淤泥固化及資源化技術(shù)在東引運(yùn)河內(nèi)源治理工程中的應(yīng)用

摘要：近年來，隨著我國對黑臭水體治理要求的提高，清淤量逐年上升，河道淤泥處置已成為推進(jìn)水生態(tài)建設(shè)的關(guān)鍵。以廣東省東莞市東引運(yùn)河流域樟村斷面內(nèi)源治理工程為基礎(chǔ)，介紹了一套完整的河道淤泥處置技術(shù)，運(yùn)用機(jī)械脫水工藝可將含水率95%的淤泥脫水至含水率40%，實(shí)現(xiàn)了污染淤泥減量化和無害化的目標(biāo)，較好地解決了淤泥二次污染和消納場地不足等問題。

關(guān)鍵詞：河道淤泥；固化處理；機(jī)械脫水；資源化利用

引言

2019年3月，廣東省東莞市生態(tài)環(huán)境局組織編制《2019年東莞市樟村國考斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)攻堅方案》，明確指出“重點(diǎn)整治城鎮(zhèn)河涌，堅決攻堅，促進(jìn)2019年國考樟村斷面水質(zhì)全部達(dá)標(biāo)（V類）”。東引運(yùn)河流域樟村斷面位于東莞市東城街道花園新村紅川路橋，控制流域面積為843 km2，包括了東引運(yùn)河至寒溪河流域的東城街道、松山湖高新區(qū)（生態(tài)園），以及橋頭、企石等13個鎮(zhèn)街。

松山湖（生態(tài)園）內(nèi)源治理工程是東引運(yùn)河流域樟村斷面綜合治理的一項重要工程，主要內(nèi)容是河道清淤、淤泥固化處理及資源化利用。治理范圍包括干支流河涌（排渠）20條，河涌整治長度29.8km，采用異位處理工藝，清淤總量67萬m3，日高峰清淤量為3800 m3/d（水下方），采用機(jī)械脫水處理工藝，設(shè)置淤泥固化場、泥餅消納場各1座。本項目的目標(biāo)是在控源截污的基礎(chǔ)上，通過清淤及淤泥處置實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)內(nèi)河涌消除黑臭，對樟村斷面達(dá)到地表Ⅴ類水質(zhì)形成有力保障。

1污染現(xiàn)狀

由于污染物排放超過環(huán)境容量，導(dǎo)致東引運(yùn)河流域河道淤積嚴(yán)重，景觀和生態(tài)功能嚴(yán)重退化。根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)位所在河段2019年1～6月平均水質(zhì)數(shù)據(jù)顯示，除南畬塱排渠和埔心排渠在個別月份達(dá)到V類水標(biāo)準(zhǔn)外，其余河涌均為劣V類，氨氮為該片區(qū)主要特征污染物，其次為TP和COD。淤泥中重金屬鉻（Cr）含量指標(biāo)超出《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618-2018）篩選值，水體與淤泥污染嚴(yán)重，河涌水體黑臭。

清淤施工之前，本項目的中坑二渠、西溪河等13條河涌呈現(xiàn)重度黑臭，淤泥淤積嚴(yán)重，水體表面有明顯氣泡冒出，現(xiàn)場調(diào)研時就能聞到刺激性氣味，旱季河水流速較慢，河道生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞；大圳埔排渠、角社排渠等4條河涌輕度黑臭，少量淤泥淤積，河道生態(tài)系統(tǒng)一般破壞。

2技術(shù)路線

2.1原狀淤泥檢測

本項目部委托第三方檢測公司于2020年4月對擬清淤河段進(jìn)行了取樣檢測，分別檢測了含水率、pH、有機(jī)質(zhì)、重金屬含量指標(biāo)及土工指標(biāo)。根據(jù)檢測結(jié)果，土質(zhì)為粉質(zhì)粘土，平均含沙率33.9%，平均含水率57.4%，重金屬Cr含量偏高，超過《綠化種植土壤》（CJ/T 340-2016 ）III級pHgt;6.5限值和GB 15618-2018篩選值（其它pHgt;7.5），無害化處理后可放置于消納場或用于工程回填土。

