城市污水处理厂污泥的管道运输

【摘要】文章首先阐述了污泥的管道运输的内容和城市污水处理与污泥处理的关系，然后分析比较了污泥运输方式，最后对城市污水处理厂污泥的管道运输进行了探讨。

【关键词】城市污水，污泥管道，运输

中图分类号：R123.3 文献标识码：A

一、前言

近年来，我国城市污水处理工程虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设社会主义和谐社会的新时期，加强对城市污水处理厂污泥的管道运输的控制，对确保居民的切身利益有着重要意义。

二、污泥的管道运输的概述

1．污泥的流动性

流动性是污泥在管道内的流动阻力和可泵性。工程中常用污泥的含水率（或含固率、污泥浓度）判断污泥在管道中流动的水力特征。

2．污泥输送方式

（一）、脱水污泥经螺旋输送机输送至污泥堆棚后汽车外运。该法用于小型污水厂，二次污染严重，运输量有限，现已很少采用。

（二）、脱水污泥经螺旋输送机输送至脱水机下的缓冲料斗进入污泥泵提升至料仓，再由汽车外运，这种污泥经一级提升后外运是当前污泥输送的主要方式。

（三）、脱水污泥经螺旋输送机输送至脱水机下的缓冲料斗，进入一级污泥泵提升至料仓储存，料仓内污泥再进入二级污泥泵，经管道或由汽车输送至下一步处理处置地点。随着污泥后续处理工艺的实施，这种输送方式应用将逐步增多。

3．污泥输送系统

污泥输送系统按照压力形式分为无压、有压输送系统。无压输送主要有无轴螺旋输送机、皮带输送机或汽车槽车输送。输送机适合于短距离直线输送，临界距离为20ｍ；由于输送量、距离和高度有限，所以能耗较小。无压输送缺点有，水平方向转角处必须增设传送设施，分两级或多级传送；输送机倾斜角度一般不宜大于25°，将污泥输送至高处时需要较长的水平距离；系统密闭性不好，会对周边环境造成二次污染；输送量固定，不可随意调整。这种输送方式常用于脱水机房内将脱水机排出的污泥输送到料斗进口处。汽车槽车适用于远距离输送，其运输成本较高。

有压输送是泵加管道输送系统，通常采用螺杆泵或柱塞泵进行管道输送。在一定距离内，传统的输送机和汽车运输方式已不能提供安全、环保、快捷的污泥输送。设计应优先选用安全、

高效、封闭式的污泥管道输送系统，减少敞开式运输方式，防止因暴露、洒落、漏滴、臭气外逸而造成的二次污染。有压输送系统适应性强，主要优点有，输送距离长，可达1200ｍ；采用弯头实现多转角多曲度输送功能；系统密闭性好，不会对周边环境造成二次污染；输送量可调，但是由于脱水污泥流动性差，沿程水头损失较大，所以输送系统能耗高。同时污泥泵造价高，该方式常用于将脱水污泥一级提升至料仓，以及二级得升至后续处理单元的场合。

三、城市污水处理与污泥处理的关系

2004年底，我们开始对我国的污水处理厂污水处理和污泥处理、处置状况开展了调查。主要采用发放信函、网上搜集和电话咨询的方式进行。结合不同地区的污水处理厂及典型研究区的调查和资料收集，初步掌握了210个污水处理厂的情况。调查发现，在这210座污水处理厂中， 86.2%都采用活性污泥法，其余自然净化占10%，其他污水处理技术占3. 8%，在活性污泥法中又以传统活性污泥法和氧化沟为主。近年来，随着技术的发展和对脱氮除磷的要求

提高， SBR、A2O、AO有增加的趋势。我国20世纪80年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工艺[6]，该工艺以去除BOD和SS为主要目标，对脱氮除磷效果较差。目前，氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一，主要有奥贝尔氧化沟工艺、DE型氧化沟、三沟式氧化沟和卡罗塞尔氧化沟工艺等。

不难发现，污水处理技术在很大程度上决定了污泥的产量和污泥处理的方式，典型的如氧化沟工艺，由于采用延时曝气，污泥产量少，同时对污泥进行稳定化处理，节省了污泥单独稳定化的过程，所以很多污水处理厂相继采用此工艺来处理污水。污水处理厂产生的污泥如果采用厌氧硝化处理，其投资较高，处理费用约占污水处理厂投资和运行费用的20% ~45%，而在中国仅有的十几座污泥消化池中能够正常运行的为数不多，有些池子根本就没有运行，这也是导致中国近年大量采用带有延时曝气功能的氧化沟等技术的原因。但是采用氧化沟(延时曝气)处理污水并未带来一劳永逸的效果。这种好氧污水处理工艺不但消耗更多的能耗，而且使得处理后的污泥脱水比较困难，在很大程度上影响了污泥的处理。氧化沟是一种低负荷工艺，低负荷的曝气池池容和设备是中、高负荷活性污泥工艺的几倍，所以相应的投资要高数倍；其次，该工艺对污泥是采用好氧稳定的方法，其能耗比中、高负荷活性污泥要高40% ~50%；能耗增加带来了直接运行费的增加，同时还要增加间接投资。可以说，解决城市污水处理厂污泥处理技术

