机动车清洗污泥处理技术研究

陈 刚，刘新力，宋义林，贾学斌

（黑龙江大学机电工程学院，哈尔滨 150080）



机动车清洗污泥处理技术研究

陈 刚，刘新力，宋义林，贾学斌

（黑龙江大学机电工程学院，哈尔滨 150080）

摘要：介绍了洗车污泥的特点和采用超声波、絮凝、气浮、紫外线消毒以及叠螺式脱水多项技术方法结合的洗车污泥处理技术，指出采用该污泥处理技术适合我国洗车污泥处理国情特点，可实现多项技术方法联合作用，优势互补。污泥气浮处理、紫外线消毒和叠螺式脱水关键技术对提高洗车污泥处理效果，降低处理成本，防止二次污染起到关键作用。

关键词：洗车污泥；气浮处理；紫外线消毒；叠螺式脱水

污泥通常主要指由各种微生物以及有机物、无机物颗粒组成的絮状物，污泥是城市污水处理不可避免的副产品［1］。由于长期以来对污水处理后一环节的污泥处理不重视，导致由其引发的二次污染事件频繁发生［2］。随着世界各国城市化和工业化的快速发展，污泥的处理处置已成为世界性的社会和环境问题。污泥既是一种城市垃圾，又是潜在的资源。长期以来，我国往往将污水处理与污泥处理处置分割开来，污泥处理处置工程技术研究比较落后［3］。缺少成套处理处置技术设备，污泥处理和处置已成为我国污水处理必须考虑的重要环节。

随着我国机动车数量的增加，洗车量不断加大，洗车污水量也迅速增加，机动车清洗污泥（洗车污泥）产量也随之加大，在考虑处理洗车污水的同时，洗车污泥的处理处置已成为必须解决的重要课题。针对属于轻度污染的洗车污泥经降解去除等适当处理，可制成建筑材料，造田、种植农作物，尤其是进行林地、市政绿化等土地利用或进行卫生填埋化等综合处理处置资源化利用。而未经妥善处理处置的洗车污泥的排放使城市排水管道的淤泥淤积加重，增加了城市二级污水处理厂污水和污泥处理难度和负担，污染环境及河流、湖泊。

机动车清洗污泥处理技术研究，不仅对解决目前国内机动车清洗行业洗车污泥处理技术瓶颈问题及现状具有重要作用，对实现污泥处理处置资源化将起到技术支撑作用，对落实科学发展观，保持国民经济可持续发展，保护和改善城市环境具有重大意义。

1　机动车清洗污泥的特点及技术处理方法

洗车污泥属轻度污染的污泥，主要为矿物油和洗车用洗涤剂等，含量很微小，重金属铬和铅含量远低于国家控制标准。由于汽车在行驶过程中沾染了许多的泥土，清洗车辆过程中沉积的污泥数量相当可观，且洗车污泥含水率很高，液态污泥含水率为97%左右，成为污泥处理面临的难题之一。如何处理这些数量庞大的污泥，使其达到减量化、无害化、资源化，已成为我国环境界深为关注的课题之一。

现有洗车污泥处理技术方法在处理效果、效率、成本等方面难以满足洗车污泥处理处置资源化利用的问题。在吸收国内外污水和污泥处理技术，结合国内机动车清洗污泥特性的基础上，研究开发了多项适合我国洗车污泥处理的技术方法。结合洗车污泥处理技术，使多项技术方法联合作用，优势互补，处理高效、节能，运行低成本，无二次污染。该洗车污泥联合处理方法，包括对洗车污水初沉污泥采用超声波、絮凝、气浮、紫外线消毒以及叠螺式脱水处理，洗车污泥处理技术工艺流程如图1所示。

图1 机动车清洗污泥处理技术工艺流程图Fig.1 Technology process flow diagram of disposing the sludge produced by cleaning vehicles

气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体去黏附废水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面实现固液或液液分离的过程［4］。气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣不易腐化［5］。气浮法去除悬浮物效果较好，而且与絮凝结合作用可进一步提高处理效果。

