環(huán)保清淤及淤泥處理實(shí)用技術(shù)方案研究

陳永喜 彭 瑜 陳 健

(1.廣州市水電建設(shè)工程有限公司, 廣東 廣州 510600； 2.珠江水利科學(xué)研究院， 廣東 廣州 510600)

環(huán)保清淤及淤泥處理實(shí)用技術(shù)方案研究

陳永喜1彭 瑜2陳 健1

(1.廣州市水電建設(shè)工程有限公司, 廣東 廣州 510600； 2.珠江水利科學(xué)研究院， 廣東 廣州 510600)

環(huán)保清淤是為改善水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境而進(jìn)行的清淤，也是黑臭河道綜合治理中的重要環(huán)節(jié)。本文總結(jié)了在珠三角感潮河道底泥環(huán)保清淤的工程實(shí)踐中，較常采用的兩個(gè)方案：抓斗式挖泥船+泥駁運(yùn)輸方案、絞吸式挖泥船+輸泥管輸送方案，并由此形成的管道攪拌脫水固結(jié)一體化技術(shù)、帶式機(jī)脫水固結(jié)一體化技術(shù)、板框機(jī)脫水固化一體化技術(shù)等系列的成熟技術(shù)，在環(huán)保清淤的處理處置過程中不造成“二次污染”，并實(shí)現(xiàn)了退水達(dá)標(biāo)排放、固化淤泥資源化利用的目標(biāo)。

環(huán)保清淤； 管道攪拌； 帶式機(jī)脫水； 板框機(jī)脫水

1 引 言

河道的底泥是河道污染物長(zhǎng)期累積的載體，屬河道的內(nèi)源污染，是河道黑臭的重要因素。由于河湖長(zhǎng)期淤積，降低了河道行洪能力，遭遇暴雨時(shí)常常發(fā)生“水浸街”等災(zāi)害，威脅居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。內(nèi)源污染釋放出的有毒有害物質(zhì)，使河湖水質(zhì)更加惡化，也致使水生動(dòng)植物的逐漸消亡，影響水生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈環(huán)節(jié)，急劇降低了水生生物的多樣性，威脅水生生態(tài)環(huán)境的安全；污染底泥中含有的石油類污染物、有毒重金屬直接或間接地危害濱水城市居民的人體健康[1-9]。

根據(jù)“水十條”，實(shí)現(xiàn)消滅劣Ⅴ類水，恢復(fù)水體的生態(tài)功能，消滅黑臭河道的目標(biāo)。本文總結(jié)了近年國(guó)內(nèi)污染底泥環(huán)保清淤、脫水、固化等工藝流程和工程設(shè)備，研究適合于河流、湖泊污染底泥實(shí)現(xiàn)無害化、資源化清淤及處理處置技術(shù)，解決河湖底泥的積蓄與嚴(yán)重污染問題。

2 河道底泥的環(huán)保清淤研究

珠江三角洲的感潮河道具有水動(dòng)力不足、河道清淤量大、河道的航行條件復(fù)雜等特點(diǎn)。在黑臭河道綜合治理中，“控源截污、內(nèi)源治理，活水循環(huán)、清水補(bǔ)給，水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)”，消除內(nèi)源污染，修復(fù)水體生態(tài)功能，進(jìn)行底泥環(huán)保清淤，是重要一環(huán)。

2.1 環(huán)保清淤定義

環(huán)保清淤又稱生態(tài)清淤，是為改善水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境而進(jìn)行的清淤，目的是消除河道內(nèi)源污染，同時(shí)不造成環(huán)境的二次污染，主要是在清淤、輸送、脫水固結(jié)處理、退水等各個(gè)環(huán)節(jié)的處理工藝中達(dá)到環(huán)保要求。

2.2 環(huán)保清淤方案研究

根據(jù)清淤機(jī)具動(dòng)力原理的不同，清淤方式主要分為機(jī)械式、水力式和氣動(dòng)式三大類。由不同原理所發(fā)展的最典型和實(shí)用的清淤方式主要有：絞吸挖泥船清淤、耙吸式挖泥船清淤、抓斗式挖泥船清淤、水上挖掘機(jī)清淤、水陸兩用攪吸泵清淤、移動(dòng)式吸泥泵清淤等。

在珠三角感潮河道底泥環(huán)保清淤的工程實(shí)踐中，較多采用以絞吸式挖泥與抓斗式挖泥相結(jié)合的清淤方案，并根據(jù)清淤河段的具體情況相互配合實(shí)施。

a.絞吸挖泥船清淤。絞吸式挖泥船清淤主要由絞吸式挖泥船完成，絞吸式挖泥船由浮體、鉸絞刀、上吸管、下吸管泵、動(dòng)力等組成，集挖、運(yùn)、吹一體。其特點(diǎn)為：施工的過程中，挖泥、輸泥和卸泥都是一體化完成，采用全封閉管道輸泥，不會(huì)產(chǎn)生泥漿散落或泄漏；但絞吸式挖泥船清淤就是一個(gè)把水摻入淤泥進(jìn)行稀釋的過程，這個(gè)過程使淤泥總量增加5～7倍。

b.抓斗式挖泥船清淤。抓斗式挖泥船清淤適用于開挖泥層厚度大、施工區(qū)域內(nèi)障礙物多的中、小型河道；由傳統(tǒng)挖機(jī)改造產(chǎn)生了水上挖機(jī)，可懸浮在浮泥或水上并自由行走。其特點(diǎn)為：抓斗式挖泥船對(duì)極軟弱的底泥敏感度差，容易造成表層浮泥經(jīng)攪動(dòng)后泄漏到水體之中；不能輸送底泥，易產(chǎn)生遺漏。但挖掘底泥的含水率低，其對(duì)周邊環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)。

