大影響。
3 通溝污泥的產(chǎn)量和組成
在污水管網(wǎng)內(nèi)沉積的固體物質(zhì)產(chǎn)量波動(dòng)很大，和許多影響參數(shù)有關(guān)，例如管道坡度、形狀，錯(cuò)誤連接的家庭排水管接口，分流制還是合流制，純居民區(qū)還是混合區(qū)域還是純工業(yè)園區(qū)，建筑工地，季節(jié)時(shí)間等。
根據(jù)德國Gallenkemper的研究,在德國合流制管網(wǎng)內(nèi)平均污泥產(chǎn)量是3.6 kg/(人口當(dāng)量˙年)，但德國各地差異很大，波動(dòng)范圍是在0.2 ~ 9.6 kg/(人口當(dāng)量.年)。
關(guān)于通溝污泥的組成，可以總結(jié)如下：
水/礦化顆粒混合物，其中摻混許多無機(jī)和有機(jī)粗大物質(zhì)以及細(xì)小有機(jī)物質(zhì)
有機(jī)燒失含量約占總絕干泥量的10%~30%,有時(shí)甚至比例更高
在很多情況下，沉積物質(zhì)內(nèi)含有有害物質(zhì)，例如重金屬砷和鋅等
4 下水道清理方法
目前市場上已經(jīng)擁有許多先進(jìn)的下水道清理技術(shù)。通過采用這些設(shè)備，可以十分簡單地消除管網(wǎng)內(nèi)的污泥沉積現(xiàn)象。當(dāng)管道坡度很大時(shí)，可以采用沖浪翻板對(duì)沉積物質(zhì)進(jìn)行沖洗清理，并運(yùn)轉(zhuǎn)至市政污水處理廠集中處理。當(dāng)污泥沉積情況嚴(yán)重或者管道坡度很小時(shí)，經(jīng)常采用下水道沖洗抽吸罐車和以下技術(shù)進(jìn)行管道清理(圖1)：
采用沖洗射流掀翻洗滌沉積物質(zhì)
在控制井內(nèi)采用抽吸罐車的象鼻管抽吸取出泥/水混合物
在采用高壓噴頭進(jìn)行下水道清理時(shí)必須根據(jù)現(xiàn)場情況確定工作條件。只有在了解管道直徑、污泥沉積程度和管道形狀之后，才能確定合適的清洗噴頭類型，沖洗壓力(70~140Bar)和沖洗過程的速度。在沉積物質(zhì)十分堅(jiān)固結(jié)實(shí)的情況下，甚至還要求額外采用銑床鉆頭進(jìn)行清理。
5 通溝污泥處理 - 濕機(jī)械法處理工藝
根據(jù)德國循環(huán)經(jīng)濟(jì)法律和德國市政垃圾技術(shù)指南，從下水道取出的固體物質(zhì)如果不進(jìn)行預(yù)處理就不允許進(jìn)行填埋處理。如果這些沉積物質(zhì)在下水道內(nèi)不斷流動(dòng)，則最后將在污水處理廠內(nèi)進(jìn)行集中預(yù)備處理。同樣，如果采用抽吸罐車將排水管道內(nèi)沉積物質(zhì)取出之后也可以運(yùn)往市政污水處理廠進(jìn)行集中處理。
但在許多地方，沒有條件在污水處理廠內(nèi)進(jìn)行通溝污泥的協(xié)同處理。此時(shí)可以選擇合適的處理工藝，在單獨(dú)建造的通溝污泥處理站內(nèi)對(duì)這些沉積物質(zhì)進(jìn)行專門處理。
根據(jù)德國污水處理協(xié)會(huì)2012年最新版的技術(shù)規(guī)范M369，必須采用濕機(jī)械法處理工藝對(duì)通溝污泥進(jìn)行整套處理。
一般情況下采用抽吸沖洗一體化罐車將通溝污泥從下水道管網(wǎng)內(nèi)取出。此時(shí)，固體物質(zhì)會(huì)在清理罐車內(nèi)沉淀，但最后連同上清液一起進(jìn)入濕機(jī)械法處理裝置。在處理之前，可以將上清液體排入污水渠或直接泵送通溝污泥處理裝置。然后再將罐車內(nèi)的沉積物質(zhì)倒入進(jìn)料接受倉。因?yàn)橛袝r(shí)車輛是在集中時(shí)間段內(nèi)工作，此時(shí)必須注意，卸料時(shí)不能消耗過多時(shí)間。
