發(fā)布時(shí)間：2022-01-15所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：日益增長的農(nóng)村污水設(shè)施剩余污泥已成為農(nóng)村污水治理工作開展面臨的新難題，農(nóng)村剩余污泥適合采用多臺(tái)污水設(shè)施共用車載式剩余污泥脫水設(shè)備進(jìn)行脫水后收運(yùn)集中處理，而農(nóng)村道路的寬度和限高以及污水設(shè)施與道路間的距離等是主要的限制因素，因此急需研發(fā)適合農(nóng)村作
摘要：日益增長的農(nóng)村污水設(shè)施剩余污泥已成為農(nóng)村污水治理工作開展面臨的新難題，農(nóng)村剩余污泥適合采用多臺(tái)污水設(shè)施共用車載式剩余污泥脫水設(shè)備進(jìn)行脫水后收運(yùn)集中處理，而農(nóng)村道路的寬度和限高以及污水設(shè)施與道路間的距離等是主要的限制因素，因此急需研發(fā)適合農(nóng)村作業(yè)環(huán)境的小型車載式剩余污泥脫水關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備.本研究的車載式剩余污泥脫水通過主要脫水設(shè)備負(fù)壓運(yùn)行方式，有效減小設(shè)備的尺寸，設(shè)備外觀尺寸為 5.995 m×1.905 m×2.56 m，吸污管道 50 m.結(jié)果表明：可適應(yīng)農(nóng)村的作業(yè)環(huán)境，滿足 90% 以上的農(nóng)村小型污水處理設(shè)施使用.該設(shè)備行駛油耗7.2 L·h -1，工作油耗1.88 L·h -1;脫水后的污泥含水率80%左右.模擬案例表明，車載式剩余污泥脫水設(shè)備脫水收運(yùn)方式比不脫水直接收運(yùn)方式每臺(tái)戶用小型設(shè)施每年可節(jié)省污泥收運(yùn)費(fèi)103.3元，在一個(gè)安裝了4400臺(tái)小型污水設(shè)施的農(nóng)村區(qū)域，每年可節(jié)省污泥收運(yùn)費(fèi)約45.5萬元.
關(guān)鍵詞：農(nóng)村;污水處理;剩余污泥;脫水設(shè)備;車載式剩余污泥脫水設(shè)備
1 引言(Introduction)
至 2018年，我國約有 6.6億農(nóng)村常駐人口，其生活污水總排放量每年約為 80億~90億(t 顏瑾等，2018). 隨著“廁所革命”、“美麗鄉(xiāng)村”等工作的開展，農(nóng)村生活污水處理率快速增長.
農(nóng)村污水處理設(shè)施產(chǎn)生的剩余污泥也逐年增加(Bai et al.，2020;甘玉柱，2020;鄒敦強(qiáng)等，2010)，截至2020年，有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明我國農(nóng)村剩余污泥產(chǎn)量已突破 1400萬 t·a-1 ，這些污泥若處理不當(dāng)，可能影響污水處理設(shè)施的正常運(yùn)行和產(chǎn)生二次污染(楊瑞，2017;王霄等，2021). 農(nóng)村污水處理設(shè)施產(chǎn)生的剩余污泥總體上具有分散面大，含水率高，總污泥量大(Linda et al.，2018)，但單臺(tái)設(shè)施的剩余污泥量小且較長排放周期等特點(diǎn)，單臺(tái)污水處理設(shè)施建設(shè)獨(dú)立的剩余污泥脫水和處理設(shè)施將會(huì)增加農(nóng)村污水處理設(shè)施的成本，且使用頻率低，與農(nóng)村技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件不符(吳愛平等，2009;李銀波等， 2015;徐一嘯，2018;蘇志升等，2021).農(nóng)村地區(qū)常采用將含水剩余污泥運(yùn)往市政污水廠統(tǒng)一處理的污泥處理方式，但面臨運(yùn)輸費(fèi)用高昂的問題(楊小文等，2002).因此，農(nóng)村剩余污泥適合采用多臺(tái)設(shè)施共用車載式剩余污泥脫水設(shè)備進(jìn)行脫水后收運(yùn)，然后運(yùn)往市政污水廠或污泥集中點(diǎn)進(jìn)行處理和處置，以提高設(shè)備利用率和降低運(yùn)維費(fèi)用.農(nóng)村道路通常較窄和限高，且一般只規(guī)劃建設(shè)單車道，寬度一般小于6.5 m，甚至只達(dá)到4 m，一些污水設(shè)施也離道路有一定的距離(尹德智等，2019;馮喆，2020;王永慧等，2021)，尺寸較大且吸程較短的車載式剩余污泥脫水設(shè)備難以適應(yīng)農(nóng)村的作業(yè)環(huán)境.
