城鎮(zhèn)黑臭淤泥GT管袋治理

孟 佳 李 銳 劉 雨 鄒同陽 張 超 童思喆

中建五局第三建設(shè)有限公司 湖南 長沙 410004

1 城鎮(zhèn)黑臭淤泥治理施工技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 研究背景

城鎮(zhèn)水體是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有水體循環(huán)、水土保持、水質(zhì)涵養(yǎng)、調(diào)節(jié)溫濕度、改善城市氣候等多種功能。但是當(dāng)前在我國一些地區(qū)，水環(huán)境質(zhì)量差、水生態(tài)受損重、環(huán)境隱患多等問題突出，影響和損害了群眾健康，不利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展。

黑臭水體是水體污染的一種極端現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅造成生態(tài)破壞，嚴(yán)重影響居民的生活及身心健康，同時(shí)還嚴(yán)重影響城市的良好發(fā)展。我國城鎮(zhèn)黑臭水體的綜合治理已經(jīng)刻不容緩。

國務(wù)院于2015年4月正式發(fā)布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》明確提出：到2020年，地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)；到2030年，全國城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。由此可見城市黑臭水體治理的緊迫性和艱巨性。

1.2 研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外針對(duì)城鎮(zhèn)河道的黑臭水體治理均遵循“控源—凈化—修復(fù)”的思路。傳統(tǒng)河道清淤治理工藝主要為生態(tài)疏浚技術(shù)[1]、截污納管技術(shù)[2]、曝氣增氧技術(shù)[3]、微生物技術(shù)[4]、生物膜技術(shù)[5]等。

在大量工程實(shí)踐過程中，發(fā)現(xiàn)以上工藝的現(xiàn)場(chǎng)處理較為復(fù)雜，存在破壞水體原有生態(tài)、產(chǎn)生二次污染、容易造成工期和成本浪費(fèi)等現(xiàn)象。

2 城鎮(zhèn)黑臭淤泥GT管袋治理施工技術(shù)研究分析

2.1 城鎮(zhèn)黑臭淤泥GT管袋治理施工技術(shù)分析

城鎮(zhèn)河道黑臭淤泥GT管袋治理技術(shù)是根據(jù)目前傳統(tǒng)河道清淤治理工藝，結(jié)合GT土工管袋新工藝的實(shí)用性和便捷性，進(jìn)行大力開發(fā)和創(chuàng)新的新型河道黑臭淤泥處理技術(shù)。本技術(shù)主要包括排干清淤、淤泥抽排、淤泥加藥降解、淤泥脫水固化和管袋覆土堆存這5個(gè)步驟。

GT管袋治理技術(shù)集清淤抽排、淤泥加藥降解、淤泥管袋脫水固化處理于一體，與傳統(tǒng)工藝相比較，其處理性能更穩(wěn)定、工藝更簡(jiǎn)單、效果更優(yōu)越，且總投入及處理成本更具競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2 城鎮(zhèn)黑臭淤泥GT管袋治理施工技術(shù)原理

城鎮(zhèn)河道黑臭淤泥治理技術(shù)是在河道疏干后，淤泥經(jīng)水力沖淤后成為淤泥漿，在管道中經(jīng)水力作用與藥劑攪拌充分后，進(jìn)入管袋中脫水，過程中添加特有的固化劑、穩(wěn)定化藥劑，對(duì)淤泥進(jìn)行改性，使淤泥的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)趨于穩(wěn)定。

GT管袋中的淤泥固結(jié)以后，對(duì)管袋進(jìn)行覆土綠化，實(shí)現(xiàn)了淤泥的原位處理、安全環(huán)保堆存，同時(shí)也創(chuàng)造出生態(tài)綠地。

2.3 城鎮(zhèn)黑臭淤泥GT管袋治理施工技術(shù)流程及操作要點(diǎn)

