快速泥水分離技術應用效果分析

張繼學 余薇薇 焦 勇

（安徽水安建設集團股份有限公司 合肥 230000 安徽淮河環(huán)境科技咨詢有限公司 蚌埠 233000江蘇鴻基水源科技股份有限公司 揚州 225000）

1 引言

我國每年都要開展大規(guī)模的河湖清淤工程以及港口、航道的建設工程，不可避免地要產(chǎn)生大量的疏浚泥，疏浚泥經(jīng)常采用堆場存放的處置措施。由于疏浚泥一般具有含水率高、強度低、沉積固結速率慢的特點，采用堆場存放疏浚泥必然帶來兩方面的問題：疏浚泥大面積和長時間的占用土地資源。因此，在現(xiàn)有疏浚工藝技術條件下，如何提高疏浚土排泥場的有效容積、減少占地面積、節(jié)省工程造價、減小社會矛盾，是水利工程迫切需要研究和解決的難題[1]。

淮干蚌浮段行蓄洪區(qū)調(diào)整和建設工程香浮段部分排泥場設計借鑒國內(nèi)相關專利技術，在工程建設中采用快速泥水分離技術，以期提高排泥場利用率，減少土地占用面積以及縮短占用時間[2]。

2 快速泥水分離技術原理

泥水分離技術是源于固液分離技術，是固液分離技術的一種。固液分離，是將混合物的固液兩相分離，固液分離技術在冶金、化工、輕工、食品、制藥、環(huán)境治理等領域得到廣泛應用。

泥水分離是固液分離在疏浚工程、環(huán)境工程和市政工程中應用的具體表現(xiàn)。所謂泥水分離就是將淤泥中的土和水兩相分離開，降低淤泥含水量，縮小淤泥體積，為淤泥的后續(xù)處理創(chuàng)造條件。泥水分離技術首先應用在處理市政工程施工產(chǎn)生的生活污水污泥、工業(yè)廢水污泥和給水污泥。發(fā)達國家在20世紀70年代已經(jīng)開始將泥水分離技術應用到湖河疏浚工程中，并形成一個產(chǎn)業(yè)。我國于70年代才開始試驗各種泥水分離機和分離技術，部分成果應用到采礦工程礦液、城市隧道工程泥漿和城市生活糞便脫水，并開始逐漸應用到疏浚工程。

快速泥水分離技術是在排泥場部分區(qū)域預先設置排水通道，排水通道包括底部水平排水通道和其上垂直排水通道，底部排水通道為管道式，可分為排水主管和排水支管；垂直排水系統(tǒng)由防淤堵反濾材料和垂直排水體組成，反濾材料的結構特點和孔徑大小依據(jù)疏浚土的性質(zhì)確定，垂直排水系統(tǒng)底部與水平排水管道密閉連接，疏浚土中的水通過該排水系統(tǒng)收集后再由退水口排出，從而實現(xiàn)泥水快速分離，達到消除風浪超高、節(jié)約征地的目的。

3 泥水分離處理緣由

淮河干流蚌浮段工程涉及淮河干流河道全長86.62km，河道左岸為淮北大堤和臨北段行洪區(qū)，右岸為方邱湖、花園湖和香浮行洪區(qū)。工程位于淮河沖積平原中的淮河中下游平原區(qū)，灘地自上游向下游地勢一般由高漸變低，地形較為平坦，地面高程一般為15.0～17.0m，為平原地貌景觀，下游為浮山，最高點為50.0m。工程區(qū)地層主要為河湖相沉積地層，疏浚河道段疏浚河底高程在6～5m 左右，河道疏浚范圍內(nèi)土大部分為2、3 級土，局部為1、4 級土。切灘段的土性主要為壤土和砂壤土，土質(zhì)的開挖級別一般為Ⅱ級。

快速泥水分離技術在南水北調(diào)東線金寶航道工程NI 排泥場、江蘇泰州引江河第二期工程排泥場成功應用，大幅度提高了排泥場有效庫容，減少排泥場約30%的征地；排出的尾水含固率較低，達到GB 8978-96 二級排放標準。排泥場內(nèi)疏浚泥的自由水可以通過排水系統(tǒng)快速排除，不會往圍堰中滲流，圍堰土體的含水率基本不發(fā)生顯著變化，保證了圍堰的滲流穩(wěn)定。

4 泥水分離處理規(guī)模

根據(jù)已有試驗成果，結合疏浚土體的細顆粒（主要是指粘粒含量）含量大小，單個排泥場采用快速泥水分離技術處理面積為排泥場面積的8%左右，根據(jù)排泥場的退水口設置及現(xiàn)場退水條件，分區(qū)、分塊合理布設多組快速泥水分離系統(tǒng)，本次香浮段工程PN1-1、PN1-2 排泥場涉及的河道開挖土層平均的粘粒含量為7.0%，依據(jù)排泥場調(diào)查經(jīng)驗，排泥場內(nèi)疏浚土難以自然泥水分離的區(qū)域約占整個排泥場面積的7%。為了盡可能利用泥水分離系統(tǒng)快速排水，提高排泥場庫容利用率，該工程泥水分離布設規(guī)模控制在排泥場總面積的8%，具體為PN1-1 排泥場泥水分離布設面積24000m2，PN1-2 排泥場泥水分離布設面積42000m2。

