淤泥脫水固化技術(shù)在黑臭水體治理中的應(yīng)用

石普霖

（上海秦森園林股份有限公司 上海 200000）

引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污水排放量逐日劇增[1]。但是，現(xiàn)有排水基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)法滿(mǎn)足污水收集、運(yùn)輸和處置需求，導(dǎo)致大量污水未經(jīng)任何處理直接排入天然水體，使其呈現(xiàn)“黑臭“甚至”重度黑臭“的狀態(tài)[2]。

2015年04月，國(guó)務(wù)院頒布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，要求在2017年底，直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市建成區(qū)基本消除黑臭水體，2020年底地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以?xún)?nèi)[3]。因此，在政策的驅(qū)動(dòng)下，全國(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模開(kāi)展黑臭水體綜合治理工作。

底泥清淤是消除黑臭水體內(nèi)源污染的最有效工程手段之一[4]。但是，在我國(guó)黑臭水體治理的工程實(shí)踐中，大量疏浚底泥被作為渣土或建筑垃圾隨意轉(zhuǎn)運(yùn)和存放，甚至被廢棄于魚(yú)塘或農(nóng)田中，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境[5，6]。并且，隨著各地黑臭水體治理工作的不斷推進(jìn)，淤泥產(chǎn)量逐年遞增，處置能力卻停滯不前，環(huán)境承載壓力急劇增加。

因此，合理選擇淤泥處理處置技術(shù)，可以降低淤泥隨意堆放帶來(lái)的二次污染、減少土地資源浪費(fèi)，對(duì)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

1 淤泥脫水固化技術(shù)路線(xiàn)

近年來(lái)，黑臭水體治理的研究，主要集中在提高水體自身凈化能力、提高生態(tài)多樣性上，但對(duì)于清淤產(chǎn)生底泥的快速減量化和資源化研究則相對(duì)較少。孟慶山等人[7]采用水泥、粉煤灰和石膏對(duì)淤泥進(jìn)行固化研究，發(fā)現(xiàn)水泥在淤泥固化全過(guò)程中占據(jù)主導(dǎo)地位，對(duì)固化效果影響最為顯著；而石膏有利于快速提高固化淤泥早期強(qiáng)度。王東星等人[8]在淤泥中加入9%的水泥，淤泥強(qiáng)度快速提升，可用于高等級(jí)快速的的路基材料；在淤泥中加入6%的石灰和3%的粉煤灰，淤泥強(qiáng)度緩慢提升，可滿(mǎn)足次干道和支路的路基材料標(biāo)準(zhǔn)。田旭等人[9]將淤泥原位固化做生態(tài)護(hù)坡，并在淤泥強(qiáng)度形成前種植沉水和挺水植物，可提高水體自?xún)裟芰?、改善水質(zhì)。還有淤泥燒結(jié)制陶粒和磚塊等理論研究，但燒結(jié)過(guò)程會(huì)消耗大量能源，對(duì)大氣產(chǎn)生二次污染；并且需要配套建設(shè)燒結(jié)設(shè)備，大幅增加工程建設(shè)總投資[10，11]。

基于上述理論研究，在實(shí)際工程應(yīng)用中可采用淤泥脫水固化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)淤泥快速減量化和資源化，且無(wú)需增加設(shè)備投資。具體技術(shù)路線(xiàn)如下：

（1）在泥漿中加入無(wú)機(jī)絮凝劑和調(diào)理劑并充分?jǐn)嚢?，保證藥劑均勻的分布于泥漿中；

（2）使用離心或板框脫水機(jī)將淤泥含水率快速降低至75%-80%；

（3）在脫水后的淤泥中，加入淤泥固化劑，快速攪拌混勻，以提高脫水淤泥的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、滲透性和植生性；

（4）根據(jù)實(shí)際工程需要，可將固化淤泥制作成路基、透水步道磚、河湖護(hù)岸和生態(tài)混凝土等材料，在黑臭水體治理工程中實(shí)現(xiàn)原位資源化利用。

圖1 淤泥脫水固化總體技術(shù)路線(xiàn)

該技術(shù)對(duì)淤泥進(jìn)行處理，形成高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)土，可作為路基填料，用于濱水道路的路基施工；還可制作透水磚，直接用于濱水步行空間建設(shè)；用于河湖護(hù)岸，可解決河湖邊坡結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，水土流失嚴(yán)重、生態(tài)效應(yīng)差等問(wèn)題；還能根據(jù)需要，在固化淤泥表面種植多種挺水和沉水植物，提高水體生態(tài)多樣性和透明度。該技術(shù)是一種生態(tài)安全、無(wú)二次污染的淤泥處置技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了淤泥的原位處置和資源化利用，具有極佳的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2 工程應(yīng)用分析

2.1 工程概況

福州市某黑臭水體治理工程，通過(guò)采用清淤、截污、生態(tài)處理等工程措施，削減入河的COD、氮、磷等污染物總量，從而消除水體黑臭現(xiàn)象。本項(xiàng)目選擇半干式清淤方式，使用高壓水槍對(duì)河底淤泥進(jìn)行沖刷破壞，再采用泥漿泵將泥漿抽排至淤泥集中處置區(qū)。淤泥靜置約12h排出上清液，然后進(jìn)行脫水固化處理。本項(xiàng)目總清淤量為23416m3。

