疏浚泥漿深度脫水固化處理施工技術(shù)淺談

梁 勇，姜廣德

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

疏浚泥漿深度脫水固化處理施工技術(shù)淺談

梁 勇，姜廣德

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

本文通過(guò)對(duì)武漢兩處湖泊污染淤泥疏浚案例的梳理，從疏浚泥漿深度脫水固化處理施工技術(shù)的基礎(chǔ)資料收集、泥漿調(diào)理材料選擇、泥漿疏浚干化程序、板框壓濾機(jī)脫水固化效率等方面，提出施工技術(shù)見(jiàn)解，以期對(duì)水環(huán)境治理工程中的淤泥疏浚提供借鑒。

脫水固結(jié) 同位處理 泥漿調(diào)理 板框式壓濾機(jī) 固化效率

1 疏浚泥漿深度脫水固化處理簡(jiǎn)介

江河湖泊淤積是一種自然現(xiàn)象，但近年來(lái)隨著工業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，城市河道湖泊由于長(zhǎng)年接納雨污水排入，淤積嚴(yán)重，淤泥中氮、磷、重金屬富集，形成內(nèi)源污染源，增加了水環(huán)境治理的難度和周期。目前，國(guó)內(nèi)多個(gè)城市正在圍繞河流或湖泊進(jìn)行疏浚治理改善水環(huán)境，這些疏浚工程多為清淤船疏浚、管道長(zhǎng)距離輸送至特定區(qū)域堆放，自然沉淀干化。這種處理方式不僅占地面積大，處理周期長(zhǎng)，還帶來(lái)污染轉(zhuǎn)移等風(fēng)險(xiǎn)。近幾年，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和城市化進(jìn)程的加快，河流湖泊污染淤泥疏浚泥漿深度脫水固化處理技術(shù)在城市水環(huán)境治理工程中得到廣泛應(yīng)用。

疏浚泥漿深度脫水固化處理技術(shù)，是根據(jù)城市河道、湖泊淤泥垃圾含量大、有機(jī)質(zhì)含量高、污染成分復(fù)雜、疏浚顆粒細(xì)的特點(diǎn)，結(jié)合淤泥脫水固化處理材料對(duì)泥漿進(jìn)行調(diào)理，泥水逐級(jí)分離實(shí)現(xiàn)快速減量、固結(jié)的一種系統(tǒng)淤泥處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)試驗(yàn)找到泥漿特點(diǎn)，輔助以設(shè)備、構(gòu)筑物和固化材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)疏浚泥漿的逐級(jí)分離減量、泥漿濃度調(diào)節(jié)、泥漿調(diào)理改性、深度脫水固結(jié)，淤泥可達(dá)標(biāo)資源化利用，處理后的尾水清澈，懸浮物質(zhì)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家污水綜合排放水一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，不溶性污染物大幅度降低，水質(zhì)大幅改善。

2 基礎(chǔ)資料收集

待處理河道或湖泊基礎(chǔ)資料收集對(duì)淤泥處理工藝選擇至關(guān)重要，采集的資料應(yīng)全面、詳細(xì)、準(zhǔn)確、真實(shí)，滿足工藝設(shè)計(jì)和施工的要求。需收集的主要基礎(chǔ)資料包括：原狀泥、地形、地質(zhì)、水文、氣象、材料、用電、用地、交通、環(huán)保、處理標(biāo)準(zhǔn)等方面的內(nèi)容。需收集的淤泥資料包括淤泥的形成方式、形成時(shí)間、淤泥取樣分析等。河道淤泥則需要了解河流上游的地形、地質(zhì)、流量、流速、污染源等；湖泊淤泥則需要了解入口河流的地形、地質(zhì)、流量、流速、污染源，以及湖泊周邊污水管網(wǎng)和排污口的水質(zhì)、流量、流速、污染源等。同時(shí)需向當(dāng)?shù)厮?、環(huán)保、市政等政府職能部門(mén)和周邊長(zhǎng)期居民詳細(xì)了解處理水域河床或湖泊的演變、歷史上清淤的時(shí)間等內(nèi)容。在了解清楚淤泥的形成方式后，選擇具有代表性的區(qū)域取樣分析淤泥厚度、顆粒物、雜物、有機(jī)質(zhì)、含水率、重金屬含量等指標(biāo)。