5 監(jiān)測點詳細布置概況

該排泥場簡圖及儀器布置如圖1。

PN1-1 排泥場共分三個區(qū)域，場地泥面標高約為15.20m，吹填從兩側(cè)區(qū)域進行，通過區(qū)域之間的隔埂缺口流入中間區(qū)域，如圖1中箭頭所示。監(jiān)測共分五個項目：泥面高度監(jiān)測、場地疏浚泥漿含水率監(jiān)測、圍堰浸潤線監(jiān)測、尾水含固率監(jiān)測及十字板強度監(jiān)測。

圖1 PN1-1 排泥場儀器布置簡圖

6 泥水分離處理結論

6.1 實時含水率監(jiān)測

PN1-1 排泥場數(shù)據(jù)顯示，距離底面0.5m 處含水率在30%～70%，距離底面1.5m 處含水率在130%左右；PN1-2-1 排泥場數(shù)據(jù)顯示，距離底面0.5m 監(jiān)測數(shù)據(jù)較低，含水率在20%左右。含水率都處于相對來說較低的水平，表明快速泥水分離系統(tǒng)對于排出退水口附近疏浚泥中水的作用十分明顯。

6.2 泥面高度

PN1-1 排泥場1#斷面所在排泥區(qū)域泥面最終平均高度210cm，2#、3#、4#斷面所在排泥區(qū)域泥面最終平均高度約180cm，5#斷面所在排泥區(qū)域泥面最終平均高度200cm；PN1-2-1 排泥場1#標尺最終高度135cm，2#標尺最終高度約105cm。泥面高度反應了泥水走向，越靠近退水口泥面越低。

6.3 浸潤線觀測

PN1-1 排泥場和PN1-2-1 排泥場的圍堰浸潤線監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在圍堰中不存在穿過圍堰的滲流，圍堰滲流穩(wěn)定，并且圍堰外坡的復耕土堆區(qū)更能保證圍堰的穩(wěn)定性。表明泥水分離技術有效地降低了排泥場圍堰內(nèi)的水頭高度，可快速排除排泥場內(nèi)表面水。

6.4 含固率測試

PN1-1 排泥場含固率在35～230mg/L，質(zhì)量比約為0.035/1000～0.23/1000 之間，遠小于快速泥水分離系統(tǒng)的設計要求（1/1000）；PN1-2-1 排泥場含固率在65～226.6mg/L，質(zhì)量比約為0.065/1000～0.226/1000之間，同樣遠小于快速泥水分離系統(tǒng)的設計要求（1/1000）?？焖倌嗨蛛x系統(tǒng)對于控制尾水含固量有著很好的控制作用。

6.5 承載力測試

PN1-1 排泥場和PN1-2-1 排泥場退水口處表層十字板強度為20～30kPa，PN1-1 排泥場（吹填完成4 個月）退水口處的表層十字板強度約為3～5kPa,場地內(nèi)80%以上的區(qū)域可以上人，PN1-2-1 排泥場（吹填完成9 個月）退水口處表層十字板強度約10～15kPa，場地內(nèi)區(qū)域可以上人。泥水分離技術能夠有效降低疏浚泥含水率、提高疏浚泥的強度和承載力。

6.6 布設情況對比

PN1-1 采用集中布置泥水分離系統(tǒng)，PN1-2 分散布置于每個退水口，根據(jù)監(jiān)測及吹填后場地情況：PN1-1 排泥場一區(qū)、三區(qū)為粗顆粒集中區(qū)，吹填完后即可還耕，PN1-2 排泥場出泥口承載力較高，吹填結束后即可還耕?？焖倌嗨蛛x設計時應根據(jù)疏浚泥的特性及排泥場區(qū)域設計、退水高差綜合選定布置方式。

7 結語

該排泥場疏浚土體主要為粉質(zhì)壤土，在水力分選作用下，泄水口附近形成了大面積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土富集區(qū)域，該區(qū)域疏浚泥飽含自由水，基本處于懸浮狀態(tài)，且隨水流動。項目策劃時按照技術處理特點，結合疏浚泥水力分選規(guī)律，泥水分離系統(tǒng)布設在細顆粒富集區(qū)，疏浚工程實施完成后，泥水分離系統(tǒng)依然持續(xù)發(fā)揮排除固結析水作用，能夠促進細顆粒富集區(qū)的固結速度。在疏浚完成后4 個月左右，細顆粒富集區(qū)已經(jīng)具備上人條件，此時的泥水分離系統(tǒng)依然在排除場內(nèi)深層孔隙水。快速泥水分離效果明顯。

隨著社會發(fā)展和城市化進程，土地資源嚴重緊缺，城市河道及景觀湖泊的淤積和受城市生活廢水污染日趨嚴重，大規(guī)模的疏浚整治勢在必行，疏浚淤泥堆場的設置以及處置尤為困難。同時，隨著社會發(fā)展，內(nèi)陸河道、湖泊的水質(zhì)污染十分嚴重，國家重大水系調(diào)整項目的建設，需要優(yōu)質(zhì)水源和免受沿線河道二次污染等社會需求。這些社會壓力和需求，迫切需要解決疏浚淤土的存儲和循環(huán)利用問題，而“快速泥水分離技術研究”切合了這一社會主題，也為自身的發(fā)展和推廣應用贏得了空間，決定了該項研究成果具有良好的推廣應用前景，并具有良好的經(jīng)濟和社會效益■