發布時間：2022-01-15所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：日益增長的農村污水設施剩余污泥已成為農村污水治理工作開展面臨的新難題，農村剩余污泥適合采用多臺污水設施共用車載式剩余污泥脫水設備進行脫水后收運集中處理，而農村道路的寬度和限高以及污水設施與道路間的距離等是主要的限制因素，因此急需研發適合農村作
摘要：日益增長的農村污水設施剩余污泥已成為農村污水治理工作開展面臨的新難題，農村剩余污泥適合采用多臺污水設施共用車載式剩余污泥脫水設備進行脫水后收運集中處理，而農村道路的寬度和限高以及污水設施與道路間的距離等是主要的限制因素，因此急需研發適合農村作業環境的小型車載式剩余污泥脫水關鍵技術與設備.本研究的車載式剩余污泥脫水通過主要脫水設備負壓運行方式，有效減小設備的尺寸，設備外觀尺寸為 5.995 m×1.905 m×2.56 m，吸污管道 50 m.結果表明：可適應農村的作業環境，滿足 90% 以上的農村小型污水處理設施使用.該設備行駛油耗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備脫水收運方式比不脫水直接收運方式每臺戶用小型設施每年可節省污泥收運費103.3元，在一個安裝了4400臺小型污水設施的農村區域，每年可節省污泥收運費約45.5萬元.
關鍵詞：農村;污水處理;剩余污泥;脫水設備;車載式剩余污泥脫水設備
1 引言(Introduction)
至 2018年，我國約有 6.6億農村常駐人口，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”、“美麗鄉村”等工作的開展，農村生活污水處理率快速增長.
農村污水處理設施產生的剩余污泥也逐年增加(Bai et al.，2020;甘玉柱，2020;鄒敦強等，2010)，截至2020年，有統計數據表明我國農村剩余污泥產量已突破 1400萬 t·a-1 ，這些污泥若處理不當，可能影響污水處理設施的正常運行和產生二次污染(楊瑞，2017;王霄等，2021). 農村污水處理設施產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)，但單臺設施的剩余污泥量小且較長排放周期等特點，單臺污水處理設施建設獨立的剩余污泥脫水和處理設施將會增加農村污水處理設施的成本，且使用頻率低，與農村技術經濟條件不符(吳愛平等，2009;李銀波等， 2015;徐一嘯，2018;蘇志升等，2021).農村地區常采用將含水剩余污泥運往市政污水廠統一處理的污泥處理方式，但面臨運輸費用高昂的問題(楊小文等，2002).因此，農村剩余污泥適合采用多臺設施共用車載式剩余污泥脫水設備進行脫水后收運，然后運往市政污水廠或污泥集中點進行處理和處置，以提高設備利用率和降低運維費用.農村道路通常較窄和限高，且一般只規劃建設單車道，寬度一般小于6.5 m，甚至只達到4 m，一些污水設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備難以適應農村的作業環境.
本研究針對小型污水處理設施剩余污泥的特征，結合農村作業環境對設備尺寸和吸程的要求，研發了適合農村污水處理設施作業環境的的車載式剩余污泥脫水技術與設備，同時對設備的主要性能進行了測試和分析，以期為農村污水設施剩余污泥的收運提供關鍵技術與設備.
2 材料與方法(Materials and methods)
2.1 小型污水設施簡介及剩余污泥的不同收運方式
2.1.1 小型生活污水處理設施簡介 試驗涉及的小型生活污水處理設施采用AO工藝，包括夾雜物去除區、缺氧區、好氧區、沉淀區、消毒區，設備的有效容積約為1.6 m3 .污泥清理的設計周期為1~2 次·a-1 ，每次清理需將全部污水吸出.
2.1.2 剩余污泥不同收運方式 剩余污泥不同收運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與設備研發
針對上述農村污水設施剩余污泥脫水收運時對設備尺寸和吸程的要求，本研究的車載式剩余污泥脫水技術與設備通過圖1所示工藝減小尺寸和增加吸程.
�、僬婵瘴郾煤兔撍O備等均采用負壓運行;
�、诿撍O備二次脫水運行，抽吸污水的時候，脫水設備用于去除大塊雜物，減掉除渣設備;
�、�1臺真空泵通過閥門切換實現吸污和排水功能，減掉水泵;
④儲存池和混凝反應池合并，在管道和儲存池內進行混凝反應;
⑤動力為液壓傳動，減掉柴油發電機.