紫外线消毒具有速度快、效率高的特点，紫外线照射几十秒，大肠杆菌杀灭率即可达98%。同时不影响水的物理性质和化学成分，不增加嗅和味，操作简单。紫外线对洗车污泥不仅具有灭菌的作用，还具有分解污泥中有机物的作用。

超声波处理污泥是近年来发展起来的一种新的污泥处理技术，超声波可以分解生物固体，改善膨胀活性污泥絮体沉降性，提高其脱水能力，并且超声反应器可以与其他污泥处理工艺任意组合，与其他污泥处理工艺的联合使用具有广阔的前景［6］。将超声波震板置于气浮槽内，并将絮凝剂注入气浮槽内，絮凝、超声波处理同时进行，超声波处理可促进絮凝剂水解、凝聚和絮凝过程的进行，通过超声波场的机械振动、空化效应及热作用来破坏污泥的结构，减小固体间的黏附作用，可提高洗车污泥絮凝效果，有利于使污泥中的油和泥砂分离。此外，超声处理也使得絮凝剂对污泥颗粒的吸附总量增加，这为絮凝过程创造了条件［7］。利用超声波可以破坏具有良好保水性的污泥菌胶团，使菌胶团内部包含水排出，同时保持较大的污泥颗粒。利用超声波对脱除污泥中的水含量有明显的作用。超声改善污泥脱水性能的机理是超声波通过调整污泥结构，促使污泥结构重组，改变污泥中水的存在形态，使污泥中难去除的结合水释出，转化成易脱的自由水［8］。对超声波处理后的洗车污泥进行脱水处理可大幅度提高污泥脱水效果，降低了处理成本，使污泥脱水高效且低能耗。

采用该机动车清洗污泥处理技术方法可有效提高洗车污泥絮凝效果，减少絮凝剂用量，改善有机物被氧化能力，适用pH值范围广，实现洗涤剂快速降解，提高矿物油的去除效果，提高污泥脱水效果，降低了处理成本。有利于实现洗车污泥减量化、稳定化、无害化和资源化利用。

2　机动车清洗污泥处理关键技术

2.1洗车污泥气浮处理技术

气浮过程效果的好坏在很大程度上取决于水中空气的溶解量和饱和度，以及气泡的分散程度和稳定性。气泡的数量、大小直接与溶气压力有关，压力愈高，空气在水中的溶解度也愈大，气泡分散度也愈高、愈均匀［9］。实现气浮法分离的必要条件之一：必须向水中提供足够数量的微细气泡，气泡理想尺寸为15～30μm。溶气释放气泡的大小可由下式计算：

式中r——析出气泡的最小半径，cm；

P1、P2——分别为溶气水释放前后的压力，10-5N/cm2；

σLG——水气界面张力，10-5N/cm2；

即析出气泡的最小半径r与溶气水释放前后的压力差P1-P2成反比。

上海某流体系统有限公司生产的气液混合泵适用于含有微细颗粒的含水洗车污泥与空气的混合加压溶气气浮，可使含有微细颗粒的含水洗车污泥与空气在泵内加压混合，并可输送混合气体和含微细颗粒的液体，体积小，气液溶解效率高，可达80%～100%，气泡微细，可达20～30um，可取代传统的加压泵、空压机、大型溶气罐、射流器及释放头等。克服传统装置运行不稳、大气泡翻腾等弊端。使系统运行稳定、低噪音。

泵流量与气浮系统处理量有一定的比例关系，回流量为气浮系统处理量的15%～50%。将洗车污泥气浮处理系统设计为部分回流溶气气浮方式，就是将经气浮处理系统处理后的部分含水污泥溶气后，再返回气浮系统。这部分返回的含水污泥量通常称为回流量，也就是气液混合泵的流量。一般而言，应依据气浮系统工作能力和溶气气浮对气液混合压力的要求选用气液混合泵，可按系统回流量确定气液混合泵流量，气液混合压可选择为0.35～0.45MPa。洗车污泥气浮处理系统结构示意如图2所示。

图2 洗车污泥气浮处理系统结构示意图Fig.2 Structure diagram of sludge produced by cleaning vehicles and air floatation disposal system