3 淤泥調(diào)理材料選擇

在淤泥疏浚干化處理過(guò)程中，不同階段需借助一定的淤泥調(diào)理材料，包括泥漿過(guò)濾調(diào)理、泥漿固化、尾水處理以及其他輔助材料。當(dāng)采用板框壓濾機(jī)脫水干化工藝時(shí)，一般添加泥漿過(guò)濾脫水材料，以減小淤泥顆粒的親水性、增大自由水含量、減小比表面積、增大滲水通道、縮短滲透路徑；當(dāng)采用淤泥原位固化工藝時(shí)，一般添加水泥基和石灰基淤泥固化材料，以達(dá)到在水中硬化或旱地硬化后再運(yùn)往渣土收納場(chǎng)；為達(dá)到淤泥處理尾水不對(duì)水體產(chǎn)生二次污染，需添加尾水處理材料使得水體中的氮、磷和貴金屬離子凝聚沉降或穩(wěn)定結(jié)合形成固體沉淀，進(jìn)而被分離去除。常見(jiàn)的淤泥調(diào)理材料參見(jiàn)表1，在實(shí)際工程運(yùn)用中一般是多種材料組合使用，以適應(yīng)不同的處理工藝，并能滿足水環(huán)境綜合處理要求，常用的組合方式見(jiàn)表2。

表1 常用淤泥調(diào)理材料

分 類(lèi)作用原理用法及用量配合材料特 點(diǎn)泥漿過(guò)濾材料1.1聚丙烯酰胺(PAM)使顆粒表面動(dòng)電位降低而凝聚,形成網(wǎng)狀對(duì)淤泥顆粒進(jìn)行網(wǎng)捕和卷掃200～1000倍水溶液,用量為淤泥干質(zhì)量的1‰～2‰鋁鹽、鐵鹽保水性強(qiáng),用量大,絮團(tuán)大,泥餅不宜脫水1.2CaO中和淤泥中的酸性,使膠體凝聚,增進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)根據(jù)淤泥的成分、顆粒粒徑、有機(jī)物含量等試驗(yàn)確定粉煤灰(FA)處置淤泥在一定時(shí)間內(nèi)呈堿性1.3聚合氯化鋁(PAC)無(wú)機(jī)高分子水處理絮凝材料,以膠態(tài)形式存在,具有很大的比表面和吸附能力,能將水中的許多反電荷膠態(tài)顆粒從水中沉淀出來(lái),進(jìn)而起到凈化作用固體:清水=1∶9到1∶15重量比溶液添加,用量由試驗(yàn)確定聚丙烯酰胺凈水成本低,絮凝體形成快、沉降速度快1.4硫酸鋁無(wú)機(jī)高分子水處理絮凝材料,溶于水后能使水中的細(xì)小微粒和自然膠粒凝聚成大塊絮狀物,從而自水中除去用作濁水凈化劑,其用量根據(jù)試驗(yàn)定聚丙烯酰胺常用的凈水材料,易操作1.5氯化鐵水解后生成氫氧化鐵沉淀,有吸附性,能吸附水中懸浮粒子用作濁水凈化劑,其用量根據(jù)試驗(yàn)定聚丙烯酰胺對(duì)低油度的原水處理,具有效果好、價(jià)格便宜1.6聚合氯化鐵由氫氧根離子的架橋作用和多價(jià)陰離子的聚合作用而生成分子量較大、電荷較高的無(wú)機(jī)高分子水處理劑先將本品溶解成10%～30%的溶液,然后加水稀釋至所需濃度,其用量根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定高分子絮凝劑集鋁鹽、鐵鹽混凝的優(yōu)點(diǎn),能快速形成絮凝體,且礬花緊密,沉速快1.7硫酸亞鐵亞鐵離子被氧化生成鐵離子,然后pH升高,鐵離子水解生成膠狀的氫氧化鐵,進(jìn)而吸附水中懸浮粒子能有效去除城市和工業(yè)污水中的磷酸鹽,防止水體的富營(yíng)養(yǎng)化1.8縮短滲透路徑物質(zhì)(如木屑、碳粉等多孔物質(zhì))發(fā)揮滲水通道作用,縮短滲透路徑可加快泥餅中水的去除泥漿固化材料2.1水硬性膠凝材料與淤泥混合后,能夠在空氣中、水中硬化,發(fā)生水化、膠結(jié)和碳化反映,封存重金屬和有機(jī)物,防止有害物質(zhì)溶出采用強(qiáng)力攪拌頭粉狀摻加與泥漿混合,用量根據(jù)固化時(shí)間要求試驗(yàn)確定粉煤灰、礦粉、堿性激發(fā)劑、膨脹劑、減水劑、凝固劑既能在干燥環(huán)境(空氣中)硬化,又能在水中固化2.2氣硬性膠凝材料與淤泥混合后,能夠在空氣中硬化,發(fā)生水化、膠結(jié)和碳化反映,封存重金屬和有機(jī)物,防止有害物質(zhì)溶出采用強(qiáng)力攪拌頭粉狀摻加與泥漿混合,用量根據(jù)固化時(shí)間要求試驗(yàn)確定粉煤灰、礦粉堿性激發(fā)劑、膨脹劑、減水劑、凝固劑只能在干燥環(huán)境(空氣中)硬化尾水處理材料3.1有機(jī)硫通過(guò)硫族與重金屬離子穩(wěn)定結(jié)合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成穩(wěn)定的有機(jī)金屬化合物,不易溶解,在水溶液中形成固體沉淀,進(jìn)而被分離去除試驗(yàn)確定與汞和鎘形成的重金屬化合物的溶解度低3.2重金屬捕捉劑與廢水中的重金屬離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),并在短時(shí)間內(nèi)迅速生成不溶性、低含水量、容易過(guò)濾去除的絮狀沉淀試驗(yàn)確定有強(qiáng)大的螯合力,吸附范圍廣,沉淀物穩(wěn)定性高,低毒性3.3富營(yíng)養(yǎng)化去除材料一類(lèi)是凝聚沉降,與水中有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),分解釋放出磷酸鹽,從而沉降價(jià)格低

