底泥處理技術(shù)及應(yīng)用

袁致文

隨著國家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市建設(shè)與工業(yè)增長取得了前所未有的成就，與此同時(shí)，一些生活污水和工業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排入市政管網(wǎng)和河湖庫塘，導(dǎo)致河湖庫塘水體受到了嚴(yán)重的污染。一些難降解有機(jī)物、重金屬、氮磷鉀等營養(yǎng)物質(zhì)被水體顆粒物吸附、結(jié)合、絮凝、沉降而沉積在底泥中，并經(jīng)過長時(shí)間水體傳輸、物理、化學(xué)、生物等作用沉積于水體底部，在外源污染得到有效控制后，底泥中這些污染物仍然對水體產(chǎn)生二次污染。面對日益嚴(yán)峻的生態(tài)形勢，為了有效改善水環(huán)境污染狀況，改善環(huán)境水體水質(zhì)，需要對底泥進(jìn)行清除并進(jìn)行無害化處理。

目前城市中河湖庫塘以及市政管網(wǎng)清淤底泥處理是各城市水利建設(shè)較為突出的矛盾，缺乏處理場所、設(shè)施，消納困難。傳統(tǒng)的底泥處理包括填埋、海拋等，這些處置方法由于占地面積較大，或由于對周邊環(huán)境造成較大的影響，堆放不當(dāng)易對周邊環(huán)境造成二次污染，危害較大，已不適合城市底泥處理。

為“穩(wěn)定化、無害化、減量化及資源化”處理底泥，并對處理底泥進(jìn)行資源化利用，是水利建設(shè)極為迫切的需求，因此底泥處理廠的建設(shè)是完善城市水利建設(shè)配套設(shè)施的需要。

一、實(shí)際工程案例——深圳光明底泥處理廠

傳統(tǒng)的底泥處理包括填埋、海拋等已不適合光明底泥處理。光明區(qū)河道清淤底泥總量11.24 萬m3，未處理的底泥難以找到去處，必須經(jīng)過合理的處置才能運(yùn)至周邊城市進(jìn)行資源化利用，因此，底泥處理廠的建設(shè)是順利推進(jìn)茅洲河水環(huán)境綜合整治的需要。

本工程底泥經(jīng)過底泥處理廠處理后，產(chǎn)生垃圾0.41萬m3、砂料1.16 萬m3、泥餅2.23 萬m3，減量化達(dá)到59%。處理后的砂料完全可以資源化利用，泥餅物理力學(xué)參數(shù)較好，滿足深圳地方標(biāo)準(zhǔn)《河湖污泥處理廠產(chǎn)出物處置技術(shù)規(guī)范》，可直接資源化利用。

深圳光明底泥處理廠位于深圳市光明區(qū)長鳳路與東長路交接處南側(cè)約200m 處，總占地面積7811m2，主要建設(shè)內(nèi)容包括主體工程、綠化工程、配套建筑工程、市政工程幾個(gè)部分，項(xiàng)目總投資12740.35 萬元。主體工程分為地上4 層、地下1 層建筑物,規(guī)劃建筑高度為20.500 米，占地面積達(dá)4060 平方米,總建筑面積15252 平方米,其中地上建筑面積14990 平方米，地下建筑面積262 平方米，設(shè)計(jì)綠化面積1430m2，設(shè)計(jì)鋪裝面積2465m2，綠化率33%，如圖1。

圖1 光明底泥處理廠

深圳光明底泥處理廠前期主要處理光明區(qū)茅洲河水環(huán)境綜合整治工程的底泥，之后以處置光明區(qū)范圍內(nèi)市政淤泥為主。前期底泥處置接納范圍包括5 條一級支流及4條排洪渠。5條一級支流分別為大凼水、東坑水、西田水、玉田河、白沙坑；4 條排洪渠分別為馬田排洪渠、樓村社區(qū)排洪渠、圳美排洪渠、塘家面前隴，處理底泥總量為11.24 萬m3。未來10 年光明區(qū)每年市政淤泥處置量約為10 萬m3，換算成日處置量為274m3，考慮3 倍的不均勻系數(shù)，最大日處置量約822m3。本工程布置3 臺(tái)600m2板框壓濾機(jī)，兩用一備，每臺(tái)日處理能力386.55m3（每日生產(chǎn)8 小時(shí)）～966.38m3（每日生產(chǎn)20 小時(shí)），每臺(tái)年處理能力為13.82 萬噸（每日生產(chǎn)8 小時(shí)）～34.7 萬噸（每日生產(chǎn)20 小時(shí)），能較好地匹配本項(xiàng)目需求。

