城市黑臭水體污泥處理技術(shù)研究

羅曉卷 李順

市河道長(zhǎng)期受城市發(fā)展帶來(lái)的工業(yè)污水亂排亂放、農(nóng)業(yè)過(guò)量使用各種藥物產(chǎn)生的附加污染排放以及城市污水無(wú)節(jié)制對(duì)河道排放等積累性污染，最終讓河道水體惡臭難聞。因此，治理河道污染要做到標(biāo)本兼治，不僅要治理河道污染，同時(shí)要處理好后期河道清淤產(chǎn)生的大量淤泥再次對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。本文將研究各種淤泥固化措施和各種回收途徑再利用在城市黑臭水體淤泥處置上的應(yīng)用。

城市黑臭水體內(nèi)源治理首先要進(jìn)行截污和清淤，這樣才能從根本上徹底治理城市黑臭水體給環(huán)境帶來(lái)的污染，然后再通過(guò)后期漂浮濕地、湖濱濕地、生態(tài)駁岸以及強(qiáng)化微生物等技術(shù)進(jìn)一步讓城市河道水體符合國(guó)家環(huán)保地表水景觀用水標(biāo)準(zhǔn)。清淤將不可避免地產(chǎn)生大量的淤泥，如若對(duì)淤泥處置不當(dāng)因下雨沖刷流進(jìn)地表水，將再次對(duì)周圍水環(huán)境或地表土壤造成二次污染。因此，有必要對(duì)疏浚后產(chǎn)生的底泥進(jìn)行合理的固化和處理。污泥的處理方法受污泥本身的基本理化性質(zhì)影響，綜合考慮城市長(zhǎng)期規(guī)劃，財(cái)政資金和國(guó)家環(huán)保要求，系統(tǒng)性固化和處理淤泥。

一、當(dāng)前主要的清淤固化措施

根據(jù)國(guó)內(nèi)的淤泥固化方法，目前主要有物理脫水、加固化劑和自然曬干固化等方式。前兩種固化速度快，處理程度高，但處理費(fèi)用高;自然固化速度慢，成本低，但受自然天氣影響較大，占用場(chǎng)地較大、時(shí)間較長(zhǎng)。因此，本文將主要研究固化劑固化和物理固化措施的應(yīng)用。

1.固化劑固化法

固化劑固化法的作用機(jī)理是通過(guò)添加固化劑材料使淤泥中飽和的游離水變成結(jié)晶水或與土顆粒的水離子結(jié)合。常用的固化劑是水泥，石灰，粉煤灰和復(fù)合固化劑。

水泥作為常用的固化劑，其原理是水泥與底泥中的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成凝結(jié)膠體促使底泥固化和強(qiáng)度增大。在增加土體的剪切強(qiáng)度和承載能力方面優(yōu)于其它固化劑，正因?yàn)樗喙袒芴峁┳銐虻耐馏w強(qiáng)度，造成后期淤泥質(zhì)土很難再次利用，只能作為廢土棄運(yùn)。通過(guò)生石灰的消化反應(yīng)形成氫氧化鈣可以增加環(huán)境的堿度并改善增強(qiáng)效果，但如果因淤泥含水量過(guò)大、強(qiáng)度較低，將加大生石灰使用量，土體性質(zhì)偏堿性，固化后的土體無(wú)法被后期公園景觀用途。由大量富含活性氧化鋁和二氧化硅的玻璃體組成的粉煤灰，在酸和堿的作用下形成凝膠固化淤泥。水的消耗量低于水泥的消耗量，高于生石灰的消耗量。

復(fù)合固化劑與泥漿中的水反應(yīng)，污泥的膠體性質(zhì)立即被破壞，毛細(xì)管迅速建立并增加和擴(kuò)散。打開污泥內(nèi)部水?dāng)U散和揮發(fā)通道，使含水量約為80%的污泥快速增稠，加入后失去流動(dòng)性。加快干化脫水速度。該復(fù)合固化劑添加量少，成本低，易于運(yùn)輸，減少周轉(zhuǎn)期，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，固態(tài)固化強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.物理脫水法

物理脫水方法為加快脫水效果，一般會(huì)參入適量的脫水劑提高脫水效率。本文就目前常用的壓濾機(jī)（帶式壓濾機(jī)和板框式壓濾機(jī)）和離心式脫水機(jī)的工作原理、設(shè)備選型時(shí)需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題以及維護(hù)運(yùn)行成本等進(jìn)行分析研究。