4 其他輔助材料

(1)強(qiáng)堿：主要用于含油脂的淤泥脫水，堿和酯發(fā)生皂化反應(yīng)后，可使得含油脂淤泥便于脫水；

(2)強(qiáng)氧化劑：包括三價(jià)鈷鹽、過(guò)硫酸鹽、過(guò)氧化物、重鉻酸鉀、高錳酸鉀、氯酸鹽、濃硫酸等?？梢栽诙虝r(shí)間內(nèi)氧化淤泥中小分子的有機(jī)物，有助于脫水和降低水中的COD、BOD等；

(3)木屑、稻殼：透氣性能、吸附性能都比較好。在淤泥處理過(guò)程中，如遇到極難脫水的物質(zhì)，可適量添加，可降低滲透路徑，有利于降低淤泥的含水率；

(4)助濾材料：多孔性細(xì)粉顆?；蛘咔驙罴?xì)微顆?？勺鳛橹鸀V材料使用，可有助于降低材料使用量，常用包括木炭粉、電除塵粉煤灰等；

(5)三乙醇胺：可以作為固化材料的早強(qiáng)劑和油性污垢去除使用。

表2 淤泥處理材料常用組合方式

序號(hào)組合方式適用范圍添加方式1鋁、鐵鹽+PAM常用于淤泥的帶式過(guò)濾機(jī)脫水減量,根據(jù)要求可能與復(fù)合固結(jié)配合使用。對(duì)有機(jī)質(zhì)含量較小(10%以下)的淤泥,陰離子PAM效果更好先將鋁鐵鹽溶液加入到疏浚泥漿中攪拌均勻,用量一般為干泥質(zhì)量的0.3%～1%,然后將PAM溶液加入到疏浚泥漿中,緩慢攪拌至全部淤泥都均勻形成絮團(tuán),絮團(tuán)直徑在10mm以上即可,PAM用量一般為干泥質(zhì)量的1‰左右。2CaO+助濾材料+鋁鐵鹽常用于淤泥的板框壓濾機(jī)的脫水固結(jié)同位處理技術(shù)處理。先將CaO、助濾材料加入到疏浚泥漿中攪拌均勻,然后將鋁、鐵鹽溶液加入到疏浚泥漿中,攪拌均勻。本配比起到關(guān)鍵作用的材料是CaO,用量一般為干泥質(zhì)量的2%～5%;助濾材料選用活性較好的炭粉或者電除塵粉煤灰,用量與CaO類(lèi)似。鋁鐵鹽用量一般為干泥質(zhì)量的0.3%～1%.采用本配方對(duì)淤泥均混后,建議均化15min左右,再進(jìn)行壓濾脫水。3CaO+助濾材料+鋁鐵鹽+生物質(zhì)用于污水處理廠污泥的板框壓濾機(jī)的脫水固結(jié)同位處理技術(shù)處理。如淤泥本身難以脫水,或滲透性能極差,可考慮添加具有一定長(zhǎng)度的多孔性材料,比如鋸末,用于縮短滲透路徑。同“CaO+助濾材料+鋁鐵鹽”組合方式。