为了在气液混合泵污泥进口处能够产生真空，使空气在大气压作用下进入泵内，污泥进口管道上必须安装污泥节流阀用以调节流量。为避免停泵时气浮槽内污泥经气体进入管反流溢出，气体进入管应安装单相阀。气体进入管还应设有气体调节阀，以便调节泵进气量。气液混合泵排料管路中需安装气液分离罐，气液分离罐的作用：由于注入泵中的空气中，未能溶解的部分会形成大气泡在管路中流动，并在压力调节阀门前形成气窝，影响溶气效果。在泵的出口管路中安装气液分离罐，并在气液分离罐上安装自动排气阀，排除未能溶解的部分空气。气液分离罐的大小一般根据泵的流量设定，也可根据泵的出口口径设定气液分离罐容量。在气浮污泥出口管路末端（即气浮槽附近）需设置压力调节阀，且以截止阀为宜。溶气气浮、溶气水释放管路需要根据处理槽的形状等考虑。一般筒形处理槽的锥形底部直接安装立管，气体吸嘴前需要安装气体流量计，以便调节和控制吸气量。

另外，国内企业吸收德国EDUR公司气液多相流泵技术生产的气液多相流泵，具有气体溶解和液体-气体混合输送功能，技术先进，也可作为该洗车污泥气浮系统的气液混合溶气气浮泵使用。

2.2洗车污泥紫外光线消毒方法

紫外线消毒方法具有如下优点：不需增加化学药品，在水中不生成可能有害的残余物质，对空气和水生生物无影响。在系统操作上，用紫外线消毒具有操作容易，运行管理和维修费用低，另外还具有消毒处理时间短、装置简单等优点。紫外线消毒是一种非常有发展前途的中、小规模消毒方式［1］。

由于洗车污泥特别浑浊，透光性差，紫外线的穿透率低，紫外光线作用效率低，照射效果极差。可将紫外光线照射器结构设计为：紫外线发光管用透明石英套管密封，石英套管外罩不锈钢外筒体，污泥入口导向管和出口导向管分别设在外筒圆周形内壁切线方向，位于外筒体两端且位置相对。可使污泥进入照射器后呈螺旋形绕石英套管环绕流动，紫外光线对贴近石英套筒管圆柱形外壁处污泥照射，由于污泥作螺旋形循环流动，紫外线发光灯管可对污泥分层多次轮流循环照射，可提高紫外光线照射效率和效果。

采用紫外光线方法对洗车污泥进行消毒处理是将气浮槽内含水洗车污泥泵入紫外线照射器内，将气浮槽内含水洗车污泥气浮残留空气氧化剂的氧化作用和紫外光化学辐射结合的光化学氧化法，产生氧化能力很强的自由基，提高氧化反应速率和能力，对难降解且具有毒性的小分子有机物去除效果极佳，紫外线不仅有灭菌的作用，还具有分解有机物的作用。

2.3洗车污泥叠螺式脱水技术

机动车清洗污泥主要特征是含水率高，污泥难脱水的特征制约了污泥有效安全的处理与处置，提高污泥脱水率，有效减少污泥泥饼含水率，成为解决污泥处理的关键问题之一。污泥脱水是去除污泥中的毛细水和表面附着水，从而缩小其体积，减轻其质量。国内外脱水的机械设备主要有真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和卧螺沉降离心机［3］。

以上脱水机械存在着脱水性能、占地面积、运行操作上以及使用成本上优缺点的差异。真空过滤机是利用抽真空的办法造成过滤介质两面的压力差，缺点是附属设备较多，工序较复杂，占地面积大，运行费用也较高。板框压滤机由板与框相间排列而成，在滤板的两侧覆有滤布，在板与框之间构成压滤室，污泥由通道进入压滤室，滤液在压力下通过滤布，使污泥脱水。板框压滤机适用于各种污泥，构造较简单，但过滤推动力大，操作比较麻烦，不能连续工作，产率较低。带式压滤机主要特点是把压力施加在滤布上，用滤布的压力和张力使污泥脱水，可以连续生产。但滤布需经常性的冲洗，冲洗作业耗时且浪费水资源。离心机用于污泥浓缩及脱水已有几十年的历史，目前普遍采用的是卧螺离心机，其占地面积较小，运行稳定，泥固体的回收率高，但动力消耗和噪声较大，操作运行难度较大［3］。