2.2處理方法比較

淤泥處理的原則是“減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化”。按照處理位置的不同，主要分為原位處理和異位處理2大類。原位處理指無需進(jìn)行采挖疏浚，直接在淤泥上采用覆蓋、鈍化與生物修復(fù)等方法來去除和穩(wěn)定淤泥中的污染物；異位處理指對淤泥進(jìn)行清淤疏浚移至岸邊或處置場后，再對淤泥進(jìn)行處理[1]。

原位處理存在較多的局限性，主要體現(xiàn)在對河道生態(tài)的負(fù)面影響和施工難度大；異位處理可有效減量化河道淤泥，處理工藝相對環(huán)保，是目前主流的處理方法。異位處理方法包括攪拌固化法、機(jī)械脫水法、土工管袋法、真空預(yù)壓法等，其中，機(jī)械脫水法具有較大優(yōu)勢，可分離垃圾、沙料達(dá)到減量化目標(biāo)，脫水淤泥體積可減少30%～40%[2]，本項目設(shè)計采用異位處理的機(jī)械脫水法。

2.3脫水設(shè)備比較

機(jī)械脫水法中脫水設(shè)備有離心式脫水杋、疊螺式脫水機(jī)、板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)等，但各種設(shè)備都有其優(yōu)缺點(diǎn)。

2.3.1離心式脫水機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

離心式脫水機(jī)是通過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將物料所含的水分甩出去，泥漿可不經(jīng)濃縮直接進(jìn)入設(shè)備。但離心式脫水機(jī)受污泥負(fù)荷的波動影響較大，對運(yùn)行人員的素質(zhì)要求較高，且目前國內(nèi)只能生產(chǎn)小型離心式脫水機(jī)，因此本項目不推薦使用。

2.3.2疊螺式脫水機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

疊螺式脫水機(jī)利用螺桿直徑和螺距變化產(chǎn)生的擠壓力，以及游動環(huán)和固定環(huán)之間的微小縫隙，對污泥進(jìn)行壓榨脫水實(shí)現(xiàn)固液分離。疊螺機(jī)占地面積小，運(yùn)行成本低廉，但不適用無機(jī)污泥脫水，處理能力偏低，泥餅含水率較高，本項目不推薦使用。

2.3.3板框壓濾機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

板框壓濾機(jī)由濾板、濾框和濾布相間排列組成，利用壓力對進(jìn)入濾室的污泥進(jìn)行固液分離。板框壓濾機(jī)泥餅的含固率高、濾液清澈、調(diào)理藥劑消耗量少，對物料的適應(yīng)性強(qiáng)，是目前最為成熟的脫水設(shè)備，缺點(diǎn)是不能連續(xù)生產(chǎn)，設(shè)備及配套土建投資較大。

2.3.4帶式壓濾機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

帶式壓濾機(jī)由濾帶、輥壓筒、濾帶張緊裝置等組成，泥漿隨上下2條濾帶緩慢前進(jìn)，被張緊的濾帶壓榨而實(shí)現(xiàn)脫水。帶式機(jī)是一種連續(xù)給料、連續(xù)出餅的脫水設(shè)備，受淤泥負(fù)荷波動的影響小，運(yùn)行能耗低，設(shè)備投資費(fèi)用約為板框機(jī)的50%，但對泥漿調(diào)理的要求較高。

2.3.5 小結(jié)

上述機(jī)械脫水設(shè)備的比選結(jié)果如表1所示，板框壓濾機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，物料回收率高，帶式壓濾機(jī)管理和操作相對簡單，可彌補(bǔ)板框壓濾機(jī)不能連續(xù)生產(chǎn)的缺陷[3]。因此，本項目采用板框壓濾機(jī)與帶式壓濾機(jī)相結(jié)合的方式進(jìn)行淤泥固化處理，通過調(diào)整配置與使用比例實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益最大化。

3工藝設(shè)計

3.1技術(shù)指標(biāo)

松山湖（生態(tài)園）淤泥固化場位于大圳埔支渠南岸，橫瀝立交橋與超橫路交叉路口，占地面積約4.3萬m2。根據(jù)淤泥機(jī)械脫水技術(shù)要求，淤泥固化場設(shè)有除渣、沉砂、濃縮、調(diào)理、壓榨、尾水等系統(tǒng)，各項技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