二、底泥處理工藝

底泥處理工藝包括兩個(gè)部分∶底泥處置系統(tǒng)和除臭系統(tǒng)。

1.底泥處置系統(tǒng)

底泥處置系統(tǒng)由泥沙分離系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)、改性拌和系統(tǒng)、均化調(diào)理系統(tǒng)、脫水成固系統(tǒng)五大主體部分及洗砂系統(tǒng)、堆場系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)組成。項(xiàng)目主體功能核心處理區(qū)由納泥池、沉沙池、沉淀池、調(diào)理調(diào)質(zhì)區(qū)、全水處理區(qū)、脫水車間、泥餅庫、設(shè)備堆放區(qū)等組成。

（1）泥沙分離系統(tǒng)

環(huán)保型絞吸式挖泥船疏浚后的底泥通過管道輸送，進(jìn)入泥沙分離系統(tǒng)，泥沙分離系統(tǒng)主要由格柵機(jī)、卸泥池及沉砂池組成。卸泥池長×寬×深為14.8m×10.3m ×2.7m，采用C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁厚30cm，底板厚40cm。沉沙池長×寬×深為9.9m×9.3m×4.55m，采用C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁厚30cm，底板厚40cm。

（2）洗砂系統(tǒng)

洗砂系統(tǒng)采用全自動(dòng)化施工，包括泥沙分離池砂礫收集設(shè)備及洗砂設(shè)備兩部分：

①泥沙分離池砂礫收集設(shè)備

砂礫收集設(shè)備主要為刮板機(jī)，刮板機(jī)將分布在一、二級泥沙分離池底的粒徑大小不一的砂礫分別收集至儲(chǔ)沙坑，每級泥沙分離池配備一套刮板機(jī)，儲(chǔ)沙坑中的砂礫再進(jìn)入洗砂設(shè)備。

②洗砂設(shè)備

由于茅洲河及其支流底泥中砂礫較細(xì)，為徹底將分離的砂礫清洗干凈，采用挖斗式洗砂機(jī)+輪斗式洗砂機(jī)的兩次洗砂設(shè)備組合，挖斗式洗砂機(jī)在前，輪斗式洗砂機(jī)在后。

（3）固液分離系統(tǒng)

泥漿經(jīng)過泥沙分離系統(tǒng)后自行流入固液分離系統(tǒng)進(jìn)行濃度調(diào)節(jié)，固液分離池容積與底泥處理廠處理規(guī)模匹配。

經(jīng)過固液分離池濃縮的底泥采用小型絞吸式挖泥船或排沙泵入攪拌器中，絞吸式挖泥船的鉸刀頭必須置于疏浚底泥的中間，以便保持泥漿溶度。沉淀池面積約為610m2，容積約為2440m3，池壁采用C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底采用C30 素混凝土底板。

（4）改性拌和系統(tǒng)

改性拌和系統(tǒng)包括調(diào)理池、 攪拌器、 料罐、自動(dòng)泡藥機(jī)等設(shè)備。調(diào)理池長× 寬× 深為14.3m×10.3m×3.5m，包括調(diào)理池和泵房，采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁厚30cm，底板厚30cm。

（5）均化調(diào)理系統(tǒng)

每個(gè)底泥處理廠配備一個(gè)均化調(diào)理池，采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。為了保持調(diào)理后底泥的流動(dòng)性，均化調(diào)理池底部保持傾斜狀，靠近分離固化系統(tǒng)側(cè)低，固液分離池側(cè)高，傾斜坡度約為1 ∶7，并在靠近脫水成固系統(tǒng)側(cè)設(shè)置曝氣管，在均化調(diào)理池靠近脫水成固系統(tǒng)側(cè)鋪設(shè)曝氣管對調(diào)理后的泥漿進(jìn)行充分曝氣，達(dá)到提高泥水分離效果。

（6）脫水成固系統(tǒng)

脫水成固系統(tǒng)包括喂料設(shè)備、空氣壓縮機(jī)及板框壓濾機(jī)等。

調(diào)理完成后泥漿泵送至脫水成固系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離，脫水成固系統(tǒng)主要設(shè)備為板框壓濾機(jī)，泥漿脫水后形成含水率（水比總質(zhì)量）在不高于40%左右的硬塑狀泥餅，硬塑狀泥餅通過打散系統(tǒng)打散，以便快速改變底泥黑臭現(xiàn)象，打散后的底泥通過皮帶輸送機(jī)輸送至堆料場養(yǎng)護(hù)2～3 天。布置3 臺(tái)600m2的板框壓濾機(jī)（兩用一備）。

