新型環(huán)保清淤及淤泥無害化處理技術(shù)
——以常州長蕩湖綜合治理項目為例

姜 瑋， 楊 劍， 陳云飛

(1.常州金壇水利建設(shè)投資發(fā)展有限公司， 江蘇 常州 213200；2.常州市金壇區(qū)水利局指前水利管理服務(wù)站， 江蘇 常州 213200；3.常州市金壇區(qū)水利局西城水利管理服務(wù)站， 江蘇 常州 213200)

1 概 述

國內(nèi)近幾年圍繞河湖治理時底泥中污染物的去除問題開展了較多的“環(huán)保清淤”工程，工程將河湖底泥中聚集的污染物通過清淤方式移出水體。

國務(wù)院印發(fā)執(zhí)行的《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案(2013年修編)》明確提出“在科學(xué)論證和試點的基礎(chǔ)上，對太湖等底泥污染嚴(yán)重、水草分布較少、水生生物多樣性下降、藍(lán)藻水華多發(fā)區(qū)實施底泥清淤”“對長蕩湖、陽澄湖、長廣溪等淤積比較嚴(yán)重的湖泊河網(wǎng)適度進(jìn)行生態(tài)清淤，并妥善解決可能出現(xiàn)的底泥重金屬或持久性有機污染物超標(biāo)等問題”。

目前“環(huán)保清淤”的難點一是抽吸過程可能由于操作不當(dāng)導(dǎo)致水體擾動較大，將底泥內(nèi)的污染物重新釋放到水體，造成水體內(nèi)源污染。二是對淤泥進(jìn)行無害化的處理處置，特別是原本沉積在淤泥中的鎘、鉻、銅、鉛等重金屬有害物質(zhì)，N、P等營養(yǎng)元素在淤泥脫水過程中隨著濾液釋放出來，對環(huán)境造成二次污染[1]。

目前對疏浚淤泥常用的脫水方法有自然脫水、真空脫水、機械脫水、熱處理等方法[2]。

(1)自然脫水法是將淤泥平鋪攤曬，使水分自然流失。這種方法的缺點一是脫水耗時太長，受氣候等自然條件影響較大，二是氣味、滲濾液對周圍環(huán)境影響較大。

(2)真空脫水是在淤泥處理池中敷設(shè)真空管，利用真空抽吸原理對淤泥進(jìn)行脫水處理。這種方法主要缺點在于處理池場地需求大，施工成本較高，且濾液由于含有有害物質(zhì)，需進(jìn)一步處理達(dá)標(biāo)排放。

(3)機械脫水是利用壓濾機在加壓條件下過濾脫水或利用離心脫水機在高速離心作用下將淤泥泥水分離，達(dá)到脫水目的。這種方法的主要缺點是有時清淤量較大機械設(shè)備需要連續(xù)工作，能耗較高且同樣存在濾液需要進(jìn)一步處理等問題。

(4)熱處理包括熱干化和焚燒。熱干化一般控制溫度在60～80℃，對于大清淤工程而言能耗較高。至于淤泥焚燒，由于淤泥中有機質(zhì)含量相比市政污泥低很多，一般含量在0.1g/g水平[3]，所以其熱值較低，焚燒處理的經(jīng)濟(jì)效益較差。

在江蘇常州長蕩湖綜合治理項目中采用了新型環(huán)保清淤及淤泥無害化處理技術(shù)。該技術(shù)以高通量濾袋為工藝主體，利用空泡作用將淤泥打碎，淤泥在與高效脫水劑、重金屬穩(wěn)定劑均勻混合后注入濾袋，通過高效絮凝、重金屬吸附、重力壓縮、自然干化、高通量濾袋過濾等作用，實現(xiàn)了淤泥的高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保脫水。