本研究針對小型污水處理設(shè)施剩余污泥的特征，結(jié)合農(nóng)村作業(yè)環(huán)境對設(shè)備尺寸和吸程的要求，研發(fā)了適合農(nóng)村污水處理設(shè)施作業(yè)環(huán)境的的車載式剩余污泥脫水技術(shù)與設(shè)備，同時(shí)對設(shè)備的主要性能進(jìn)行了測試和分析，以期為農(nóng)村污水設(shè)施剩余污泥的收運(yùn)提供關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備.
2 材料與方法(Materials and methods)
2.1 小型污水設(shè)施簡介及剩余污泥的不同收運(yùn)方式
2.1.1 小型生活污水處理設(shè)施簡介 試驗(yàn)涉及的小型生活污水處理設(shè)施采用AO工藝，包括夾雜物去除區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、沉淀區(qū)、消毒區(qū)，設(shè)備的有效容積約為1.6 m3 .污泥清理的設(shè)計(jì)周期為1~2 次·a-1 ，每次清理需將全部污水吸出.
2.1.2 剩余污泥不同收運(yùn)方式 剩余污泥不同收運(yùn)方式具體工作流程如表1所示.
2.2 車載式剩余污泥脫水技術(shù)與設(shè)備研發(fā)
針對上述農(nóng)村污水設(shè)施剩余污泥脫水收運(yùn)時(shí)對設(shè)備尺寸和吸程的要求，本研究的車載式剩余污泥脫水技術(shù)與設(shè)備通過圖1所示工藝減小尺寸和增加吸程.
①真空吸污泵和脫水設(shè)備等均采用負(fù)壓運(yùn)行;
�、诿撍O(shè)備二次脫水運(yùn)行，抽吸污水的時(shí)候，脫水設(shè)備用于去除大塊雜物，減掉除渣設(shè)備;
�、�1臺(tái)真空泵通過閥門切換實(shí)現(xiàn)吸污和排水功能，減掉水泵;
④儲(chǔ)存池和混凝反應(yīng)池合并，在管道和儲(chǔ)存池內(nèi)進(jìn)行混凝反應(yīng);
�、輨�(dòng)力為液壓傳動(dòng)，減掉柴油發(fā)電機(jī).
針對小型污水設(shè)施的脫水收運(yùn)流程及要求，研究的車載式剩余污泥脫水技術(shù)與設(shè)備的工作有吸污、絮凝、污水回送、污泥排放和3個(gè)輔助過程.具體如下： ①吸污過程：利用真空泵將泥水混合物通過真空管道進(jìn)入脫水設(shè)備，泥水混合物首先經(jīng)過脫水設(shè)備進(jìn)行大型雜物的分離，紙片、塑料和浮渣等雜物進(jìn)入儲(chǔ)泥箱存放;分離的水流向儲(chǔ)存池. ②絮凝過程：分離的水流向儲(chǔ)存池過程中，通過管道投加混凝劑和混合，然后進(jìn)入儲(chǔ)存池，利用水流攪動(dòng)進(jìn)行反應(yīng). ③脫水過程：絮凝反應(yīng)之后，切換閥門，利用真空污水泵，將混凝后的泥水混合物再一次送到脫水設(shè)備進(jìn)行脫水;脫水污泥進(jìn)入儲(chǔ)泥箱存放，脫出水輸送到小型污水處理設(shè)施用于回灌. ④污泥排放：當(dāng)儲(chǔ)泥箱內(nèi)污泥滿時(shí)或作業(yè)結(jié)束后，將該車開到指定地點(diǎn)，啟動(dòng)螺旋輸送器將污泥排出. ⑤其他輔助過程;1)清洗單元，設(shè)有清水箱，作業(yè)人員可以進(jìn)行個(gè)人衛(wèi)生清洗;2)絮凝劑投加單元，設(shè)有藥劑箱和投加系統(tǒng);3)信息收集單元，收集移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)軌跡和工作狀態(tài)等信息.