（7）堆場系統(tǒng)

堆場包括余土庫和余砂庫，布置在底泥廠內(nèi)部。余土庫主要用于堆存余土，余砂庫主要用于堆放砂礫、垃圾等。

底泥處置廠采用工藝流程如圖2：

圖2 底泥處理工藝流程圖

（8）首先河湖庫塘以及市政管網(wǎng)清淤底泥通過自卸汽車或密封罐車運(yùn)至底泥處置廠，傾倒在納泥池中，通過補(bǔ)水池補(bǔ)水，將底泥調(diào)制成含水率90%的泥漿。

（9）泥漿一部分通過立式格柵初步分選垃圾后流入泥漿池，一部分通過抓斗抓至雜物分離一體機(jī)，分選15mm 以上的礫石，再通過液下渣漿泵提升經(jīng)過三級固液分離裝置后進(jìn)入沉砂池，并進(jìn)一步去除砂礫。分離的垃圾、礫石采用皮帶機(jī)輸送至垃圾堆場。

（10）分離垃圾、礫石后的泥漿在沉砂池中進(jìn)行初步水力沉淀，分離粒徑在0.1mm 以上砂礫，砂礫被沉淀送到螺旋洗砂機(jī)，洗出砂粒，通過余砂皮帶輸送機(jī)送至余砂庫。

（11）分離垃圾、砂礫后的泥漿溢流至沉淀池，進(jìn)行泥水分離，濃泥漿采用排沙泵入攪拌機(jī)，排沙泵采用桁車進(jìn)行固定，添加調(diào)理藥劑后溢流至調(diào)理池。余水經(jīng)電動(dòng)潷水器進(jìn)入補(bǔ)水池，作為泥漿周轉(zhuǎn)池循環(huán)水，補(bǔ)水池多余水直接排入市政污水管網(wǎng)。

（12）調(diào)理池底泥通過喂料泵送至脫水車間，通過脫水車間的板框壓濾機(jī)進(jìn)行濃縮脫水，脫水后形成泥餅，后續(xù)將泥餅外運(yùn)。

2.除臭系統(tǒng)

除臭系統(tǒng)由密封工程、臭氣收集輸送系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、生物除臭一體化裝置等構(gòu)成。在保證臭氣達(dá)標(biāo)排放的前提下，根據(jù)廠房實(shí)際情況，選擇處理技術(shù)成熟、效果好、投資低、運(yùn)行費(fèi)用低的處理工藝，并最大限度地避免二次污染；充分考慮廠房的工況要求，人性化設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)的處理工藝流程應(yīng)力求運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，操作管理方便。除臭范圍：泥漿周轉(zhuǎn)池、沉砂池、沉淀池、調(diào)理池、余水池、余土庫 、補(bǔ)水池（只做封閉處理）、壓濾卸料區(qū)、皮帶機(jī)、板框壓濾機(jī)。根據(jù)本工程特點(diǎn)，本次除臭設(shè)計(jì)范圍為預(yù)處理集約化主體構(gòu)筑物，對其中臭氣產(chǎn)生較多，對周圍環(huán)境影響較大的地方再進(jìn)行局部加蓋，減小脫臭氣體體積，并對加蓋密封后，產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行收集、處理。經(jīng)調(diào)查研究，集約化主體構(gòu)筑物內(nèi)需加蓋的處理構(gòu)筑物單元主要有：（1）納泥池+泥漿池；（2）沉砂池；（3）調(diào)理池+泵房；（4）沉淀池；（5）余水池+緩沖池；（6）板框壓濾機(jī)；（7）余土庫。