注：如淤泥中含有重金屬，就需要在以上的材料組合中添加重金屬捕捉劑/有機(jī)硫，適用范圍pH值均為6～13，在添加完其他材料后最后添加，反應(yīng)時(shí)間10min～20min。

5 疏浚淤泥固化程序

疏浚淤泥固化程序：河道底泥挖泥船疏浚(抓斗船挖泥)→管道運(yùn)輸或封底船運(yùn)輸→淤泥上岸(淤泥泵送)→淤泥預(yù)處理(振動(dòng)篩除渣)→淤泥脫水固化同位處理(泥漿濃度調(diào)節(jié)、輸送、加材料、攪拌均勻、板框脫水泥水分離)→固化土運(yùn)輸→回填造地。污泥脫水固化同位處理系統(tǒng)是由除渣系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)理系統(tǒng)、分離系統(tǒng)組成。

疏浚泥漿通過(guò)絞吸船疏浚管道輸送后進(jìn)入除渣系統(tǒng)，通過(guò)分級(jí)沉淀去除大顆粒沉渣，通過(guò)格柵機(jī)去除浮渣，泥漿除渣后自行流入調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行濃度調(diào)節(jié)，表層溢流清水進(jìn)入尾水池處理后還湖，調(diào)節(jié)好濃度的泥漿經(jīng)絞吸船泵送至調(diào)理系統(tǒng)。調(diào)理系統(tǒng)作為整套技術(shù)的核心，在泵送過(guò)程中根據(jù)要求添加材料對(duì)泥漿進(jìn)行調(diào)理、調(diào)質(zhì)，以改變漿體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，快速提升后續(xù)脫水固化效果。調(diào)理完成后的泥漿泵送至分離系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離，分離后的清水SS值(水質(zhì)中的懸浮物)小于20mg/L后，通過(guò)管道回到調(diào)節(jié)系統(tǒng)循環(huán)利用，泥漿脫水后形成含水率35%～40%硬塑狀泥餅，直接用于園林綠化或堆放固化后形成具有一定強(qiáng)度不再泥化的土體，可用于工程回填。

淤泥疏浚固化關(guān)鍵在于脫水調(diào)理系統(tǒng)處理，施工前通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定淤泥調(diào)理材料的組合方式、添加方式、添加范圍和比例，具體到生產(chǎn)線調(diào)試時(shí)再進(jìn)行微調(diào)。調(diào)理材料添加量直接影響到造價(jià)，影響因素主要有水下底泥的含固率(干土/總重)、底泥的顆粒組成(粘性、透水性)。含固率越高，絕干土越多，添加材料越多；顆粒越細(xì)，粘度越大，透水性越差，材料添加量越大。施工前需要檢測(cè)河道底泥的含固率、顆粒分析、有機(jī)質(zhì)含量等，有針對(duì)性地實(shí)施疏浚干化。生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的濃度、含水率、調(diào)理性質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，以保證淤泥疏浚干化效率；同時(shí)壓榨干化過(guò)程泥餅浸出液的重金屬含量檢測(cè)，作為尾水還湖和固化土體外運(yùn)回填的控制指標(biāo)，達(dá)標(biāo)后方能避免二次污染。

6 板框壓濾機(jī)的脫水固結(jié)效率影響因素

板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)階段分為閉合壓緊、進(jìn)料、壓榨、吹風(fēng)、卸壓、卸料等階段，各階段耗時(shí)直接決定著生產(chǎn)效率。各階段效率影響因素見(jiàn)表3。