成型設(shè)備的主要參數(shù)：整體外觀尺寸為5.995 m×1.905 m×2.56 m，底盤采用慶鈴汽車股份有限公司的五十鈴牌QL1040BUHACY型柴油車，油箱100 L;真空泵最大流量4 m³·h-1 ，橢疊機(jī)剩余污泥最大脫水能力約4 m³·h-1 ;吸污管道長50 m.
2.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)模擬分析村落信息
通過模擬對剩余污泥不脫水收運(yùn)方式和脫水收運(yùn)方式進(jìn)行了運(yùn)行成本分析.案例模擬示意圖見圖2.模擬村鎮(zhèn)的信息如下：該模擬村鎮(zhèn)位于長三角地區(qū)，所在區(qū)域1個(gè)鎮(zhèn)21個(gè)行政村，約1.6萬戶，總?cè)丝?.2萬人，區(qū)域面積約為68.17 km2 .該區(qū)域居民居住特征為沿水而居，該區(qū)域內(nèi)共安裝小型生活污水處理設(shè)施4400臺(tái). 收運(yùn)依托鎮(zhèn)區(qū)養(yǎng)護(hù)中心開展，按照每臺(tái)小型生活污水處理設(shè)施每年清掃 1 次計(jì)算 .含水污泥或脫水污泥運(yùn)送至模擬中的污泥集中點(diǎn)視為結(jié)束.
2.4 檢測指標(biāo)與方法
測試指標(biāo)中的含水率(MC)、總固體含量(TS)、揮發(fā)性有機(jī)物含量(VS)、污泥沉降比(SV30)采用國標(biāo)方法進(jìn)行測定(中華人民共和國建設(shè)部，2006);毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)采用 CST 測定儀(Triton 304M CST，Triton，英國)進(jìn)行測定.油耗，運(yùn)行費(fèi)用等通過現(xiàn)場的運(yùn)行情況進(jìn)行測算.
3 結(jié)果與討論(Results and discussion)
3.1 車載式剩余污泥脫水技術(shù)與設(shè)備對農(nóng)村作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性分析
對北京、山東、江蘇和上海農(nóng)村道路寬度、限高的調(diào)研結(jié)果表明 .大部分農(nóng)村村內(nèi)和村周邊的道路寬度僅可容兩輛轎車會(huì)車，部分道路寬度不支持兩輛轎車會(huì)車 .如南方某鎮(zhèn)域村內(nèi)的道路實(shí)地調(diào)查結(jié)果表明，戶用設(shè)施臨近的公路中 10%為 4.5 m寬的瀝青公路， 20% 為 3.5 m 寬的新建村莊水泥路，45% 為 3.0 m 寬的村莊水泥路，25% 為 2.5 m 寬的水泥路 .調(diào)研結(jié)果還表明，南方村落進(jìn)出口很少設(shè)置限高桿，而北方村落進(jìn)出口可能會(huì)設(shè)置限高桿，其高度在2.5 m左右.
對南方某區(qū)域的 300 多臺(tái)小型生活污水處理設(shè)施調(diào)研表明，設(shè)施與公路距離為 0~1 m 占 3.5%，距離為 1~5.m占 7.6%，距離為 5~10 m占 27.0%，距離為 10~20 m占 42.1%，距離為 20~50 m占 10%，距離大于 50 m的占9.9%，即80%的設(shè)施離公路20 m以內(nèi)，90.1%的設(shè)施離公路50 m以內(nèi).
本研究的車載式剩余污泥脫水設(shè)備整車的外觀尺寸為5.995 m×1.905 m×2.56 m，吸污管長50 m.現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境調(diào)研和實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，本研究設(shè)備具有的寬度 1.905 m、高度 2.56 m和 50 m的吸污范圍，可支持在大部分道路上作業(yè)時(shí)會(huì)車，服務(wù)90%以上小型生活污水處理設(shè)施，但北方部分村落由于限高桿的限制，需要協(xié)調(diào)后才能入村作業(yè).
