德国针对下水道通沟污泥的特点，通过洗涤和筛分处理, 不仅可以降低填埋处置费用，还可以将这些产品作为次级建筑原料进行回收利用。我国的上海和北京等地已有采用德国先进技术建设的通沟污泥案例，运行效果良好。; l- J) ]) F5 r+ Q" v
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1引言7 p' J+ N2 G5 W
$ k: j% N! ?8 x. b+ V4 b6 ?1 z城市排水管网需要进行定期保养和清理。为了保证排水系统的正常运行功能，必须及时清除下水道管网内的沉积物质，否则会导致居民住宅区内或工业园区内的排水管堵流，有时甚至在马路上会产生内涝现象。% ~ @' \8 k [) D V, s5 [
% ~/ H; x; Y( _$ ~9 N# \8 k如果在下水道内无法采用冲浪翻板进行沉积物质的清理，则必须将这些沉积物质从排水管网内取出，然后
0 ^, F+ V- H4 { @- ]
/ p3 t% {0 |) }! I4 f: ?运往市政污水处理厂进行集中处理
; ?4 Z8 q0 G7 I4 J! v6 X8 A9 z或者单独建立通沟污泥处理站进行处理
3 a0 i, _, ]+ |# I e/ e. d! w或者不经过处理直接进行处置7 o2 Y, }0 x# E* c' y% w
; G' R1 Y3 x2 H7 @5 D M
自从1993年德国市政垃圾技术指南(TA-Siedlungsabfall) 生效之后, 根据TASI法规中附录B所列出的标准，不符合标准的市政垃圾“必须在垃圾焚烧装置内进行预处理”。这一法律的试用期是12年，在这段过渡时间内，不符合标准的市政垃圾可以填埋，但填埋费用不断上升。1 P2 y# U# ^7 m! n6 I
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2005年之后，市政垃圾中的有机含量(有机烧失或者总有机碳) 在填埋之前必须低于5%。也就是说，即只有惰性不能进行化学反应的垃圾才能进入填埋场。5 b7 ]! r; m$ u* Y4 ^0 P: W w: ~
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以前未处理的市政垃圾填埋很普通，但随着新版TASI法规的完全生效，通沟污泥的处置费用将明显提高。5 k, J6 ?5 b/ K$ M6 V6 D
) a# q5 z# F* y/ ^. b% t8 L因此，通沟污泥的处置方向目前十分清楚：必须根据最新技术对这些物质进行减量化和洗涤处理，从而降低不断上升的处置费用。) E" r+ L% I1 j' B6 r% M$ y+ n
1 w3 V, H, {/ j1 l5 R! O+ ~( `
通沟污泥含有很高的有机物质，如果直接处置或进行填埋将产生很高的处置费用。此外，在污水泵站、阴沟井、雨水调蓄池和马路轻扫垃圾过程中也产生大量矿化垃圾，这些市政垃圾也必须进行相应处理和处置。! f# N. c# h! J# D! E8 ]
7 f7 D8 v& s) N9 V# x, X2 通沟污泥的来源
. I% O- B/ }7 f1 X0 i, z2 r/ I3 V
来自污水管网的通沟污泥主要由有机物质和无机矿化物质组成，主要来源以下地点：
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污水排放管道
$ Y, g* G N! y* @/ q2 k, N+ a马路上的雨水入口; x2 F" b) ~' l0 S8 f
和污水管网相连接的雨水收集区域# Z- q7 v q" \, ?0 {
房顶雨水
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' \2 @& p4 U2 H$ U/ { `其中多数固体物质是有机性物质，主要来自市政污水管道。而一些工厂企业排出的污水经常含有大量无机固体物质，如果不经过预处理就会直接进入下水道管网。从马路上的排水井内，进入的固体物质主要是矿化物质如防滑石砾、路面摩擦碎颗粒、来自非固定性路面的石块，但同时也会含有纤维物质、干草树叶等。根据不同情况，有时通过雨水进入排水管网的外来物质会对通沟污泥的组成造成很大影响。
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# |: [" F% s+ M$ B) K0 R5 ~3 通沟污泥的产量和组成
3 k) a7 |$ \1 @/ M