3.2工藝流程

河道淤泥運(yùn)輸至固化場，經(jīng)篩分設(shè)備將垃圾與石塊等雜質(zhì)分離出來，泥漿進(jìn)入沉沙池進(jìn)行泥沙分離，去除比重較大的沙粒；經(jīng)初步沉淀后的泥漿進(jìn)入濃縮池，利用重力沉降作用進(jìn)一步濃縮淤泥，上清液進(jìn)入尾水系統(tǒng)處理，池底淤泥泵送入調(diào)理池，添加一定比例的固化劑進(jìn)行調(diào)理調(diào)質(zhì)，調(diào)理后泥漿通過渣漿泵送入脫水車間壓濾脫水，分離成泥餅和壓濾液，泥餅外運(yùn)至消納場，壓濾液進(jìn)入尾水系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放。淤泥固化場工藝流程如圖1所示。

3.3系統(tǒng)組成

淤泥固化處理技術(shù)是集高效的淤泥固化調(diào)理、脫水固化和尾水處理為一體的淤泥復(fù)合固化處置集成技術(shù)，選用高效的淤泥篩選系統(tǒng)、淤泥調(diào)理系統(tǒng)、外加劑添加系統(tǒng)、攪拌固化系統(tǒng)、脫水固結(jié)系統(tǒng)、尾水處理系統(tǒng)、淤泥固化土資源性利用系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)組成復(fù)合型工藝設(shè)備集成系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由清淤系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、調(diào)理系統(tǒng)、壓榨系統(tǒng)和尾水處理系統(tǒng)組成。

3.3.1清淤系統(tǒng)

東引運(yùn)河流域樟村斷面多為城市河道，兩側(cè)工業(yè)區(qū)、居民區(qū)較多，干支流較為分散，為減少對周邊環(huán)境的影響，綜合考慮河道水文及運(yùn)輸距離，擬定采用絞吸清淤、水上挖掘機(jī)和人工水力沖挖3種清淤方式。通航河段采用絞吸船清淤方式，淤泥輸送采用管道輸送；非通航河段采用水上挖掘機(jī)及人工水力沖挖的清淤方式，利用泥駁船或封閉式自卸汽車輸送至固化場。

3.3.1.1絞吸清淤

絞吸清淤由絞吸式挖泥船完成。絞吸式挖泥船利用絞刀將河床淤泥打碎，使其與河水混合成泥漿，通過渣漿泵吸收并輸送至固化場。絞吸清淤的淤泥清除效率高，輸泥方便，對水質(zhì)影響小，適合清淤規(guī)模較大的河涌。本項目南畬朗排渠和大圳埔排渠清淤長度12.6km，清淤量40.9萬m3，設(shè)計采用絞吸式清淤。

3.3.1.2水上挖掘機(jī)

水上挖掘機(jī)憑借底盤浮箱，可懸浮在淤泥或水上并自由行走，適合在非通航區(qū)域內(nèi)進(jìn)行清淤作業(yè)，輸送上岸的淤泥含固率高。水上挖掘機(jī)清淤方式適用范圍廣，成本較高。本項目坑尾排渠、埔心排渠、文廟排渠、下沙排渠、寮步河、西溪排渠等采用水上挖掘機(jī)清淤。

3.3.1.3人工水力沖挖

人工水力沖挖需在河道兩端設(shè)置圍堰，將河水抽空后用移動式吸泥泵配合高壓水槍進(jìn)行作業(yè)。可在狹窄的空間內(nèi)施工作業(yè)，操作方便，泥漿質(zhì)量較好，但施工效率相對較低，適合近距離作業(yè)[4]。本項目中坑一渠、中坑二渠、田邊排渠、張坑排渠、寮步七支渠、良邊上圍排渠等采用人工水力沖挖清淤。