本工程多次測(cè)試底泥基本性質(zhì)，數(shù)據(jù)如下表所示：

表1 福州市某黑臭水體治理工程淤泥性質(zhì)

從檢測(cè)結(jié)果看出，本項(xiàng)目淤泥含水率為85%-94%，有機(jī)質(zhì)含量較低（6%-10%），易于通過(guò)添加絮凝劑進(jìn)行脫水處理；淤泥中各類(lèi)重金屬含量較低，滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)CJ/T309-2009》對(duì)于污泥農(nóng)用的標(biāo)準(zhǔn)。綜上，本項(xiàng)目淤泥適于使用脫水固化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源化利用。

2.2 技術(shù)方案

本項(xiàng)目選用無(wú)機(jī)高分子絮凝劑聚合氯化鋁（PAC），絮凝劑投加量為1%，使用板框壓濾機(jī)將淤泥含水率快速降低至75%左右；選用固化劑為強(qiáng)度等級(jí)為42.5的硅酸鹽水泥和石膏，水泥和石膏摻量分別為8%和2%，固化后淤泥直接在本項(xiàng)目中用于河道護(hù)岸施工。

與此同時(shí)，在施工過(guò)程中制作多組固化淤泥方形試塊，尺寸為 15cm×15cm×15cm，并分別在 7d、14d、21d和 28d測(cè)量試塊抗壓強(qiáng)度，以研究固化淤泥的強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，驗(yàn)證其是否滿(mǎn)足護(hù)坡抗壓強(qiáng)度。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.3.1 固化淤泥試塊抗壓強(qiáng)度

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，固化淤泥早期抗壓強(qiáng)度快速增長(zhǎng)，在7d即可達(dá)10.87Mpa。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，固化淤泥的抗壓強(qiáng)度無(wú)顯著增長(zhǎng)，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到11.33Mpa。

表2 固化淤泥抗壓強(qiáng)度

過(guò)往的研究和工程實(shí)踐表明，生態(tài)護(hù)坡的抗壓強(qiáng)度達(dá)到2-15Mpa時(shí)，即可滿(mǎn)足實(shí)際使用要求[12-14]。本工程使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%水泥和2%石膏作為淤泥固化劑，試塊抗壓強(qiáng)度在7日內(nèi)即可達(dá)到10.87Mpa，工期短，投資小，且滿(mǎn)足護(hù)坡抗壓強(qiáng)度要求。

2.3.2 生態(tài)護(hù)岸建設(shè)和土方平衡

本項(xiàng)目河道長(zhǎng)度3.3km，現(xiàn)狀駁岸以漿砌塊石駁岸為主，本工程采用固化淤泥對(duì)現(xiàn)狀駁岸實(shí)施生態(tài)改造（如下圖2所示）。

圖2 固化淤泥改造漿砌塊石駁岸示意圖

本工程駁岸總改造長(zhǎng)度為5.7km，駁岸改造所需平均淤泥量為3.96m3/m，共使用淤泥量為22572m3，淤泥外運(yùn)量為844m3，僅為清淤總量的3.6%，實(shí)現(xiàn)了清淤底泥的原位資源化利用。

3 下一步工作建議

3.1 淤泥固化劑研發(fā)

針對(duì)不同的淤泥性質(zhì)和資源化利用方向，有針對(duì)性的研發(fā)高效淤泥固化劑，優(yōu)化水泥、石灰、石膏、粉煤灰和其他添加劑的配比參數(shù)，提高固化淤泥的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、透水性等物化指標(biāo)；同時(shí)，通過(guò)改善固化淤泥的堿度和孔隙率等性能，滿(mǎn)足不同種類(lèi)植物的生長(zhǎng)需求。

3.2 淤泥脫水固化資集成設(shè)備生產(chǎn)

集成淤泥篩分、除砂、脫水、固化和資源化工藝，提高淤泥脫水固化資源化效率，減少設(shè)備占地面積，形成可產(chǎn)業(yè)化的集成技術(shù)工藝系統(tǒng)和成套設(shè)備產(chǎn)品。

結(jié)語(yǔ)

黑臭水體治理可顯著提高水質(zhì)，提升水體生物多樣性，但清淤帶來(lái)的底泥二次污染亦不可忽視。因此，實(shí)際工程應(yīng)用中可采用淤泥脫水固化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)淤泥快速減量化和資源化，大大降低底泥隨意丟棄對(duì)環(huán)境的危害。同時(shí)，工程中應(yīng)根據(jù)清淤底泥的實(shí)測(cè)性質(zhì)，有針對(duì)性的研發(fā)使用淤泥固化劑，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備配置情況，集成淤泥篩分、除砂、脫水、固化和資源化工藝，可大大提高淤泥脫水固化資源化效率，實(shí)現(xiàn)更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。