问题是降低污水处理能耗的有效技术之一。今后中国城市污水工艺的进步在很大程度上取决于污泥处理和利用技术的进步。

四、污泥运输方式的比较

污泥的输送方式可考虑有脱水污泥的卡车运输、浓缩污泥的槽车运输和生污泥的管道运输等

其优缺点的比较和经济分析如下:用车辆运输污泥灵活性较大，运输的污泥为终端产品，相对运输量较小，但对环境会带来噪音，臭味，有时还会散漏污泥，影响较大，同时也会增加车辆维修量和增大车场占地面积等。用管道运输的污泥一般只限于生污泥或未浓缩的污泥，对于在远郊集中设污泥处置设施时，规模较大，效率较高，且易于自动化，可节省动力和车辆，缓和城市的交通紧张等。从经济角度分析，三种不同方式的运输在不同处理污水量下进行的比较详见表1(日本资料)。

由上表可以看出，当污水处理量小于15～20万m3/d时，用卡车运送脱水污泥费用较少，即对小型城市及工业区污水处理厂卡车运输污泥较便宜；用槽车运送浓缩污泥对任何规模的污水处理厂都是不经济的，管道运送生污泥在20万m3/d以上大中型污水处理厂是较为合适的。

如果分建多座小型污泥处置设施，总投资和经营费用都比大型厂要高得多，因此管道运输对当前日益扩大的污水处理厂规模是最为有利的，故而在国外已受到了很大的关注。在我国所作的分析比较所得结果大致与日本相同，表2为对管道、驳船和卡车运输的相对经济比较。显然，管道输送的经济性十分突出。

五、城市污水处理厂污泥的管道运输

1． 管材及管件

脱水污泥输送管道管材主要有两种形式：高压无缝钢管和超低摩阻耐磨复合管。高压无缝钢管连接采用焊接，管件数量少。发生问题时切断故障管段，维修好后重新焊接。管件连接为内扣式法兰连接。高压无缝钢管输送污泥时，还可选用管道系统向管道内注入剂，可减少约３０％～５０％的水头损失。剂可采用水、废油或高分子聚合物溶液。管道系统由高压隔膜计量泵和环组成。在污泥输送系统，剂常采用中水。中水经环注入，均匀分布在管内壁和污泥之间形成膜，有效的降低管路水头损失。膜的厚度约０．２０～０．２５ｍｍ，由于注入的水量有限，一般仅２％污泥的含水率会升高，其余污泥的含水率基本不受影响。超低摩阻耐磨复合管是一种具有特殊内涂层、粘稠物料在管道内进行高压低摩阻输送的管道。它摩擦系数小，是普通钢管的１／７，具有耐磨损、耐腐蚀、耐冲击的特点。管道和管件采用耐振快装法兰连接。因管道是法兰连接，管件数量多，发生故障时便于检修。污泥输送管道设计应注意以下几点：管道选线应本着最短距离最少弯头的原则布线，管道尽量平直；转弯时应优先采用４５°弯头；转弯半径不低于５Ｄ（直径）；在管段适当位置应考虑清通、清洗、排气设施；与污泥泵连接段应预留设备的检修空间，必要时设置高压伸缩节连接阀件。

2． 偏心螺杆泵

偏心螺杆泵适用于短距离、小流量、输送压力低连续输送污泥物料的场合。输送污泥的含水率不宜小于７６％，否则需要投加适当剂。输送无湍流脉动，对介质基本无剪切力，设备结构简单，体积小。它主要工作部件是偏心螺旋体的螺杆（称转子）和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套（称定子）。当电动机带动泵轴转动时，螺杆一方面绕本身的轴线旋转，另一方面它又沿衬套内表面滚动，于是形成泵的密封腔室，螺杆每转一周，密封腔内的流体向前推进一个螺距，随着螺杆的连续转动，被输送的物料以螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔，最后挤出泵体。泵的易损件定子和转子通常０．５～２年需要更换。螺杆泵工作压力应控制在额定压力的１／２～１／３；泵的转速应控制在定、转子相对滑动速度为０．５ｍ／ｓ以下；螺杆泵水平临界输送距离５００ｍ；垂直临界高度为５０ｍ，压力可达到4.8ＭＰａ。