2.3.1 施工工藝流程

城鎮(zhèn)河道黑臭淤泥GT管袋治理工藝流程如圖1所示。

圖1 城鎮(zhèn)河道黑臭淤泥GT管袋治理施工工藝流程

2.3.2 主要工藝操作要點(diǎn)

1）河道淤泥原樣分析。對(duì)河道不同點(diǎn)位原始淤泥進(jìn)行檢測(cè)，分析污染成分、污染源及污染方式。

2）河道水質(zhì)原樣分析。對(duì)河道不同點(diǎn)位原始水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，分析污染成分、污染源及污染方式。

3）藥劑配比分析/淤泥填充試驗(yàn)/試驗(yàn)滲濾液檢測(cè)。

① 藥劑配比分析。通過試驗(yàn)，觀測(cè)淤泥和水質(zhì)在不同藥劑、添加量下的淤泥絮團(tuán)大小、破碎程度、沉淀速度和水樣清澈度，確定淤泥適用藥劑及淤泥藥劑的添加量。藥劑分為調(diào)節(jié)劑、絮凝劑這2種。調(diào)節(jié)劑的主要作用是除掉泥漿中的有害礦物質(zhì)，使淤泥得以凈化，實(shí)現(xiàn)淤泥的重復(fù)利用（可用作種植土）。結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，通過試驗(yàn)得到調(diào)節(jié)劑及絮凝劑配合比如下。調(diào)節(jié)劑：聚合氯化鋁兌水溶解成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的溶液，配合比為溶液∶泥漿（含水80%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）＝1∶50（體積比）；除磷劑兌水溶解成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的溶液，配合比為溶液∶泥漿＝1∶12.5（體積比）；COD（化學(xué)需氧量）降解劑直接投加到泥漿處理池中，每立方米泥漿加入100 g；硫酸亞鐵兌水溶解成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的溶液，配合比為溶液∶泥漿（含水80%）＝1∶50（體積比）。絮凝劑：聚丙烯酰胺陽離子河道水按質(zhì)量分?jǐn)?shù)6‰進(jìn)行溶解，配合比為溶液∶泥漿＝1∶5（體積比）。PC助凝劑用河道水按質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%進(jìn)行溶解，配合比為溶液∶泥漿＝1∶12.5（體積比）。

② 淤泥填充試驗(yàn)。管袋充填試驗(yàn)?zāi)康模怯^察絮凝沉淀后的淤泥在充填過程中的脫水固化情況。根據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，1號(hào)取樣點(diǎn)淤泥、2號(hào)取樣點(diǎn)淤泥、3號(hào)取樣點(diǎn)淤泥性狀相同，適用的藥劑相同，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)取樣點(diǎn)采取合并取樣，進(jìn)行了管袋充填試驗(yàn)。根據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，水下方淤泥含水率約為85%，預(yù)計(jì)脫水固化的變化情況為：經(jīng)試驗(yàn)，10 d后管袋的淤泥固化后的含水率為80%左右，15 d后，含水率為75%左右。據(jù)管袋填充試驗(yàn)結(jié)果，淤泥固結(jié)GT管袋選用高韌聚丙烯GT管袋，管袋基本材質(zhì)要求等效孔徑0.5 mm，滲透率25 L/（m3·s）；CBR頂破強(qiáng)度10 kN。

③ 試驗(yàn)滲濾液檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，濾液COD為107 mg/L，總磷為2.69 mg/L，總氮為22 mg/L，BOD（生化需氧量）為40 mg/L，符合GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及GB/T 31962—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的A級(jí)規(guī)定，可排入市政污水管網(wǎng)。

4）固結(jié)堆場(chǎng)建設(shè)/濾液溝、濾液池建設(shè)。堆場(chǎng)主要用于置放淤泥固結(jié)管袋進(jìn)行脫水，并對(duì)滲出污水進(jìn)行收集、導(dǎo)排，防止造成二次污染。堆場(chǎng)周圍設(shè)有環(huán)形的集水溝，淤泥固結(jié)管袋濾出的水通過集水溝匯集后進(jìn)入濾液收集池。為避免淤泥固結(jié)管袋滲濾液滲入地下或?qū)χ苓呁寥涝斐啥挝廴?，堆?chǎng)地基表層需進(jìn)行防滲處理。防滲系統(tǒng)構(gòu)造由上至下為：管袋→厚200 mm的碎石濾水層→600 g/m2無紡?fù)凉た椢铩?.5 mm的HDPE防滲膜→地基。