3 T* a2 ?+ G0 A4 w( M- s在污水管网内沉积的固体物质产量波动很大，和许多影响参数有关，例如管道坡度、形状，错误连接的家庭排水管接口，分流制还是合流制，纯居民区还是混合区域还是纯工业园区，建筑工地，季节时间等。6 F- y. @4 y/ o8 \" f: T+ q
. x8 R: Q7 a3 h! L2 c8 A
根据德国Gallenkemper的研究,在德国合流制管网内平均污泥产量是3.6 kg/(人口当量˙年)，但德国各地差异很大，波动范围是在0.2 ~ 9.6 kg/(人口当量.年)。1 l% A+ B4 K, `% Z q h
& C6 S; |( o$ E) e关于通沟污泥的组成，可以总结如下：
- d1 b, i/ k5 A7 }2 Q3 Q( H* |- q- f5 r6 F4 v! ]+ f
水/矿化颗粒混合物，其中掺混许多无机和有机粗大物质以及细小有机物质8 d5 G3 E9 U% Z4 q4 T) V
有机烧失含量约占总绝干泥量的10%~30%,有时甚至比例更高
8 g/ n) L9 P; y* d* ^在很多情况下，沉积物质内含有有害物质，例如重金属砷和锌等4 G+ b2 z, ?9 q D
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4 下水道清理方法; ]5 H9 o1 q, P% z1 [3 Y
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目前市场上已经拥有许多先进的下水道清理技术。通过采用这些设备，可以十分简单地消除管网内的污泥沉积现象。当管道坡度很大时，可以采用冲浪翻板对沉积物质进行冲洗清理，并运转至市政污水处理厂集中处理。当污泥沉积情况严重或者管道坡度很小时，经常采用下水道冲洗抽吸罐车和以下技术进行管道清理(图1)：
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- G5 s$ u0 L- A! j' ^% l H" y采用冲洗射流掀翻洗涤沉积物质- w0 ~6 b U+ S3 r; G6 y- n
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在控制井内采用抽吸罐车的象鼻管抽吸取出泥/水混合物
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- o6 r _. S e在采用高压喷头进行下水道清理时必须根据现场情况确定工作条件。只有在了解管道直径、污泥沉积程度和管道形状之后，才能确定合适的清洗喷头类型，冲洗压力(70~140Bar)和冲洗过程的速度。在沉积物质十分坚固结实的情况下，甚至还要求额外采用铣床钻头进行清理。
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3 D. @2 c c" R0 W0 W, A" O图1 洗涤抽吸一体化下水道清理罐车( v0 y- G, Z3 b: F8 T
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5 通沟污泥的处理 - 湿机械法处理工艺
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% T% x; U3 E9 x! r根据德国循环经济法律和德国市政垃圾技术指南，从下水道取出的固体物质如果不进行预处理就不允许进行填埋处理。如果这些沉积物质在下水道内不断流动，则最后将在污水处理厂内进行集中预备处理。同样，如果采用抽吸罐车将排水管道内沉积物质取出之后也可以运往市政污水处理厂进行集中处理。8 o) n3 c/ r# n# I; N
& R, }! r7 b) I4 j3 R; v
但在许多地方，没有条件在污水处理厂内进行通沟污泥的协同处理。此时可以选择合适的处理工艺，在单独建造的通沟污泥处理站内对这些沉积物质进行专门处理。
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4 L4 N" T7 K9 Y a/ h根据德国污水处理协会2012年最新版的技术规范M369，必须采用湿机械法处理工艺对通沟污泥进行整套处理。, e+ G) z4 n) N
, O8 s/ x" w* K* w, v4 [一般情况下采用抽吸冲洗一体化罐车将通沟污泥从下水道管网内取出。此时，固体物质会在清理罐车内沉淀，但最后连同上清液一起进入湿机械法处理装置。在处理之前，可以将上清液体排入污水渠或直接泵送通沟污泥处理装置。然后再将罐车内的沉积物质倒入进料接受仓。因为有时车辆是在集中时间段内工作，此时必须注意，卸料时不能消耗过多时间。, V& n9 f. L/ [4 {; K