針對小型污水設施的脫水收運流程及要求，研究的車載式剩余污泥脫水技術與設備的工作有吸污、絮凝、污水回送、污泥排放和3個輔助過程.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入脫水設備，泥水混合物首先經過脫水設備進行大型雜物的分離，紙片、塑料和浮渣等雜物進入儲泥箱存放;分離的水流向儲存池. ②絮凝過程：分離的水流向儲存池過程中，通過管道投加混凝劑和混合，然后進入儲存池，利用水流攪動進行反應. ③脫水過程：絮凝反應之后，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備進行脫水;脫水污泥進入儲泥箱存放，脫出水輸送到小型污水處理設施用于回灌. ④污泥排放：當儲泥箱內污泥滿時或作業結束后，將該車開到指定地點，啟動螺旋輸送器將污泥排出. ⑤其他輔助過程;1)清洗單元，設有清水箱，作業人員可以進行個人衛生清洗;2)絮凝劑投加單元，設有藥劑箱和投加系統;3)信息收集單元，收集移動設備的移動軌跡和工作狀態等信息.
成型設備的主要參數：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 技術經濟模擬分析村落信息
通過模擬對剩余污泥不脫水收運方式和脫水收運方式進行了運行成本分析.案例模擬示意圖見圖2.模擬村鎮的信息如下：該模擬村鎮位于長三角地區，所在區域1個鎮21個行政村，約1.6萬戶，總人口4.2萬人，區域面積約為68.17 km2 .該區域居民居住特征為沿水而居，該區域內共安裝小型生活污水處理設施4400臺. 收運依托鎮區養護中心開展，按照每臺小型生活污水處理設施每年清掃 1 次計算 .含水污泥或脫水污泥運送至模擬中的污泥集中點視為結束.
2.4 檢測指標與方法
測試指標中的含水率(MC)、總固體含量(TS)、揮發性有機物含量(VS)、污泥沉降比(SV30)采用國標方法進行測定(中華人民共和國建設部，2006);毛細吸水時間(CST)采用 CST 測定儀(Triton 304M CST，Triton，英國)進行測定.油耗，運行費用等通過現場的運行情況進行測算.
3 結果與討論(Results and discussion)
3.1 車載式剩余污泥脫水技術與設備對農村作業環境適應性分析
對北京、山東、江蘇和上海農村道路寬度、限高的調研結果表明 .大部分農村村內和村周邊的道路寬度僅可容兩輛轎車會車，部分道路寬度不支持兩輛轎車會車 .如南方某鎮域村內的道路實地調查結果表明，戶用設施臨近的公路中 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 .調研結果還表明，南方村落進出口很少設置限高桿，而北方村落進出口可能會設置限高桿，其高度在2.5 m左右.
對南方某區域的 300 多臺小型生活污水處理設施調研表明，設施與公路距離為 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%的設施離公路20 m以內，90.1%的設施離公路50 m以內.
本研究的車載式剩余污泥脫水設備整車的外觀尺寸為5.995 m×1.905 m×2.56 m，吸污管長50 m.現場的作業環境調研和實際運行結果表明，本研究設備具有的寬度 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時會車，服務90%以上小型生活污水處理設施，但北方部分村落由于限高桿的限制，需要協調后才能入村作業.
3.2 車載式剩余污泥脫水技術與設備主要性能參數
3.2.1 作業時間 現場試驗表明，該剩余污泥脫水收運設備對上述每臺小型污水處理設施的作業時間為：吸污和絮凝時間為20~25 min，脫水和排放時間為20~25 min，合計作業最大時間約50 min，加上收放管路，效率約為 60 min服務 1臺小型污水處理設施;儲泥箱約可存儲 10臺小型污水處理設施的污泥，滿足全天工作儲泥的需求.
3.2.2 脫水污泥含水率 對3臺上述小型污水處理設施的污泥進行了取樣和分析，取樣點為夾雜物去除區(污泥主要集中段)的浮渣層污泥、底部污泥和混合污泥樣品.其污泥的性質如表2所示.