5）修筑施工過河圍堰/河道（岸）垃圾清理。

① 修筑施工過河圍堰。根據(jù)施工方案中對(duì)河道分段施工劃分的順序，一次修筑施工攔河圍堰（圖2）。圍堰修筑完成后，對(duì)分段范圍內(nèi)的河道河水進(jìn)行導(dǎo)流、抽排。

圖2 攔河圍堰斷面示意（單位：m）

② 河道（岸）垃圾清理。河道排干后，通過機(jī)械輔以人工的方式，將河道中的白色垃圾、孤石、樹枝、動(dòng)物尸體等異物清理干凈。

6）管道安裝、加藥裝置安裝、調(diào)試。為保證河道淤泥漿抽排的連續(xù)作業(yè)，研發(fā)一種浮動(dòng)式水泵工作平臺(tái)，在施工前對(duì)浮動(dòng)式水泵工作平臺(tái)進(jìn)行架設(shè)，使平臺(tái)處于河道低洼處，采用DN100的PE淤泥漿輸送管連接浮動(dòng)式水泵工作平臺(tái)中的泥漿泵（泥漿泵的流量為120 m3/h），在PE淤泥漿輸送管靠末端部位，增設(shè)三通和防逆流閥，與加藥裝置三通相連，PE淤泥漿輸送管末連接GT淤泥管袋。在泥漿泵前設(shè)置500 mm×500 mm方形鍍鋅格柵（孔隙大小50 mm×50 mm），去除泥漿中的碎石、砌塊、樹枝等異物。調(diào)節(jié)劑與絮凝劑藥水溶藥罐共計(jì)設(shè)置3臺(tái)，大小均為8 m3。每個(gè)罐體頂部均設(shè)1臺(tái)不銹鋼雙層攪拌器。

藥劑溶解后，由機(jī)械隔膜加藥泵輸送至加藥混合管道，注入事先在堆場(chǎng)鋪設(shè)好的管袋內(nèi)。產(chǎn)生的濾液排入回水池，被用于水力清淤。

7）泥漿抽排、加藥降解、管袋充填。

① 泥漿抽排。清水泵啟動(dòng)后，河水通過高壓水袋、水槍形成高壓力，沖擊河床的淤泥，使淤泥呈懸浮狀流入集水坑，通過浮動(dòng)式水泵工作平臺(tái)連接的PE淤泥漿輸送管進(jìn)入GT管袋中，過程中藥水通過加藥裝置，采用管道注射投加的方式，向淤泥漿輸送管道中添加藥劑，注入事先在堆場(chǎng)鋪設(shè)好的管袋內(nèi)。

② 加藥降解。添加絮凝固化藥劑在城鎮(zhèn)黑臭淤泥GT管袋治理施工技術(shù)中是一個(gè)必要措施，不僅可以使固液快速分離，加速固體沉淀和液體濾出，還能使淤泥的性狀固化穩(wěn)定。淤泥需要先制備較高含水率的淤泥漿才適合投加藥劑，然后進(jìn)行管袋的充填脫水作業(yè)。淤泥加藥過程：通過一體化加藥設(shè)備，采用管道注射投加方式，向淤泥漿輸送管道中添加藥劑。加藥用的清水來自附近市政管道，用水量為5～10 m3/h。藥劑采用陽離子絮凝劑，藥劑根據(jù)淤泥性質(zhì)不同確定相應(yīng)的投加量。