圖2顯示了濕機(jī)械法處理工藝流程。一般因?yàn)榘踩ぷ髟颍谶M(jìn)料接受倉必須安裝柵條網(wǎng)，柵距一般在100~200mm, 可將一些特別大的故障物質(zhì)(如果存在)分離取出。
料倉的設(shè)計(jì)體積必須能夠容納最大供貨物料量。與此同時(shí)，還必須考慮物料運(yùn)輸和季節(jié)變化情況。料倉底部傾斜角度的選擇必須能夠保證不會(huì)產(chǎn)生固體物質(zhì)產(chǎn)生沉積或搭橋現(xiàn)象。在料倉內(nèi)部應(yīng)該安裝合適的喂料運(yùn)輸設(shè)備，使固體物質(zhì)能夠安全地進(jìn)入后續(xù)安裝的粗物料篩分裝置。
在粗篩分裝置內(nèi)，可將粒徑>10mm的篩上物分離取出并進(jìn)行洗滌處理。此時(shí)一般都采用轉(zhuǎn)鼓篩網(wǎng)或洗滌轉(zhuǎn)鼓。特別是洗滌轉(zhuǎn)鼓十分適合通溝污泥的處理，在對(duì)粗大物質(zhì)進(jìn)行分離的同時(shí)，所有其他物質(zhì)也不斷受到勻化洗滌處理。
過濾后的混合物料進(jìn)入洗砂裝置。通過注入洗滌用水，可在洗砂裝置內(nèi)同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)處理過程：砂水分離，礦化物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的分離。在通常情況下，利用礦化物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)之間的密度差進(jìn)行分離。洗滌分離出來的礦化物質(zhì)隨后通過脫水處理之后投入垃圾集裝箱內(nèi)。為了能夠回收利用，這些洗滌處理之后的細(xì)砂物質(zhì)中有機(jī)含量必須始終低于3% (圖3和圖4)。
通過額外配置篩分裝置，可將這些礦化固體物質(zhì)按顆粒大小進(jìn)一步分成細(xì)砂、砂礫和石礫。
在洗滌水內(nèi)主要含有溶解性有機(jī)物質(zhì)，但同時(shí)含有粗大有機(jī)物質(zhì)和泥粉物質(zhì)。這些過程水可以在現(xiàn)場(例如在污水處理廠內(nèi))進(jìn)行清理，或者再排入污水渠內(nèi)。洗滌用水的消耗量和所選擇的工藝流程和設(shè)備配置有關(guān)，差異較大。其中較大部分的洗滌水可通過精細(xì)過濾裝置的處理重新循環(huán)利用。
各單一工藝處理步驟和相應(yīng)裝置設(shè)備見表1。
6 通溝污泥處置
通過濕機(jī)械法處理之后的礦化物質(zhì)可以通過以下途徑被處置。
6.1 物質(zhì)回收
如果礦化物質(zhì)不含有毒物質(zhì)或重金屬,則可作為低檔建筑材料用于
馬路建造
水渠建造
埋管材料
土壤生態(tài)修復(fù)時(shí)采用的基地材料
人工景觀
6.2 填埋處理
德國2012年的新版垃圾填埋法已經(jīng)明確規(guī)定,只有有機(jī)含量低于3%的物質(zhì)才能進(jìn)入填埋場。因此在所有通溝污泥處理系統(tǒng)內(nèi)都必須強(qiáng)制性配置洗砂裝置。
通過濕機(jī)械法處理之后的礦化物質(zhì)可以持續(xù)穩(wěn)定地保證有機(jī)含量低于3%，從而可被認(rèn)為是建筑垃圾(填埋等級(jí)1)，填埋處置費(fèi)用相對(duì)便宜。
7 其他市政礦化垃圾的處理
7.1 陰溝井內(nèi)的固體垃圾物質(zhì)