3.3.2多級篩分

清淤泥漿含有大量的垃圾雜物，輸送至固化場后要通過篩分系統(tǒng)將垃圾雜物分離出來。篩分系統(tǒng)由斜篩、沉沙池、滾筒篩、洗沙機(jī)組成。上岸泥漿先經(jīng)過斜篩再進(jìn)入沉沙池收集；然后由立式抽沙泵配合長臂挖掘機(jī)提升至滾筒篩，滾筒篩將粒徑＞2.0mm的垃圾和礫石分揀出來，泥漿進(jìn)入由洗沙輪和脫水篩組成的洗沙回收一體機(jī)；再由洗沙回收一體機(jī)將粒徑介于0.075～2.0mm之間的沙粒清洗并回收，粒徑＜0.075mm的粉粒和黏粒形成的泥漿進(jìn)入后續(xù)濃縮系統(tǒng)。

3.3.3濃縮沉淀

經(jīng)過篩分除渣后的泥漿進(jìn)入濃縮池，在重力沉降作用下，分離出淤泥中的間隙水，提高淤泥含固率，便于后續(xù)機(jī)械脫水。經(jīng)過濃縮池自然沉淀的淤泥輸送至調(diào)理池，上清液進(jìn)入尾水處理系統(tǒng)。

3.3.4調(diào)理改性

淤泥理化調(diào)理機(jī)理是通過添加化學(xué)物質(zhì)改變淤泥細(xì)顆粒組成結(jié)構(gòu)和分布狀態(tài)，改變淤泥漿體內(nèi)部粘滯性，減少水體阻力，泥漿濃縮沉淀后，自行流入調(diào)理池，通過攪拌機(jī)對泥漿的攪拌，加速所添加化學(xué)物質(zhì)有效成分的釋放，并保證有效成分與泥漿充分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對泥漿的調(diào)理調(diào)質(zhì)及均化[5]。

經(jīng)濃縮后的泥漿通過潛水式吸泥泵輸送至調(diào)理池，在調(diào)理池內(nèi)投加一定比例的固化劑，由安裝在池頂?shù)臄嚢铏C(jī)進(jìn)行攪拌，從而改善泥漿內(nèi)部的粘滯性，改變淤泥顆粒與水分的跟隨性，使淤泥易于脫水。待固化劑有效成分完全釋放并與泥漿充分反應(yīng)后，泥漿調(diào)理均化完成。

3.3.5壓濾脫水

泥漿完成調(diào)理后，通過渣漿泵送入脫水車間進(jìn)行壓濾脫水。脫水車間由7臺板框壓濾機(jī)和2臺帶式壓濾機(jī)組成[6]，脫水后泥餅可用于堆填或加以資源化利用，壓濾水和濃縮池上清液進(jìn)入尾水處理系統(tǒng)。7臺高壓隔膜板框壓濾機(jī)，單臺過濾面積600m2，處理能力80m3/h，合計處理能力560m3/h，脫水后泥餅含水率可降至40%以下。2臺分體式帶式壓濾機(jī)，濾帶寬度3m，單臺處理能力85m3/h，合計處理能力170m3/h，可24h連續(xù)運(yùn)行生產(chǎn)，脫水后泥餅含水率為60%～70%，經(jīng)風(fēng)干晾曬5d后，泥餅含水率可降至50%左右。

3.3.6尾水處理

由于清淤時河道淤泥被打碎，強(qiáng)化了污染物的釋放，使尾水中含有大量的富含于淤泥中的有機(jī)物、氮、磷、重金屬等污染物質(zhì)，而這些物質(zhì)大部分附著在細(xì)顆粒上、懸浮在尾水中，很難沉降，因此需要采取有效措施加速尾水中細(xì)顆粒的沉淀[7]。本項目采用混凝與高效沉淀工藝，處理規(guī)模20000t/d。濃縮池上清液和壓榨機(jī)產(chǎn)生的壓濾液經(jīng)過尾水一體化處理設(shè)備處理，污染物去除率可達(dá)90%，出水指標(biāo)（COD、SS、氨氮、TP）滿足《廣東省水污染物排放限值》二級排放標(biāo)準(zhǔn)（DB 4426-2001）。尾水處理工藝流程為尾水自流進(jìn)入收集池，由3臺清水泵提升至混凝池；在機(jī)械攪拌的作用下原水與藥劑混合形成絮體，通過控制機(jī)械攪拌的速度并投加絮凝劑，小絮體進(jìn)一步聚集形成穩(wěn)定的大絮體；形成大絮體的污水進(jìn)入高效沉淀池，在重力作用下，絮體沉降在淺板上并滑落至泥斗中，達(dá)到泥水分離的目的，污染物質(zhì)也從水體中分離；沉淀下來的污泥通過抽泥泵排入濃縮池，與泥漿混合后進(jìn)入脫水車間壓榨；去除污染物的上清液排入清水池，由清水池排入受納水體，清水池中儲存的清水可作為沉淀池反洗水、固化場沖洗水或溶藥箱配藥用水。