2.1 帶式壓濾脫水機(jī)采用一系列規(guī)則排列的滾筒，通過(guò)濾帶間本身的張力，在污泥層上產(chǎn)生一定的壓力和剪切力，市污泥層中的毛細(xì)水在外加力的作用下被擠出，得到含水率低強(qiáng)度高的泥餅，從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水。因此，帶式壓濾脫水機(jī)由過(guò)濾帶，滾筒，過(guò)濾帶張緊系統(tǒng)，過(guò)濾帶偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，過(guò)濾帶清洗系統(tǒng)及過(guò)濾帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。在設(shè)備選購(gòu)時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：（l）濾帶。因?yàn)V帶要產(chǎn)生一定的力，要求濾帶必須具備高抗拉強(qiáng)度，彎曲度，耐酸堿性，耐溫性等特性，同時(shí)還應(yīng)考慮污泥的物理特性，選擇合適的編織紋理，使濾帶具有良好的透氣性和截留更多污泥固體顆粒。（2）輥壓筒的調(diào)偏系統(tǒng)。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，輥壓筒通過(guò)氣動(dòng)裝置帶動(dòng)。（3）濾帶的張緊系統(tǒng)。濾帶的張緊系統(tǒng)也由氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)控制。過(guò)濾帶張力依據(jù)淤泥的物理特性，通?？刂圃?.3-0.7MPa，經(jīng)驗(yàn)值為0.5MPa。（4）帶速控制。不同種類的污泥對(duì)皮帶速度有不同的要求，即對(duì)任何特定的污泥通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)確定最佳的皮帶速度控制范圍。以便脫水系統(tǒng)能以較高的加工能力和產(chǎn)出高質(zhì)量的泥餅。帶式壓濾機(jī)脫水機(jī)受污泥負(fù)荷波動(dòng)的影響較小，泥餅固化程度高，工作穩(wěn)定、能耗低等有優(yōu)點(diǎn)，管理控制相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員素質(zhì)要求不高。同時(shí)，由于帶式壓濾機(jī)脫水機(jī)早已在多個(gè)項(xiàng)目實(shí)施采用，施工工藝相對(duì)成熟。在城市黑臭水體治理清淤固化設(shè)備選擇決策中，從減少工程投資方面可以考慮帶式壓濾機(jī)固化淤泥。

2.2 離心脫水機(jī)原理是高速旋轉(zhuǎn)的輪轂產(chǎn)生較大的離心力，致使污泥被甩入輪轂腔。因污泥顆粒具有大的比重，產(chǎn)生的離心力也很大，最終附著在旋轉(zhuǎn)轂的內(nèi)壁上形成固體層，而水密度小，離心力小，在固體層內(nèi)形成液體層，淤泥和水被分離開。然后在螺旋輸送機(jī)的緩慢推動(dòng)下，固體層的污泥被輸送到轉(zhuǎn)移的錐形端，并通過(guò)轉(zhuǎn)移處的出口排出。二液體從坩堝的溢流口排出到轉(zhuǎn)移的外部，然后被收集到脫水器中再排放。離心脫水機(jī)施工中最關(guān)鍵的固化地點(diǎn)在輪轂，輪轂處理長(zhǎng)度越長(zhǎng)，污泥的固體含量越高，但反復(fù)加載的時(shí)間越長(zhǎng)，效率越低，成本越高。在施工過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)速度是控制淤泥脫水的重要控制參數(shù)，因此要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際淤泥特性通過(guò)試驗(yàn)確定設(shè)備運(yùn)行參數(shù)從而獲得更高的施工效率是離心脫水機(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵。目前，施工常使用低速離心脫水機(jī)。因?yàn)殡x心脫水機(jī)具有噪音高，能耗高，處理能力低等缺點(diǎn)，同時(shí)，離心脫水機(jī)因受污泥負(fù)荷波動(dòng)的影響大，要操作人員的素質(zhì)較高，一般對(duì)施工環(huán)境要求高的項(xiàng)目應(yīng)謹(jǐn)慎選用。