③ 管袋充填。抽排的淤泥漿通過明敷泥漿輸送管道，中途經(jīng)過加藥裝置添加藥物，再輸送至GT管袋固結(jié)堆場(chǎng)填充，泥漿輸送管可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整走向，施工完可以回收利用。管袋分層充填，每次充填至管袋無法再充入泥漿后停止，脫水2 d后再次充填，每個(gè)管袋共計(jì)充填3次。

8）淤泥脫水固化。淤泥固結(jié)管袋在脫水過程中，細(xì)小的淤泥會(huì)因?yàn)轲ば灾饾u附著在管袋的內(nèi)表面，該層附著物的存在雖然能夠進(jìn)一步降低出水中的懸浮物，但也會(huì)降低排水速度。所以需要工人每隔一定時(shí)間對(duì)管袋進(jìn)行拍擊或者刷洗管袋表面，提高出水速度。脫水過程中有大量滲濾液產(chǎn)生，滲濾液經(jīng)過碎石層和濾液收集溝，進(jìn)入濾液收集池，經(jīng)過檢測(cè)、沉淀，合格后排入就近市政污水管網(wǎng)中。

9）淤泥管袋固結(jié)與堆存/覆土回填。經(jīng)過一段時(shí)間的沉淀和排水，超過99%的固體顆粒將被存留在管袋中逐漸固結(jié)，整個(gè)管袋構(gòu)成了一個(gè)巨大的固體膠囊。待GT淤泥管袋高度穩(wěn)定不再變化時(shí)，對(duì)管袋中的淤泥進(jìn)行取樣送檢，檢測(cè)淤泥含水率低于75%，并無二次污染的情況下，可利用管袋堆存場(chǎng)地基建時(shí)挖掘出的土方進(jìn)行覆土（圖3）。為避免管袋堆場(chǎng)后期沉降，覆土回填后的管袋上不可承重，不可種植根系發(fā)達(dá)苗木，建議種植中小型灌木或地被進(jìn)行美化處理。

圖3 覆土回填斷面示意

2.4 效益分析

與傳統(tǒng)城鎮(zhèn)河道黑臭淤泥處理方式相比，本方法減少了大量的機(jī)械開挖和外運(yùn)處理，實(shí)現(xiàn)了淤泥的綠色無害化原位處理。以處置100 m3淤泥為標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)工藝施工成本為5 750元，采用本工藝施工成本為2 594元，節(jié)余成本為3 156元，平均每立方米淤泥降低成本31.56元。

3 結(jié)語

本文通過工程實(shí)例，研究分析城鎮(zhèn)河道黑臭水體處理技術(shù)，創(chuàng)造性地提出城鎮(zhèn)河道黑臭水體GT管袋治理施工工藝。該工藝具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：

1）安全環(huán)保：在河道疏干后，用高壓水槍沖擊淤泥使其成為淤泥漿后抽排進(jìn)GT管袋內(nèi)，加入配比藥劑，使其固化、堆存，既實(shí)現(xiàn)了淤泥的安全環(huán)保堆存，又創(chuàng)造出生態(tài)和諧綠地。

2）泛用性：適用于城鎮(zhèn)各類河道黑臭淤泥治理工程。

3）提質(zhì)增效：工程處理靈活，無需脫水機(jī)械設(shè)備投入，無需移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了淤泥無害化原位處理，避免了淤泥處理的二次污染，降低了施工成本，提高了施工工效，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保施工，具有先進(jìn)性、適用性、經(jīng)濟(jì)性，適用于各種污染環(huán)境、各種社會(huì)環(huán)境下的河道黑臭淤泥治理。

河道黑臭水體治理是城鎮(zhèn)地區(qū)一個(gè)常見且棘手的問題，由于各城市黑臭水體的復(fù)雜性、不確定性，導(dǎo)致采用本文所述方法治理時(shí)出現(xiàn)治理質(zhì)量不確定的情況，因此還需要在以后工作中進(jìn)行分析、總結(jié)、優(yōu)化、實(shí)踐，最終求得解決之法。