所以河道清淤主要的兩種方式為：抓斗式挖泥船+泥駁運(yùn)輸方案和絞吸式挖泥船+輸泥管輸送方案。

3 底泥處理處置技術(shù)研究

污染底泥的處理處置以“減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化”為原則。

目前污染底泥處理處置的主流方法是固化劑固化螯合攪拌脫水法、機(jī)械脫水法等，并由此形成了管道攪拌脫水固結(jié)一體化技術(shù)、帶式脫水機(jī)脫水固結(jié)一體化技術(shù)、板框機(jī)脫水固化一體化技術(shù)等系列的成熟技術(shù)。

3.1 管道攪拌脫水固結(jié)一體化技術(shù)工藝

城市河道沉積物主要來源于地表徑流、工業(yè)廢水和生活污水排放以及大氣沉降。部分河道建筑垃圾和生活垃圾沉積嚴(yán)重，河道淤泥質(zhì)地變化大，所以城市河道常采用抓斗式挖泥船+泥駁運(yùn)輸方案，如廣州亞運(yùn)清淤工程，后續(xù)采用淤泥管道攪拌固化技術(shù)進(jìn)行處理。

管道攪拌固化工藝的技術(shù)設(shè)備，選用高效的單軸螺旋管道攪拌機(jī)、粉料自動(dòng)供給機(jī)、空壓機(jī)、格柵振篩機(jī)、拖泵、淤泥輸送管道等，組成綜合化的淤泥固化工藝技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)對(duì)河道淤泥處理采用的工藝技術(shù)路線為：抓斗式清淤→船運(yùn)→泵送上岸→儲(chǔ)泥池預(yù)處理→沉淀→混凝土泵→攪拌→堆放→資源利用。

其工藝特點(diǎn)是：?管道攪拌機(jī)采用單軸螺旋，設(shè)備的前部分為螺旋推進(jìn)，后部分為攪拌，有機(jī)地將推進(jìn)和攪拌功能組合在一起，減少了占地面積，提高了功效；?均化的可流動(dòng)的底泥通過管道攪拌機(jī)的攪拌，使之與固化劑充分拌和，讓固化劑高效發(fā)揮而達(dá)到固化底泥的目的； ?自動(dòng)化程度比較高，主體設(shè)備之間管道連接，供料系統(tǒng)也是連續(xù)計(jì)量供料，整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)可連續(xù)作業(yè)。

3.2 帶式機(jī)脫水固結(jié)一體化技術(shù)工藝

由于采用環(huán)保型絞吸式挖泥船進(jìn)行環(huán)保清淤，會(huì)產(chǎn)出含水率90%～95%的淤泥漿體，故對(duì)泥漿進(jìn)行脫水減量是底泥處理的首要任務(wù)。

自主研發(fā)的植毛帶式底泥脫水機(jī)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小型化、高效率、高產(chǎn)量、低能耗，帶式機(jī)脫水固結(jié)一體化技術(shù)工藝已經(jīng)在佛山羅村涌、東莞運(yùn)河、?？诿郎岷拥惹逵俟こ讨型茝V應(yīng)用。

帶式機(jī)脫水固結(jié)一體化技術(shù)的設(shè)備包括：絞吸挖泥船、垃圾分篩機(jī)、振動(dòng)除砂機(jī)、加藥絮凝設(shè)備、帶式脫水機(jī)、固結(jié)攪拌等系列設(shè)備。

其工藝流程如圖1所示。由絞吸船上的泥漿泵吸入的底泥含水率超過95%，先利用砂石分離裝置將泥漿中的砂去除，再分離出垃圾，然后進(jìn)入濃縮平臺(tái)，通過絮凝、濃縮后的底泥經(jīng)泥漿泵送入脫水平臺(tái)，進(jìn)一步絮凝后，在過濾網(wǎng)帶的作用下，污泥被壓成含水率小于50%的泥餅，可直接外運(yùn)，也可進(jìn)一步固化。

此過程可將從河道泵送上來的垃圾、砂石、泥漿進(jìn)行徹底的分離，做到減量化、無害化、穩(wěn)定化集成處理。

其工藝特點(diǎn)是：?針對(duì)河湖岸邊復(fù)雜的地形條件，所有設(shè)備均可車載移動(dòng)安裝，能耗低，設(shè)備占地面積小，土建工程少；?清淤泥漿泵送、砂石分離、垃圾分離、機(jī)械脫水實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，可連續(xù)生產(chǎn)；?脫水效率高，脫水后泥餅含水率可達(dá)到50%～60%；處理能力為出泥餅10t/h。