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图2显示了湿机械法处理工艺流程。一般因为安全工作原因，在进料接受仓必须安装栅条网，栅距一般在100~200mm, 可将一些特别大的故障物质(如果存在)分离取出。
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料仓的设计体积必须能够容纳最大供货物料量。与此同时，还必须考虑物料运输和季节变化情况。料仓底部倾斜角度的选择必须能够保证不会产生固体物质产生沉积或搭桥现象。在料仓内部应该安装合适的喂料运输设备，使固体物质能够安全地进入后续安装的粗物料筛分装置。
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图2 湿机械法处理工艺流程
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" a3 R: e% T+ z# e: y" J5 T在粗筛分装置内，可将粒径>10mm的筛上物分离取出并进行洗涤处理。此时一般都采用转鼓筛网或洗涤转鼓。特别是洗涤转鼓十分适合通沟污泥的处理，在对粗大物质进行分离的同时，所有其他物质也不断受到匀化洗涤处理。; ^! R/ x! \3 S# ^
3 v: `, t4 i- s6 C( J过滤后的混合物料进入洗砂装置。通过注入洗涤用水，可在洗砂装置内同时进行两个处理过程：砂水分离，矿化物质和有机物质的分离。在通常情况下，利用矿化物质和有机物质之间的密度差进行分离。洗涤分离出来的矿化物质随后通过脱水处理之后投入垃圾集装箱内。为了能够回收利用，这些洗涤处理之后的细砂物质中有机含量必须始终低于3% (图3和图4)。
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图3 通沟污泥处理系统内的核心设备 - 洗砂装置
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0 V1 C, m9 V6 |+ c% l C图4 通过筛分和洗涤之后的细砂和石砾可作为建筑材料被回收利用/ `! k: s+ X. A5 ~ q* @
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通过额外配置筛分装置，可将这些矿化固体物质按颗粒大小进一步分成细砂、砂砾和石砾。
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/ z D V1 J1 o& D# V2 Z6 \在洗涤水内主要含有溶解性有机物质，但同时含有粗大有机物质和泥粉物质。这些过程水可以在现场(例如在污水处理厂内)进行清理，或者再排入污水渠内。洗涤用水的消耗量和所选择的工艺流程和设备配置有关，差异较大。其中较大部分的洗涤水可通过精细过滤装置的处理重新循环利用。7 a7 T7 s M, i6 A, x+ d
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各单一工艺处理步骤和相应装置设备见表1。
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9 j) v; C. ^! R* y! }表1 湿机械法的处理工艺步骤和相应的装置设备- [) _. X; `$ C! f r
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工艺步骤 | 设备举例 | 粗筛分处理 | 料仓上安装栅条网(例如，栅距100mm,工作安全) | 中间储存和进料平衡 | 喂料仓 | 喂料 | 运输螺杆或运输带 | 洗涤和筛分处理 | 洗涤转鼓(例如，筛分孔径10mm) | 矿化固体物质的分离，洗涤和脱水处理 | 洗砂装置 | 矿化固体物质的分离排放 | 震动筛或排砂螺杆 | 有机固体物质的分离 | 转鼓筛网过滤装置(筛分空隙1mm) |
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6 通沟污泥的处置
+ A6 q9 i, ^, w8 I/ z* e* s% l* [6 u" v& s0 D! P* J
通过湿机械法处理之后的矿化物质可以通过以下途径被处置。9 J5 g( G$ t R' L7 S
) E3 ^1 g' h5 U
6.1 物质回收
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如果矿化物质不含有毒物质或重金属,则可作为低档建筑材料用于0 ^- o' Z3 f. W: k: W' b