3．液压柱塞泵

液压柱塞泵适用于长距离、大流量、输送压力高连续精确输送污泥物料的场合，对介质的挤压剪切力小，设备占地面积较大，价格和维护成本较高。柱塞泵由进料口、输送缸及活塞、驱动缸和外壳等构成。驱动缸内的活塞杆由一个、两个或四个活塞组成，泵体和驱动单元通过高压液压管连接。柱塞泵通过缓冲料斗下方的螺旋进料系统接收污泥，在进料机和泵体进料口的连接处，配备了压力测量仪式压力传感器。传感器控制螺旋进料机的进料速度，以最佳的污泥泵填充率进料。柱塞泵配备液压驱动装置，驱动装置包括柱塞泵液压泵、螺旋进料机液压泵、油箱、油过滤器、控制器等，控制器可安装在液压包或污泥泵体上，起到精确控制的作用。

4．管道输送技术在污泥处理中的应用

传统的污泥输送设备均属敞开式输送方式，极易产生二次污染；污泥处理所需的一些工艺环节如混合、搅拌、打散、布料、分流、流量控制等均难以融合在上述输送环节中，致使污泥处理方法的实现存在很多困难，加大了处理的难度。采用管道输送可以达到全密封无污染、安全可靠、运行成本低廉，管道输送方式的实施，几乎克服了传统输送方式的所有弊病。

（一）、污泥的远距离管道输送工艺

由于污泥的性质特殊，除了含有大量有益的有机物和微生物外，还有对环境、人畜和土壤有害的病菌和重金属等有毒废物，所以污泥的后续处置方式主要有堆肥、填埋和焚烧。无论采用何种方式处置数量巨大的污泥废弃物，通过管道将其远距离输送到合适的位置是必不可少的环节。

（二）、污泥管道输送系统特点

输送过程全封闭、无污染，完全消除了以往敞开输送方式严重污染环境的问题，输送浓度高(可直接输送含水率80%左右的脱水污泥)、距离远(0～10km)、压力大(0～24MPa)；流量大(5～70m3/h)，具有传统输送方式无可比拟的优越特性；全自动控制，无级调控输送量，无人值守；(4)系统结构紧凑，管道可架空或地埋、垂直上升及任意转弯，布置灵活，占地面积小；污泥在管道中的分配、分流自动可调；专门为堆肥发酵设计的打散布料器具有布料均匀、打散效率高等特点；专门为填埋设计的布料杆可以将污泥均匀送至填埋场的各个点；专门为污泥焚烧设计的多功能给料器可以适应各种燃烧器不同的物料入炉方式。

V——管中流速，m/s

5．管道输送系统设计要点

（一）、污泥来源

供输送的污泥有来自污水处理厂的污水处理流程中最初沉淀池和最终沉淀池的生污泥以及污泥处置设施消化槽的浓缩和消化污泥。

（二）、输送浓度与酸碱度

生污泥重量浓度为1 %左右，浓缩消化污泥重量浓度为4 %左右。前者适于长距离管道输送，而后才者一般只作短距离输送。生污泥酸碱度pH=6左右，浓缩消化污泥酸碱度pH=5左右。需要注意的是，当停运时，管中沉积的污泥由于缺氧，会发生厌气发酵，产生硫化氢，具要强烈的腐蚀性，因此一般停运管道应放空，有时还用水冲洗，同时，管内还应进行防腐处理。

（三）、输送泵

浓度为1 %～4 %的污泥输送可采用离心泵。对于最初沉淀池排出的生污泥，由于夹有砂粒、布片等杂物，用叶片数少或无叶片型的泵为宜。一般都应设有备用泵。

（四）、污泥贮槽

用作调节和缓冲用的贮槽，当停留其中的时间较长时，污泥会产生厌气发酵，产生泡沫，故应采用中压鼓风除泡器。此外还要设搅拌器不使其沉淀。贮槽应致少设两台，以便维修倒用。

（五）、其他设施

污泥管道输送中主要的安全问题是堵塞和漏泄。为此，应有手孔清除杂物并设冲洗管。在泵的配置上应使备用泵有串联之可能，以便堵塞时通过备用泵串联增压从排泥阀中清除堵塞物，此外定期检修是防止漏泄的重要措施。

五、结束语

随着城市污水处理管理体制的不断完善，污泥的管道运输的管理将会得到更多管理者的重视，在建设可持续发展社会的背景下，城市污水处理厂污泥的管道运输管理将会发挥着越来越重要的作用。

参考文献

[1]何品晶，顾国维，等.城市污泥处理与利用.北京:科学出版社，2003

[2]吴淼，赵学义，孙浩，等.污泥管道输送成套装备的应用.中国给水排水，2005

[3]杭世，陈吉宁，等.污泥处理处置的认识误区与控制对策. 2004