3.2 車載式剩余污泥脫水技術(shù)與設(shè)備主要性能參數(shù)
3.2.1 作業(yè)時(shí)間 現(xiàn)場試驗(yàn)表明，該剩余污泥脫水收運(yùn)設(shè)備對上述每臺(tái)小型污水處理設(shè)施的作業(yè)時(shí)間為：吸污和絮凝時(shí)間為20~25 min，脫水和排放時(shí)間為20~25 min，合計(jì)作業(yè)最大時(shí)間約50 min，加上收放管路，效率約為 60 min服務(wù) 1臺(tái)小型污水處理設(shè)施;儲(chǔ)泥箱約可存儲(chǔ) 10臺(tái)小型污水處理設(shè)施的污泥，滿足全天工作儲(chǔ)泥的需求.
3.2.2 脫水污泥含水率 對3臺(tái)上述小型污水處理設(shè)施的污泥進(jìn)行了取樣和分析，取樣點(diǎn)為夾雜物去除區(qū)(污泥主要集中段)的浮渣層污泥、底部污泥和混合污泥樣品.其污泥的性質(zhì)如表2所示.
由于小型設(shè)施原水未經(jīng)過化糞池預(yù)處理，可在夾雜物去除槽中發(fā)現(xiàn)大塊紙巾和糞便，表層浮渣污泥的厚度為 5~20 cm，底部污泥厚度為 25~ 35 cm.
從表 3 可以看出，3 臺(tái)污水處理設(shè)施中夾雜物去除槽不同位置污泥的 TS 變化較大，濃度為 15.59 ~58.63 g·L-1 ，同時(shí) 3 臺(tái)設(shè)施中均是底泥中 TS濃度最高，浮渣層、底泥、混合泥樣中 TS平均濃度分別為23.10、55.41、52.57 g·L-1 .不同取樣點(diǎn)污泥的 VS 為 14.21 ~46.29 g·L-1 ，與 TS 類似，3 臺(tái)設(shè)施中均是底泥中 VS 濃度最高，且浮渣層、底泥 、混 合 泥 樣 中 VS 平 均 濃 度 分 別 為 17.94、 42.61、37.84 g·L-1
3 臺(tái)設(shè)施里所有樣品的 SV30為 45%~62%，變化范圍不大，底泥中 SV30最高 . 從 CST 來看，3 臺(tái)設(shè)施中浮渣、底泥與混合污泥 CST 為 265.3~412.5 s，屬于相對難脫水污泥，需要添加脫水劑改善脫水性能(謝敏等，2021).
混合污泥的 VS/TS 為 0.57~0.91，有機(jī)物含量占污泥比重高，具有較高的資源化前景.
實(shí)際運(yùn)行過程中，對設(shè)備脫水后的污泥進(jìn)行了含水率測試，結(jié)果見表2.結(jié)果表明，本研究的車載式剩余污泥脫水設(shè)備的脫水污泥的含水率為75%~82%.
多臺(tái)設(shè)施實(shí)測結(jié)果表明，有效容積約為1.6 m3 的上述小型生活污水處理設(shè)施如1年清運(yùn)1次，脫水后含水率為80% 的剩余污泥重約為50 kg
3.2.3 運(yùn)行能耗和工作時(shí)間 實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明：該設(shè)備從停放點(diǎn)行駛至農(nóng)村進(jìn)行實(shí)地測試，廠區(qū)至測試地距離53.4 km加滿100 L柴油，在時(shí)速約50 km·h-1 時(shí)，可行駛6.5個(gè)來回，共計(jì)694.2 km.實(shí)際耗油每百公里 14.4 L或7.2 L·h-1 .
根據(jù)連續(xù)工作實(shí)際測試：對就近 5 臺(tái)小型污水處理設(shè)施開展連續(xù)作業(yè)，6 h 耗油約 11 L，實(shí)際耗油 1.88 L·h-1 .
按時(shí)速約50 km·h-1 進(jìn)行計(jì)算，設(shè)備可連續(xù)行駛的時(shí)間為：
鄉(xiāng)村可行駛時(shí)間=單位油耗距離×(油量/單位耗油量)/速度 =100×(100/14.4)/50=13.89 h
按實(shí)際耗油1.88 L·h-1 進(jìn)行計(jì)算，設(shè)備可連續(xù)行駛的時(shí)間為：
著車作業(yè)時(shí)間=油量/單位耗油量 =100/1.88 =53.19 h
因此，加滿一箱油可以保證連續(xù)在外工作13 h以上，滿足整天工作不需要中途加油的需求.