2 技術(shù)流程及原理

本項目對長蕩湖西北部2 000m2的重點水域進(jìn)行了環(huán)保清淤及淤泥無害化處理生產(chǎn)性試驗，精確絞吸30～50cm厚的湖底淤泥，清淤量約2 000m3(濕淤泥)。集成精確化清淤技術(shù)、在線無害化封閉技術(shù)、高通量濾袋深度脫水技術(shù)，其技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 技術(shù)流程圖(單位：mm)

2.1 絞吸泵底泥精準(zhǔn)抽吸

使用配備專用環(huán)保吸泥泵的清淤船實施清淤。輸送管道里的淤泥流量保持穩(wěn)定，平均50 m3/h，淤泥含固率控制在5%～12%，精確絞吸30～50 cm厚的湖底淤泥。同時在泥漿泵抽吸底泥時，控制精準(zhǔn)抽吸，將泥層周圍水體的擴(kuò)散層(1 m)隨淤泥一同抽吸至后續(xù)處理環(huán)節(jié)。避免抽吸過程中由于擾動造成沉積污染物擴(kuò)散而污染原本的水環(huán)境。

2.2 淤泥輸送

清淤水域距離脫水場地約為250～500 m，淤泥通過軟管輸送。

2.3 淤泥預(yù)處理

為防止湖底尺寸較大的垃圾、雜物等對淤泥在線處理裝置的不利影響，本項目在脫水場地附近設(shè)100 m3淤泥調(diào)節(jié)緩沖池，調(diào)節(jié)緩沖池前配置20 mm的格柵用以攔截大的雜物與垃圾，保證淤泥在線處理系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行。

2.4 淤泥在線處理系統(tǒng)

淤泥在線處理對實現(xiàn)淤泥高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保的目標(biāo)至為關(guān)鍵。淤泥在線處理系統(tǒng)核心包括淤泥流量與含固率在線監(jiān)測系統(tǒng)、淤泥顆粒破碎處理系統(tǒng)、高效絮凝劑投加系統(tǒng)、重金屬固定劑投加系統(tǒng)，所有系統(tǒng)總裝在一個集裝箱內(nèi)，如圖2所示。

圖2 淤泥在線處理集裝箱內(nèi)部系統(tǒng)(單位:mm)

2.4.1淤泥流量與含固率在線監(jiān)測系統(tǒng)

該系統(tǒng)用來自動控制絮凝劑與重金屬固定劑的投加量，不但便于精確控制脫水條件，而且能夠?qū)崿F(xiàn)工程量的準(zhǔn)確測量以及清淤成本的精確測算。并且可通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳遞，實時指導(dǎo)清淤船操作員調(diào)整清淤深度，防止沉積污染物擴(kuò)散造成內(nèi)源污染。

2.4.2淤泥顆粒破碎處理系統(tǒng)

采用空泡作用高效打碎較大的團(tuán)聚淤泥，使淤泥與絮凝劑更容易均勻混合，更易于脫水。

2.4.3高效絮凝劑投加系統(tǒng)

預(yù)實驗將聚合氯化鋁PAC、聚合硫酸鐵PFS、石灰等多種脫水藥劑進(jìn)行了組合研究，得到了適合長蕩湖淤泥的最佳投藥量。相比常用的聚丙烯酰胺(釋放的單體具毒性)等絮凝劑，本絮凝劑無毒，有利于保護(hù)水體及動植物。采用特殊絮凝劑混合系統(tǒng)在線投加，高效絮凝。

2.4.4重金屬固定劑投加系統(tǒng)

按需投加重金屬固定吸附劑，主要成分為高活性吸附材料，可快速捕捉重金屬，使重金屬固定在淤泥中，避免隨著濾液擴(kuò)散到環(huán)境中造成二次污染。

2.5 淤泥配送

淤泥脫水場地布置有若干濾袋，淤泥通過管道從在線系統(tǒng)中輸送到濾袋。

2.6 濾袋脫水

高通量濾袋的脫水原理是通過淤泥自身重力作用和袋體材料本身的濾水作用以及環(huán)境的自然風(fēng)干作用下，實現(xiàn)泥漿的脫水與固結(jié)。具體包括3個步驟，分別是填充、脫水和固結(jié)階段。采用高通量濾袋實現(xiàn)了淤泥零能耗、快速有效的固液分離，最終含水率低于30%，固體截留率達(dá)99%以上。且高通量濾袋和循環(huán)使用，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