5 @1 F4 m$ R2 T: z" A+ O- d马路建造' h. J4 S; g) x$ S; I3 D* y" W5 j; L
水渠建造
( I: I. g' R/ U7 a" r埋管材料
" g) _! u7 n$ a土壤生态修复时采用的基地材料$ ^+ s& m( X' B1 X
人工景观
. L! _" i0 q, ~( |! L. E0 D( T# j+ X) I) Y& d
6.2 填埋处理1 D& o- A( }9 W4 E9 J( a9 b) I! o
7 d3 V$ D: W+ q# T+ z# G
德国2012年的新版垃圾填埋法已经明确规定,只有有机含量低于3%的物质才能进入填埋场。因此在所有通沟污泥处理系统内都必须强制性配置洗砂装置。
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通过湿机械法处理之后的矿化物质可以持续稳定地保证有机含量低于3%，从而可被认为是建筑垃圾(填埋等级1)，填埋处置费用相对便宜。! f o- k" U9 V! c3 M1 P, l. y0 r
4 w. ?8 ]. c3 F/ b J& n. h
7 其他市政矿化垃圾的处理$ E+ h3 K" ?6 s0 ^, \5 k+ r
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7.1 阴沟井内的固体垃圾物质
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阴沟井的主要功能是截留随雨水携带来自马路、人行道和广场的固体垃圾物质，但一般情况下只能截留一些粗大固体物质。根据所采用的阴沟井构造形式，可将固体物质收集在污泥滤筒内(干收集方法)或者污泥收集井(湿干收集方法)内。绝大部分细小物质则进入下水道管网系统。
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阴沟井一般每年清理1~3次。根据德国Gallenkemper的调查，每年人均产量为2.1kg/(人口当量.年)，波动范围是0.3~9.9kg/(人口当量.年)。但因为这些阴沟井只能收集粗大固体物质，细小固体物质基本都进入下水道，实际产量应该大于这一数值。( V, p% a; v# d2 S" F+ _1 v
0 o2 M3 w$ q# n3 ?. N! C8 m+ m9 X
阴沟井内涵物的组成在很大程度上和所在地方有关:建筑工地、市中心、具有绿化面积的居民区等。此外，阴沟井内涵物的组成和年季节时间有关：
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( E" W$ G4 q2 h* [( w' b5 I8 t冬天在北方地区的路面上会撒许多防滑砂砾
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) r- B8 Z- l8 Q: |3 p& U在秋天，路面上会有大量树叶树枝
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; b& H4 V# j( W: m( U/ o; E( V% N在旅游季节，市中心会产生大量消费垃圾和马路损坏之后的建筑垃圾3 _1 S: ]" y$ {; ~
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阴沟井内涵物在一般情况下可以采用湿机械法来处理，与通沟污泥的处理方法几乎一致。处理之后的主要产品是矿砂，可以回收利用或填埋处理。在处理过程中产生的粗大有机物质必须进一步作堆肥或焚烧处置。
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% \$ G0 S1 g2 J; X7.2 污水泵站和雨水调蓄池内的沉积污泥
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" |) w* s: G: {, I; ]在污水泵站和雨水调蓄池内的沉积物质，其组成和来源几乎和通沟污泥一样。在通常情况下，操作保养人员在雨季之后采取相应措施将这些物质重新注入下水道管网或采用清理罐车运往市政污水处理厂进行集中处理。) X# Y# Q4 z4 A# ~& v: p
r) i: Y$ F( }& T3 D6 G; Z在分流制管网内，在雨水管网和雨水调蓄池内的沉积物质可以采用水泵送往污水管网或采用清理罐车运往市政污水处理厂进行集中处理。 A) h0 q* ~- R$ {1 n7 u) ?