因?yàn)樯锍舴ㄍ顿Y適中且運(yùn)行管理簡單，且具有除臭效率高、使用壽命長、能耗低和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外已有大量成功應(yīng)用的實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)，深圳市29 個(gè)污水處理廠及眾多污泥處理廠基本都采用生物除臭法，并輔以預(yù)處理。故本項(xiàng)目處理工藝為預(yù)處理+生物除臭。生物除臭法是通過微生物的生理代謝將惡臭物質(zhì)加以轉(zhuǎn)化，達(dá)到除臭的目的。目前多采用生物濾池法。生物濾池法是把收集的臭氣先經(jīng)過加濕處理,再通過長滿微生物、濕潤多孔的生物濾層,利用微生物細(xì)胞對惡臭物質(zhì)的吸附、吸收和降解功能以及微生物細(xì)胞個(gè)體小、表面積大、吸附性強(qiáng)和代謝類型多樣的特點(diǎn),將惡臭物質(zhì)吸附后分解成CO2和其他無機(jī)物。預(yù)處理系統(tǒng)是生物除臭塔的進(jìn)氣濃度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，主要通過水洗法，將臭氣中易溶于水的異味氣體溶解除去，預(yù)處理系統(tǒng)包括噴淋塔、給排水系統(tǒng)及溶液pH 控制系統(tǒng)組成。

除臭系統(tǒng)處理規(guī)模：60000m3/h+30000m3/h。為保障除臭效果，為余土庫（風(fēng)量：30000m3/h）設(shè)獨(dú)立噴淋處理系統(tǒng)，可根據(jù)生物塔填料負(fù)荷和余土庫含塵量，通過風(fēng)量調(diào)節(jié)閥控制余土庫收集氣體處理方式，實(shí)現(xiàn)噴淋處理和生物塔處理交替運(yùn)行。處理標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過處理后，《惡臭污染物排放標(biāo)滿足準(zhǔn)》中的排放二級標(biāo)準(zhǔn)。

其中生物除臭塔：為系統(tǒng)集成設(shè)備，主體結(jié)構(gòu)為固定式矩形全封閉結(jié)構(gòu)，并設(shè)有合理的檢修孔、進(jìn)氣孔、出氣孔等。除臭塔體的主要材料為玻璃鋼，連接件采用不銹鋼，塔體內(nèi)部采用不飽和環(huán)氧樹脂和乙烯基樹脂進(jìn)行防腐處理，防腐措施為三布五油。塔體分為四個(gè)區(qū)域：上層的霧化噴淋區(qū)，中間的生，物填料過濾區(qū)，下部的生物填料支撐系統(tǒng)以及配氣系統(tǒng)與廢液收集系統(tǒng)。預(yù)處理塔：塔體PP，塔體附帶噴淋水箱，含填料、內(nèi)部噴淋系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)、布?xì)庀到y(tǒng)、進(jìn)氣孔、出氣孔、進(jìn)水孔、排水孔、溢流孔和檢修人孔。

三、資源化利用

目前該技術(shù)在深圳茅洲河流域水環(huán)境綜合整治中得到應(yīng)用，中國電建在深圳、東莞、佛山等地利用該技術(shù)取得了較大的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益，工程建成后提高了當(dāng)?shù)氐墓虖U處置能力，改善了當(dāng)?shù)厮h(huán)境，帶動(dòng)和提高了地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)人民群眾生活水平的提高。河湖庫塘以及市政管網(wǎng)的底泥經(jīng)過處理，可以用于以下幾方面：

（1）河湖庫塘以及市政管網(wǎng)中的底泥經(jīng)過處理可以篩出里面的砂和石子等建筑材料，尤其市政管網(wǎng)中的底泥含砂率較高，篩出的砂可直接用于市政道路人行道鋪裝、管網(wǎng)回填等，石子可直接作為路基回填材料、市政圍擋基礎(chǔ)混凝土預(yù)制塊的材料等，砂和石子經(jīng)過進(jìn)一步清洗處理可作為商混站混凝土原材料。

（2）經(jīng)過脫水和無害化處理后的底泥被壓縮成泥餅，在泥餅中參加其他材料可生產(chǎn)輕質(zhì)透水磚、陶粒、活性炭、瓦片以及工藝品等材料。

（3）經(jīng)過脫水和無害化處理后的污泥被壓縮成泥餅，泥餅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，遇水不會(huì)泥化，無側(cè)限強(qiáng)度可以達(dá)到200Kpa 以上，滲透系數(shù)跟自然土差不多，可以用作工程回填土，如路基回填、管網(wǎng)回填以及填海等工程。

（4）底泥中含有豐富的有機(jī)物和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素以及植物生長必需的各種微量元素鈣、鎂、鐵等，適用于農(nóng)田并能夠改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥沃力、促進(jìn)農(nóng)作物的生長。經(jīng)過脫水和無害化處理后的污泥被壓縮成泥餅，可用于農(nóng)田、林地、園林綠化以及廢棄礦場修復(fù)的種植土。