3.4資源化利用

松山湖淤泥固化廠處置后的淤泥可直接用于園區(qū)內(nèi)的建筑工程回填土及園林綠化土。泥餅各項環(huán)保指標(biāo)滿足CJ/T 340-2016 III級pHgt;6.5限值、《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)（試行）》（GB 36600-2018） 篩選值（第二類用地）和GB 15618-2018篩選值（其它pHgt;7.5）的標(biāo)準(zhǔn)。本項目泥餅的資源化出路有效解決了尾泥消納的占用土地問題，不但節(jié)約了土地資源，而且實(shí)現(xiàn)了淤泥資源化利用目的。同時，尾水經(jīng)過廠內(nèi)一體化設(shè)備處理后還河補(bǔ)水，無需納管輸送市政污水處理廠進(jìn)一步處理，實(shí)現(xiàn)就地尾水零排放。

4建設(shè)及運(yùn)行成本分析

4.1建筑工程費(fèi)

淤泥固化廠建設(shè)工程內(nèi)容包括場地平整、臨時水電及道路、項目經(jīng)理部、淤泥處理構(gòu)筑物、尾水處理構(gòu)筑物、板框機(jī)支架鋼結(jié)構(gòu)工程、拆除及復(fù)墾工程，建筑工程總造價1587.6萬元，方泥消耗建筑工程指標(biāo)23.69元/m3（水下方）。

4.2運(yùn)行維護(hù)費(fèi)

松山湖淤泥固化廠自2020年9月下旬正式投產(chǎn)運(yùn)營，次年5月完成清淤淤泥固化，歷時7個多月，淤泥處置總量670000 m3（水下方），泥餅量446667 m3，運(yùn)行費(fèi)用包括人工費(fèi)、藥劑費(fèi)、電費(fèi)、淤泥處置設(shè)備臺班費(fèi)及臨時措施費(fèi)，生產(chǎn)臺賬顯示水下方運(yùn)行費(fèi)用為132.88元/m3。

結(jié)論

城市河流水環(huán)境治理工程中，淤泥的減量化、無害化處置是削減河流內(nèi)源污染的重要措施。本項目于2020年7月正式開工，2020年9月投產(chǎn)，2021年5月完成全部淤泥處置工作，淤泥處置總量67萬m3，輸出泥餅44萬m3，含水率35%～45%，呈硬塑狀，相比水下淤泥體積減量50%，處置后的淤泥各項指標(biāo)符合環(huán)保要求且全部就近用于附近鎮(zhèn)街工程回填土及園林綠化土，基本做到內(nèi)部消納，無需外棄土方造成二次污染。

淤泥固化處理及資源化利用技術(shù)是適應(yīng)新形勢下的水環(huán)境治理技術(shù)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，具有明顯的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。建設(shè)用地比同類技術(shù)減少20%～30%，固化場運(yùn)行處理能耗低、效率高，施工環(huán)境不受氣候影響、不擾民，建設(shè)成本低且設(shè)備可以周轉(zhuǎn)使用。

以實(shí)際施工生產(chǎn)為基礎(chǔ)，對松山湖（生態(tài)園）淤泥固化處理及資源化利用技術(shù)進(jìn)行研究和總結(jié)。工程實(shí)踐表明，淤泥固化處理技術(shù)與資源化利用在東引運(yùn)河流域樟村斷面松山湖（生態(tài)園）內(nèi)源治理工程中是成功的，可滿足水環(huán)境綜合治理的要求，有效解決內(nèi)源污染淤泥量大、淤泥重金屬超標(biāo)及消納場地不足等難題，實(shí)現(xiàn)河湖淤泥減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的目的，對類似工程具有參考價值。

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作者簡介

孫先鋒（1984—），男，漢族，遼寧大連人，本科，工程師，主要從事水環(huán)境綜合治理工程項目管理工作。