1 @/ V) g/ l) s1 z+ Q这些物质的处理方法、处置途径和通沟污泥完全一样。3 b; J9 J# }; Z5 Z( [- u: H( p2 Q+ ]
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8 总结0 O1 k3 a [: a5 }0 N7 R7 u
; B& u" L( ^# [) Q( ~# f- S7 u根据目前在北京、上海和天津等各大城市对通沟污泥的调查分析知道，目前绝大部分的通沟污泥未经处理便运往填埋场，不仅产生昂贵的人工和运输费用，还每天吞噬大量的国家土地资源。
/ z, b6 w# Q% A# I( U+ ^
, M, W I7 i2 H6 V从这些物质的组成分析知道，绝大部分物料是无机矿化物质，但受到许多粪便有机物质和一些粗大杂物的污染。
; b2 N/ v. l" A) D: p- f2 Z* x$ t* A0 F# g" ~' n! L
因此，目前亟需对各大城市的通沟污泥, 包括来自污水泵站和雨水调蓄池的沉积污泥，阴沟井的内涵物质进行洗涤处理和减量化处理，并尽可能对处理之后的矿化物质进行回收利用。即使在无法对这些矿化物质进行回收利用的情况下，这些物质也能送往建筑垃圾填埋场，从而大幅降低对环境的污染程度。
+ ?: Y& G4 J4 W |$ ]
* N; g' f* [5 E% m) k通过对这些物质的减量化处理和降低处置费用，可以每年为国家节省大量处理处置费用。德国许多供货商在这个处理领域内已经累积了几十年的工作经验，可以向用户提供高性能的标准设备，并根据具体项目性质提供量体裁衣式的整套处理方案。+ E) N9 |& ^) Z) C) y+ [' A
3 e& [, k- y# L, p
工程案例1：北京清河污水处理厂通沟污泥处理站" @9 F9 f6 l8 h. D- |* A8 N
% N% P5 w U$ w$ S, |北京排水管网通沟污泥处理项目是国内第一个采用先进处理工艺，对管网沟泥进行系统化资源化处置的项目，经过处理后的通沟污泥含水率大幅降低，便于装载运输，降低出厂物的有机质含量，利于填埋处理;高效分离无机砂，降低了管网系统进入污水处理厂的砂量,而回收的无机砂可用于建筑回填或作为修路、铺管的垫层。
. o; ?6 _+ Q2 M( @- F- C% [) W5 a- L/ Q! l8 {% E. r. w
该项目位于北京市清河污水处理厂内。主要负责处理北京城区排水管网清掏出的污泥，对管网污泥进行淘洗和筛分，将有机物与污泥分离并收集外运，细砂矿化物质进行回收利用,污水排入污水处理厂进行集中生化处理。
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管网通沟污泥处理设施的设计能力为 60m3/d，每天运行时间为8～16h，清掏和运输时间为23:00-6:00，主要清掏月份为3～5月和9～11月，约占全年80%的泥量。
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图2 通沟污泥处理工艺
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G: v0 r$ ~8 W9 ?& S
. b: s0 d* X$ j图3 接受料仓和物料投配爪斗2 Y8 C4 Q1 C5 m& t* E
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图4 喂料输配装置、粗大物分离装置和洗砂分离装置
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$ @* D5 f; s1 T d' \( m; Z
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图5 精细过滤装置和旋流除砂装置
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通过物料平衡计算知道,当装置每小时处理量为6t时，通沟污泥经上述工艺处理后，可以产生以下分离物料:
! T5 y8 M1 c4 ~* d+ M/ p
/ W c6 i: J9 j' }. w+ r* I粗大物分离装置每小时产生大于15 mm的粗大物料0.35t，可外运作为建筑垃圾进行填埋处理! ^2 i( m: z: t) _% p0 G
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洗砂分离装置每小时产生0.2～15 mm细砂1.44t，有机烧失含量低于3%，可作为低档建筑材料回收利用5 g# E8 T& y& [$ J3 s) k; {
( A) z7 @# a# y* ]+ ?$ @ R0 y精细过滤装置每小时产生2～15 mm有机栅渣0.95t，由垃圾箱贮存并外运进行堆肥处理
: k" @& t$ Y7 t' V1 V7 ?8 p$ [( S/ [( R' A* v4 `1 r7 n" v" `
旋流除砂装置每小时产生小于0.2 mm超细砂大约0.52t，可外运作为建筑垃圾进行填埋处理8 c4 W- a: _) }
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