表3 板框壓濾機(jī)生產(chǎn)階段效率影響因素

階段名稱影 響 因 素備 注閉合壓緊階段油缸行程、油缸行進(jìn)速度機(jī)型確定后一般不會(huì)變化進(jìn)料階段泥漿濃度、進(jìn)料壓力、進(jìn)料流量、過(guò)濾面積、濾室厚度、泥漿透水性、調(diào)理效果、濾布選型、泥餅設(shè)定厚度占用了每循環(huán)大量的時(shí)間,甚至能占到每循環(huán)時(shí)間的2/3左右壓榨階段泥漿濃度、濾室容積、濾室厚度、氣罐容積、空壓機(jī)、泥漿透水性、調(diào)理效果、泥餅預(yù)期厚度、泥餅設(shè)定含水率壓榨階段用時(shí)在循環(huán)時(shí)間上僅排在進(jìn)料之后居第二位吹風(fēng)階段泥漿濃度、進(jìn)料管直徑、濾板塊數(shù)、氣罐容積、氣壓用時(shí)較短,一般在30s左右卸壓階段壓榨耗氣量和排氣口大小時(shí)間一般在1min以內(nèi)卸料階段拉板方式、泥餅厚度、泥餅質(zhì)量、濾布材質(zhì)、濾板擺動(dòng)幅度、夾布器形式。其中拉板方式?jīng)Q定程序時(shí)間,其它因素決定能否自行掉落,會(huì)不會(huì)超程序用時(shí)卸料用時(shí)一般排在進(jìn)料和壓榨之后,居第三位,如泥餅無(wú)法自行掉落,所需的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng),也有可能超過(guò)壓榨用時(shí)

板框壓濾機(jī)的脫水固結(jié)效率影響因素很多，當(dāng)施工工藝和壓濾機(jī)機(jī)型選定后，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)其效率主要取決于濾室厚度、濾布和泥漿濃度。濾室厚度決定形成的泥餅厚度，預(yù)期形成的泥餅越厚，所需的進(jìn)料時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，而壓榨的時(shí)間一般會(huì)稍短，卸料時(shí)間也會(huì)縮短，需綜合權(quán)衡；濾布的選型影響過(guò)濾性能和卸料的速度，影響因素主要有濾布的光滑程度、濾布的柔軟度、濾布與泥餅之間粘粒含量；泥漿濃度影響進(jìn)料、壓榨和卸料時(shí)間，是脫水固結(jié)同位處理技術(shù)提高產(chǎn)能的最關(guān)鍵因素之一?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)初期，必須通過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)擬定不同泥漿濃度(一般為5%～20%)、泥餅設(shè)定厚度、進(jìn)料壓力、不同濾布情況下，板框壓濾機(jī)的脫水固化循環(huán)時(shí)間和有效泥餅產(chǎn)量，以綜合權(quán)衡確定生產(chǎn)工藝控制參數(shù)。

通過(guò)武漢墨水湖一期、二期和太子湖板框壓濾機(jī)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，泥漿濃度是脫水固結(jié)同位處理技術(shù)提高產(chǎn)能的最關(guān)鍵因素，泥漿濃度控制在15%左右，板框壓濾機(jī)脫水固化效果好、系統(tǒng)產(chǎn)能高。

7 結(jié)語(yǔ)

淤泥疏浚干化施工技術(shù)作為淤泥資源化處理處置的有效工藝，極具利用價(jià)值，淤泥合理地資源化處理處置關(guān)系到環(huán)境、生態(tài)和節(jié)能減排，大中城市河湖淤泥的有效處理處置直接影響城市的水環(huán)境、水生態(tài)、城市人居生活和城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)對(duì)武漢墨水湖一期、二期和太子湖底泥疏浚干化施工，在不斷探索施工工藝流程及參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)板框式壓濾機(jī)污泥固化材料選擇和固化效率進(jìn)行了積極探索研究，為后期實(shí)現(xiàn)成本更低、效率更高、自動(dòng)化水平更高的流水作業(yè)生產(chǎn)線，提升污泥板框脫水的設(shè)計(jì)、施工理論水平，提供了一定的參考經(jīng)驗(yàn)。

〔1〕季 斌.疏浚淤泥的固化處理技術(shù)與資源化利用[J].安全與環(huán)境工程2010(03)∶55-56.

〔2〕蔡偉娓.粉煤灰對(duì)固化淤泥物理力學(xué)性質(zhì)的影響研究[J].中國(guó)科技信息，2012(21)∶43-44.

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TV851∶U616.26

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2095-1809(2017)02-0024-04

梁 勇(1977.1-)，男，四川彭州人，從事施工技術(shù)管理工作；姜廣德(1990.5-)，男，遼寧人，水電五局武漢墨水湖項(xiàng)目部副經(jīng)理，從事施工生產(chǎn)管理工作。