圖1 帶式機(jī)脫水固結(jié)一體化技術(shù)工藝流程

3.3 板框機(jī)脫水固化一體化技術(shù)工藝

在環(huán)保型絞吸式挖泥船的環(huán)保清淤中，應(yīng)用板框脫水機(jī)脫水減量化也已經(jīng)很成熟。根據(jù)底泥脫水量大、效率高的要求，定制過濾面積400～600m2的大型板框脫水機(jī)，該設(shè)備已在武漢沙湖、深圳茅洲河的清淤工程中大量采用。

板框機(jī)脫水固化一體化技術(shù)包括：預(yù)處理子系統(tǒng)、泥漿調(diào)理子系統(tǒng)、脫水固化子系統(tǒng)、退水處理子系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)。

泥漿預(yù)處理子系統(tǒng)完成對(duì)來泥的雜物分選去除、泥漿濃縮調(diào)節(jié)、通量控制；泥漿調(diào)理子系統(tǒng)完成對(duì)泥漿中添加料的配置與控制、紊流驅(qū)動(dòng)反應(yīng)與均化、漿體調(diào)理與調(diào)質(zhì)；脫水固化子系統(tǒng)完成泥漿的脫水與固化；退水處理子系統(tǒng)完成退水的達(dá)標(biāo)排放。

板框機(jī)脫水固結(jié)一體化技術(shù)工藝流程如圖2所示，包括河湖底泥疏挖、管道輸送、砂石垃圾分離、分揀、藥劑添加、底泥濃縮、調(diào)理、調(diào)質(zhì)、底泥脫水、運(yùn)輸和場(chǎng)地運(yùn)至臨時(shí)堆土區(qū)。

圖2 板框機(jī)脫水固結(jié)一體化技術(shù)工藝流程

其工藝特點(diǎn)是：?脫水率較高，生產(chǎn)效率較高、穩(wěn)定，是目前最為成熟的脫水設(shè)備；?對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)，適用于各種底泥；單臺(tái)處理能力大；?脫水后底泥含水率低。

4 退水處置工藝

高含水率的污染泥漿處理過程中的退水要做到達(dá)標(biāo)排放。退水處理的方法有物理法、化學(xué)法和生物法等；按處理程度來劃分，分為一級(jí)處理、二級(jí)處理和三級(jí)處理。

常用的一級(jí)處理方法有混凝沉淀、濾布濾池、高效絮凝沉淀超速水處理一體機(jī)技術(shù)、超磁分離水體凈化技術(shù)。通過這些技術(shù)的實(shí)施使退水達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 固化淤泥的資源化利用

河道淤泥經(jīng)固化一體化處理后具有強(qiáng)度高、滲透性低的性質(zhì)，可以根據(jù)工程使用要求來設(shè)計(jì)處理固化材料配方。固化處理后的淤泥固化土，資源化利用路徑廣闊，可作為綠化用土，也可用于堤防加固工程、道路工程、填海工程的填方材料，還可做免燒磚或燒結(jié)磚應(yīng)用于工程建設(shè)方面。

6 結(jié) 論

消除內(nèi)源污染，對(duì)黑臭河道進(jìn)行環(huán)保清淤，是河道生態(tài)修復(fù)中的重要一環(huán)。在珠三角感潮河道底泥環(huán)保清淤的工程實(shí)踐中，較多采用以絞吸式挖泥與抓斗式挖泥相結(jié)合的清淤方案，并形成了管道攪拌脫水固結(jié)一體化技術(shù)、帶式脫水機(jī)脫水固結(jié)一體化技術(shù)、板框機(jī)脫水固化一體化技術(shù)等系列的成熟技術(shù)。

在環(huán)保清淤的處理處置過程中不造成“二次污染”，并實(shí)現(xiàn)了退水達(dá)標(biāo)排放、固化淤泥資源化利用的目標(biāo)。

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Research on practical technology plan of environmental protection dredging and silt treatment

CHEN Yongxi1, PENG Yu2, CHEN Jian1

(1.GuangzhouHydropowerConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510600,China; 2.PearlRiverWaterConservancyScienceResearchInstitute,Guangzhou510600,China)

Environmental protection dredging aims at improving water quality and water ecological environment. It is also an important link of treating black smelly rivers comprehensively. In the paper, two commonly-used plans in engineering practice of sediment environmental protection dredging in Pearl River Delta tidal waterways are summarized: grab dredgers+ dredger pontoon transportation plan and cutter suction dredger + mud pipe transportation plan. Pipeline mixing dewatering consolidation integration technology, belt machine dehydration consolidation integration technology, plate and frame machine dehydration curing integration technology and other mature technologies are formed accordingly. “Secondary pollution” is not produced during treatment and disposal of environmental protection dredging. Water-break emission on standard is realized, and solidified sludge is utilized as resources.

environmental protection dredging; pipeline mixing; belt machine dehydration; plate and frame machine dehydration

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.04.009

TV213.4

A

2096-0131(2017)04- 0023- 04