陰溝井的主要功能是截留隨雨水?dāng)y帶來自馬路、人行道和廣場的固體垃圾物質(zhì)，但一般情況下只能截留一些粗大固體物質(zhì)。根據(jù)所采用的陰溝井構(gòu)造形式，可將固體物質(zhì)收集在污泥濾筒內(nèi)(干收集方法)或者污泥收集井(濕干收集方法)內(nèi)。絕大部分細(xì)小物質(zhì)則進(jìn)入下水道管網(wǎng)系統(tǒng)。
陰溝井一般每年清理1~3次。根據(jù)德國Gallenkemper的調(diào)查，每年人均產(chǎn)量為2.1kg/(人口當(dāng)量.年)，波動(dòng)范圍是0.3~9.9kg/(人口當(dāng)量.年)。但因?yàn)檫@些陰溝井只能收集粗大固體物質(zhì)，細(xì)小固體物質(zhì)基本都進(jìn)入下水道，實(shí)際產(chǎn)量應(yīng)該大于這一數(shù)值。
陰溝井內(nèi)涵物的組成在很大程度上和所在地方有關(guān):建筑工地、市中心、具有綠化面積的居民區(qū)等。此外，陰溝井內(nèi)涵物的組成和年季節(jié)時(shí)間有關(guān)：
冬天在北方地區(qū)的路面上會(huì)撒許多防滑砂礫
在秋天，路面上會(huì)有大量樹葉樹枝
在旅游季節(jié)，市中心會(huì)產(chǎn)生大量消費(fèi)垃圾和馬路損壞之后的建筑垃圾
陰溝井內(nèi)涵物在一般情況下可以采用濕機(jī)械法來處理，與通溝污泥的處理方法幾乎一致。處理之后的主要產(chǎn)品是礦砂，可以回收利用或填埋處理。在處理過程中產(chǎn)生的粗大有機(jī)物質(zhì)必須進(jìn)一步作堆肥或焚燒處置。
7.2 污水泵站和雨水調(diào)蓄池內(nèi)的沉積污泥
在污水泵站和雨水調(diào)蓄池內(nèi)的沉積物質(zhì)，其組成和來源幾乎和通溝污泥一樣。在通常情況下，操作保養(yǎng)人員在雨季之后采取相應(yīng)措施將這些物質(zhì)重新注入下水道管網(wǎng)或采用清理罐車運(yùn)往市政污水處理廠進(jìn)行集中處理。
在分流制管網(wǎng)內(nèi)，在雨水管網(wǎng)和雨水調(diào)蓄池內(nèi)的沉積物質(zhì)可以采用水泵送往污水管網(wǎng)或采用清理罐車運(yùn)往市政污水處理廠進(jìn)行集中處理。
這些物質(zhì)的處理方法、處置途徑和通溝污泥完全一樣。
8 總結(jié)
根據(jù)目前在北京、上海和天津等各大城市對(duì)通溝污泥的調(diào)查分析知道，目前絕大部分的通溝污泥未經(jīng)處理便運(yùn)往填埋場，不僅產(chǎn)生昂貴的人工和運(yùn)輸費(fèi)用，還每天吞噬大量的國家土地資源。
從這些物質(zhì)的組成分析知道，絕大部分物料是無機(jī)礦化物質(zhì)，但受到許多糞便有機(jī)物質(zhì)和一些粗大雜物的污染。
因此，目前亟需對(duì)各大城市的通溝污泥, 包括來自污水泵站和雨水調(diào)蓄池的沉積污泥，陰溝井的內(nèi)涵物質(zhì)進(jìn)行洗滌處理和減量化處理，并盡可能對(duì)處理之后的礦化物質(zhì)進(jìn)行回收利用。即使在無法對(duì)這些礦化物質(zhì)進(jìn)行回收利用的情況下，這些物質(zhì)也能送往建筑垃圾填埋場，從而大幅降低對(duì)環(huán)境的污染程度。
通過對(duì)這些物質(zhì)的減量化處理和降低處置費(fèi)用，可以每年為國家節(jié)省大量處理處置費(fèi)用。德國許多供貨商在這個(gè)處理領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)累積了幾十年的工作經(jīng)驗(yàn)，可以向用戶提供高性能的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，并根據(jù)具體項(xiàng)目性質(zhì)提供量體裁衣式的整套處理方案。