2.7 濾后水處理

場地表面覆蓋一層防滲膜，在防滲膜上在鋪設(shè)排水板，使上清液不會滲入地下，而是沿著設(shè)計好的坡度匯集，通過集水溝槽導(dǎo)流進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。本工程實驗場地選取在現(xiàn)有市政污泥堆場內(nèi)，附近有污水處理設(shè)施，濾后水可匯入污泥堆場內(nèi)的污水處理設(shè)施內(nèi)。

3 脫水效果

3.1 淤泥含水率變化

如圖3所示，濾袋中淤泥的含水率隨脫水時間的延長而降低。在22d時，淤泥平均含水率已降低到30%以下，達(dá)到可資源化處置水平。土工袋放置30d后，脫水后的淤泥已達(dá)到干裂的程度(圖4)。試驗?zāi)┢谟倌嗥骄室呀抵?5.4%，達(dá)到預(yù)期效果。采用高通量濾袋脫水的耗時周期遠(yuǎn)低于自然脫水法[4]，節(jié)省工期。

圖3 濾袋中淤泥含水率變化

圖4 脫水30d后的干裂淤泥

3.2 濾后水水質(zhì)

3.2.1主要污染物截留效果

經(jīng)過高通量濾袋的有效過濾，濾后水水質(zhì)比底泥上清液改善了很多，主要污染物均被不同程度地截留。濾后水中COD、BOD5、NH3-N、TN、TP的質(zhì)量濃度分別為16、2、0.1、2.53、0.66 mg/L，各截留率分別為38.5%、75%、82.21%、37.5%、62.5%。采用高效絮凝劑和吸附材料對淤泥中污染物固定，再經(jīng)過濾袋過濾，在一定程度上減輕了主要污染物對環(huán)境的二次污染。

表1 濾后水主要水質(zhì)指標(biāo)

3.2.2重金屬截留效果

淤泥脫水前后重金屬變化如表2所示。

表2 重金屬截留效果

從重金屬截留效果中可以得出兩點結(jié)論：

(1)向淤泥中投加高效絮凝劑和重金屬固定劑后，在高通量濾袋過濾作用下，能夠完全將各類重金屬截留在淤泥固體內(nèi)而不隨濾液滲出，確保不出現(xiàn)重金屬二次污染現(xiàn)象。

(2)由于投加的高效絮凝劑中含有一定的雜質(zhì)成分，導(dǎo)致了各類重金屬濃度相比于原始底泥略高，但這部分重金屬雜質(zhì)也能被高通量濾袋有效截留，不增加環(huán)境污染風(fēng)險。

從淤泥脫水后的各項指標(biāo)檢測結(jié)果可以看出，受污染水體淤泥中的重金屬等污染物全部隨淤泥一起截留在濾袋內(nèi)。濾后水水質(zhì)達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918—2002)》一級A的指標(biāo)，無需處理可直接排入水體。高通量濾袋內(nèi)的干化淤泥可根據(jù)國家2018年試行的《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(GB36600—2018)》處置。本項目使用新型環(huán)保清淤及無害化處理技術(shù)后的干化淤泥，可進(jìn)行土地改良、建材制磚等資源化處置。

4 總 結(jié)

相比于其它清淤及脫水方式，本項目采用的新型環(huán)保清淤及無害化處理技術(shù)通過精準(zhǔn)抽吸防止沉積污染物擴(kuò)散造成內(nèi)源污染，不會對水體生態(tài)環(huán)境造成破壞性影響。同時高通量濾袋脫水工藝實現(xiàn)了淤泥的高效、低能耗、綠色脫水。且濾后水水質(zhì)較好，無需額外處理，不會對環(huán)境造成二次污染。干化淤泥也無需再進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化處理，可作資源化處置。