3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行結(jié)果和預(yù)測，對不脫水直接收運(yùn)方式和車載式剩余污泥脫水設(shè)備脫水收運(yùn)方式的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行測算，結(jié)果見表4.
不脫水直接收運(yùn)方式：對 2.3節(jié)模擬區(qū)域內(nèi)上述小型污水設(shè)施中剩余污泥進(jìn)行不脫水吸污清理 .1臺(tái)吸污車每天可完成4臺(tái)小型污水設(shè)施清理(包括泥水混合物的清運(yùn)以及設(shè)施水的回灌)，單臺(tái)污水設(shè)施清理所需費(fèi)用約238.3元·a-1 .該方式優(yōu)點(diǎn)為現(xiàn)場吸污操作簡單，缺點(diǎn)為需尋找水源回灌污水設(shè)施、泥水混合物的運(yùn)輸量大、泥水混合物需要再次脫水，本分析中含水污泥集中脫水費(fèi)用未計(jì).
車載式剩余污泥脫水設(shè)備脫水收運(yùn)方式：對 2.3節(jié)模擬區(qū)域內(nèi)上述小型污水設(shè)施中剩余污泥進(jìn)行脫水收運(yùn).1臺(tái)移動(dòng)式脫水吸污車每天可完成6臺(tái)小型污水設(shè)施清理，清理單臺(tái)小型污水設(shè)施需花費(fèi)約135元·a-1 . 該方式優(yōu)點(diǎn)為集吸污與污泥脫水為一體，脫出水直接回灌設(shè)備節(jié)省水源及其運(yùn)輸過程;其產(chǎn)出的污泥含水率可至80%左右，減少大量運(yùn)輸量;缺點(diǎn)為脫出水的回灌，設(shè)施需約5~7 d恢復(fù)出水水質(zhì).
模擬分析結(jié)果表明，該區(qū)域通過“不脫水直接收運(yùn)方式”產(chǎn)生的含水污泥約 7000 (t 4400臺(tái)×1.6 t·臺(tái)-1 )，采用“移動(dòng)式脫水收運(yùn)方式”產(chǎn)生污泥約 220 (t 4400 臺(tái)×0.05 t·臺(tái)-1 )，每年可節(jié)省污泥收運(yùn)量為 6780 t.通過 “不脫水直接收運(yùn)方式”每臺(tái)設(shè)施費(fèi)用238.3元·a-1 ，采用“車載式剩余污泥脫水設(shè)備脫水收運(yùn)方式”每臺(tái)設(shè)施費(fèi)用 135元·a-1 ，采用“車載式剩余污泥脫水設(shè)備脫水收運(yùn)方式”每臺(tái)設(shè)施節(jié)省費(fèi)用 103.3元·a-1 ，該區(qū)域每年可節(jié)省污泥收運(yùn)費(fèi)約45.5萬元((238.3元·a-1 ·臺(tái)-1 -135元·a-1 ·臺(tái)-1 )×4400臺(tái)). 4
結(jié)論(Conclusions)
1)本研究的車載式剩余污泥脫水設(shè)備外觀尺寸為5.995 m×1.905 m×2.56 m，吸污管道50 m，適應(yīng)農(nóng)村道路寬度和高度及設(shè)施與道路見的距離限制的作業(yè)環(huán)境，可滿足務(wù)90%以上的農(nóng)村小型污水處理設(shè)施.
2)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該設(shè)備行駛油耗7.2 L·h-1 ，工作油耗1.88 L·h-1 ;脫水后的污泥含水率80%左右.
3)模擬案例分析表明，車載式剩余污泥脫水設(shè)備脫水收運(yùn)方式比不脫水直接收運(yùn)方式每臺(tái)小型設(shè)施每年可節(jié)省103.3元，在一個(gè)安裝4400臺(tái)小型污水設(shè)施的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每年可節(jié)省污泥收運(yùn)費(fèi)約45.5萬元，具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值.——論文作者：詹俊1，2，王培京3，李現(xiàn)瑾4，唐晶5，徐素1，2，劉俊新1，2，胡明3，郭雪松1，2，*