2.3 板框式壓濾脫水機(jī)主要由凹面人體濾板、框架、自動(dòng)氣動(dòng)封閉系統(tǒng)測(cè)量板懸掛系統(tǒng)、濾板振動(dòng)系統(tǒng)、設(shè)置空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置和車身側(cè)光電保護(hù)裝置組成。設(shè)備選擇時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)方面：（1）淤泥脫水濾的要求。與其他類型的脫水機(jī)相比，普通的板框式壓濾機(jī)具有最高的脫水濾，可以得到較高的淤泥固體含量。（2）框架的材質(zhì)。（3）濾板及濾布的材質(zhì)。因淤泥化學(xué)特性受污染程度不通，需要耐腐蝕性，同時(shí)還必須具有一定的抗拉強(qiáng)度。（4）濾板的移動(dòng)方式。液壓氣動(dòng)裝置分全自動(dòng)或半自動(dòng)方式，從而降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。（5）濾布擺動(dòng)裝置，方便濾餅快速脫落。與其他類型的脫水機(jī)相比，板框式壓濾機(jī)的最大缺點(diǎn)是占地面積大，因此在城市黑臭水體治理中在淤泥處理場(chǎng)地很難滿足。

二、淤泥回收技術(shù)

污泥回收技術(shù)城市河流黑臭水體根據(jù)不同污染源進(jìn)行分類處理。黑臭水體中的底泥可能含有大量致病菌，寄生蟲，重金屬和一些難以降解的有機(jī)酸，如果處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。根據(jù)污泥污染成分，常用的污泥回收處理方法主要包括填埋、肥料、能源和建筑材料。

1.垃圾填埋場(chǎng)垃圾填埋場(chǎng)分為單獨(dú)的垃圾填埋場(chǎng)和混合的城市固體垃圾。然而，垃圾填埋場(chǎng)受到運(yùn)輸成本和垃圾填埋場(chǎng)選址的限制。垃圾填埋場(chǎng)排放的惡臭氣體也會(huì)污染周圍的大氣，影響周圍居民的生活。此外，垃圾填埋場(chǎng)還可能浪費(fèi)土地資源。

2.污泥生產(chǎn)肥料利用已在國(guó)內(nèi)外使用多年，取得了一定的成效。通過(guò)技術(shù)的不斷改進(jìn)，堆肥后產(chǎn)生的肥料具有較高的有機(jī)質(zhì)含量，可以同時(shí)改善土壤。但是，有必要消除污泥中的致病菌，控制重金屬含量，避免二次污染。為此，中國(guó)的“農(nóng)業(yè)污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)”還規(guī)定，污染控制標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量每年每公頃不得超過(guò)30噸，連續(xù)施用不應(yīng)超過(guò)20年?？梢钥闯觯勰喽逊实氖褂貌皇墙鉀Q其出口的主要途徑。

3.能源利用主要包括焚燒，低溫采油技術(shù)和沼氣生產(chǎn)。污泥焚燒技術(shù)具有最明顯的還原效果，可以完全殺滅污泥中可能含有的致病菌和有機(jī)污染物。然而，污泥焚燒的能耗相對(duì)較大，成本較高，煙氣的排放可能含有污染物，這已成為這種處理和處置技術(shù)的主要缺點(diǎn)。低溫制油技術(shù)通過(guò)催化硅酸鹽和污泥中含有的重金屬（特別是銅）將污泥中的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔?。此技術(shù)在我國(guó)剛起步。沼氣可通過(guò)厭氧消化污泥生產(chǎn)，1立方米沼氣的熱值相當(dāng)于1公斤酶或0.7公斤汽油。

4.生產(chǎn)建筑材料

污泥含有大量無(wú)機(jī)物質(zhì)，可用作建筑材料如磚，水泥和陶粒的原料。目前淤泥建筑材料資源利用呈現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)，是一種技術(shù)相對(duì)成熟，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著的淤泥治理方法。

綜上所述，隨著黑臭水泥治理疏浚會(huì)產(chǎn)生大量被長(zhǎng)期污染的底泥，其特點(diǎn)是量大、污染嚴(yán)重。城市河道黑臭水體治理一般隨區(qū)域景觀或公園進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)和治理，因此，底泥污染沒有重金屬類超標(biāo)，建議采用固化劑固化法和物理脫水固化法，然后再進(jìn)行城市綠化和公園景觀綠化草皮底層肥料。

（作者單位：410000中交一公局橋隧工程有限公司）