叠螺污泥脱水机属于螺旋压榨脱水机，目前我国在吸收国外叠螺污泥脱水技术的基础上，通过对该项技术的理论研究和实践，已开发出拥有自主产权的叠螺污泥脱水机技术，确保脱水机连续稳定泥水分离效果。叠螺污泥脱水技术是污泥脱水领域的一次革新，形成了浓缩、脱水、自清洗一体化的全新分离技术，为我国污泥处理领域增添了一种先进的脱水模式。

叠螺脱水机的主体是由固定环和游动环相互层叠，螺旋轴贯穿其中形成的过滤装置，前段为浓缩部，后段为脱水部，固定环和游动环之间形成的滤缝，螺旋轴的螺距从浓缩部到脱水部逐渐变小，螺旋轴的旋转在推动污泥从浓缩部输送到脱水部的同时，也不断带动游动环清扫滤缝，防止堵塞。污泥在浓缩部经过重力浓缩后，被运输到脱水部，在前进的过程中随着滤缝及螺距的逐渐变小以及背压板的阻挡作用下，产生极大的内压，容积不断缩小，达到充分脱水的目的。由于动静环连续错动能达到筒体内自洁的作用，实现了过滤间隙不易堵塞的目的，取代了老一代滤布、带式滤板的高压冲洗，大大节约了用水，螺旋轴低速运转（3～5r/min），减少了设备的机械磨损，延长了设备的使用年限，且能耗低、噪音振动小、故障少，操作安全。结构紧凑，占地空间小，具有自清洗功能，不必为防止污泥堵塞而大量用水清洗，特别适用于洗车污泥脱水。

3　结论

洗车污泥属轻度污染的污泥，主要为矿物油和洗车用洗涤剂等，含量很微小，重金属铬和铅含量远低于国家控制标准。经降解去除等适当处理，可资源化利用。机动车清洗污泥主要特征是含水率高，因此提高污泥脱水率有着重要作用和应用价值。采用超声波、絮凝、气浮、紫外线消毒以及叠螺式脱水多项技术方法结合污泥联合处理技术，适合我国洗车污泥处理国情特点，可实现多项方法联合作用，优势互补，处理高效、节能。

机动车清洗污泥处理关键技术主要包括：洗车污泥气浮处理技术、洗车污泥紫外光消毒方法和洗车污泥叠螺式脱水技术。对有效节省洗车污泥处理装置占据的空间，提高处理效果和效率，降低处理成本，防止二次污染起到关键作用。

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中图分类号：X703

文献标志码：A

文章编号：1674-8646（2016）10-0038-04

收稿日期：2016-03-16

基金项目：哈尔滨市科技创新人才研究基金项目（优秀学科带头人2013RFXXJ066）

作者简介：陈刚（1964-），男，黑龙江齐齐哈尔人，大学本科，研究员级高级工程师，主要从事废弃物处理与资源化利用技术研究。

Study on the technology for disposing the sludge produced by cleaning vehicles

CHEN Gang， LIU Xin-li， SONG Yi-lin， JIA Xue-bin
（College of Mechanical and Electrical Engineering， Heilongjiang University， Harbin 150080， China）

Abstract：This paper introduces the characteristics of the sludge produced by cleaning vehicles and the disposal technology that combines ultrasonic， flocculation， air floatation， ultraviolet radiation disinfection and spiral dewatering. It is pointed out that the disposal technology is suitable for China's national conditions.The technology realizes the combined effects of multiple methods and possesses complementary advantages.The key technology of the air floatation disposal of sludge，ultraviolet radiation disinfection and spiral dewatering plays a key role of saving the space occupied by the sludge disposal device， improving the effect and the efficiency of the disposal， reducing the processing cost， and preventing the secondary pollution.

Key words：Sludge produced by cleaning vehicles； Air floatation disposal； Ultraviolet radiation disinfection； Spiral dewatering