由于小型設施原水未經過化糞池預處理，可在夾雜物去除槽中發現大塊紙巾和糞便，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 臺污水處理設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 3 臺設施中均是底泥中 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 .不同取樣點污泥的 VS 為 14.21 ~46.29 g·L-1 ，與 TS 類似，3 臺設施中均是底泥中 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 臺設施里所有樣品的 SV30為 45%~62%，變化范圍不大，底泥中 SV30最高 . 從 CST 來看，3 臺設施中浮渣、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，有機物含量占污泥比重高，具有較高的資源化前景.
實際運行過程中，對設備脫水后的污泥進行了含水率測試，結果見表2.結果表明，本研究的車載式剩余污泥脫水設備的脫水污泥的含水率為75%~82%.
多臺設施實測結果表明，有效容積約為1.6 m3 的上述小型生活污水處理設施如1年清運1次，脫水后含水率為80% 的剩余污泥重約為50 kg
3.2.3 運行能耗和工作時間 實際運行結果表明：該設備從停放點行駛至農村進行實地測試，廠區至測試地距離53.4 km加滿100 L柴油，在時速約50 km·h-1 時，可行駛6.5個來回，共計694.2 km.實際耗油每百公里 14.4 L或7.2 L·h-1 .
根據連續工作實際測試：對就近 5 臺小型污水處理設施開展連續作業，6 h 耗油約 11 L，實際耗油 1.88 L·h-1 .
按時速約50 km·h-1 進行計算，設備可連續行駛的時間為：
鄉村可行駛時間=單位油耗距離×(油量/單位耗油量)/速度 =100×(100/14.4)/50=13.89 h
按實際耗油1.88 L·h-1 進行計算，設備可連續行駛的時間為：
著車作業時間=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 技術經濟分析
根據實際的運行結果和預測，對不脫水直接收運方式和車載式剩余污泥脫水設備脫水收運方式的運行費用進行測算，結果見表4.
不脫水直接收運方式：對 2.3節模擬區域內上述小型污水設施中剩余污泥進行不脫水吸污清理 .1臺吸污車每天可完成4臺小型污水設施清理(包括泥水混合物的清運以及設施水的回灌)，單臺污水設施清理所需費用約238.3元·a-1 .該方式優點為現場吸污操作簡單，缺點為需尋找水源回灌污水設施、泥水混合物的運輸量大、泥水混合物需要再次脫水，本分析中含水污泥集中脫水費用未計.
車載式剩余污泥脫水設備脫水收運方式：對 2.3節模擬區域內上述小型污水設施中剩余污泥進行脫水收運.1臺移動式脫水吸污車每天可完成6臺小型污水設施清理，清理單臺小型污水設施需花費約135元·a-1 . 該方式優點為集吸污與污泥脫水為一體，脫出水直接回灌設備節省水源及其運輸過程;其產出的污泥含水率可至80%左右，減少大量運輸量;缺點為脫出水的回灌，設施需約5~7 d恢復出水水質.
模擬分析結果表明，該區域通過“不脫水直接收運方式”產生的含水污泥約 7000 (t 4400臺×1.6 t·臺-1 )，采用“移動式脫水收運方式”產生污泥約 220 (t 4400 臺×0.05 t·臺-1 )，每年可節省污泥收運量為 6780 t.通過 “不脫水直接收運方式”每臺設施費用238.3元·a-1 ，采用“車載式剩余污泥脫水設備脫水收運方式”每臺設施費用 135元·a-1 ，采用“車載式剩余污泥脫水設備脫水收運方式”每臺設施節省費用 103.3元·a-1 ，該區域每年可節省污泥收運費約45.5萬元((238.3元·a-1 ·臺-1 -135元·a-1 ·臺-1 )×4400臺). 4
結論(Conclusions)
1)本研究的車載式剩余污泥脫水設備外觀尺寸為5.995 m×1.905 m×2.56 m，吸污管道50 m，適應農村道路寬度和高度及設施與道路見的距離限制的作業環境，可滿足務90%以上的農村小型污水處理設施.
2)實際運行結果表明，該設備行駛油耗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備脫水收運方式比不脫水直接收運方式每臺小型設施每年可節省103.3元，在一個安裝4400臺小型污水設施的鄉鎮，每年可節省污泥收運費約45.5萬元，具有較大的經濟價值.——論文作者：詹俊1，2，王培京3，李現瑾4，唐晶5，徐素1，2，劉俊新1，2，胡明3，郭雪松1，2，*
SCISSCIAHCI
