城鎮(zhèn)黑臭河涌底泥處置技術(shù)研究

卓林園，夏 琪，許業(yè)輝，趙俊逸，朱良文

(中國(guó)建筑第五工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

0 引 言

近些年，隨著城鎮(zhèn)建設(shè)和工業(yè)社會(huì)的快速發(fā)展，再加上前期不注重環(huán)境保護(hù)、城鎮(zhèn)擴(kuò)張規(guī)劃不完善，城鎮(zhèn)河涌水體黑臭，水質(zhì)發(fā)生惡化，出現(xiàn)黑臭水體，河床底的土壤受污染嚴(yán)重，河涌自凈功能喪失，這成為日益突出的問(wèn)題，給城鎮(zhèn)形象和市民的身體健康帶來(lái)危害。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，以及城鎮(zhèn)居民對(duì)美好環(huán)境的向往，國(guó)家開(kāi)始大力整治環(huán)境問(wèn)題。

中山市中心組團(tuán)黑臭(未達(dá)標(biāo))水體整治提升工程(項(xiàng)目一)處于中山市行政區(qū)域內(nèi)。施工范圍為港口鎮(zhèn)40條水體，建設(shè)內(nèi)容包括截污工程、河涌范圍現(xiàn)狀污水管道檢測(cè)與修復(fù)工程、調(diào)蓄工程、清淤工程、生態(tài)修復(fù)工程、水系循環(huán)和補(bǔ)水工程、岸線修復(fù)和生態(tài)護(hù)岸工程、底泥處置處置工程、水務(wù)信息化建設(shè)工程、人工濕地、河道養(yǎng)護(hù)等。其中黑臭河涌底泥含水率較大，可塑性低，且含有大量生活垃圾，如何處理處置這些帶有污染性的底泥就成了水體治理過(guò)程中面臨的難題之一。因此對(duì)黑臭河涌底泥進(jìn)行處理處置，有利于改善河涌水質(zhì)，恢復(fù)河涌生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，提升城鎮(zhèn)的面容面貌，營(yíng)造可持續(xù)發(fā)展人居環(huán)境，從而帶動(dòng)中山市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。

1 城鎮(zhèn)黑臭河涌底泥處置思路

在治理過(guò)程中，清除涌?jī)?nèi)污染物(底泥)至關(guān)重要。首先對(duì)涌?jī)?nèi)污染物底泥泥質(zhì)進(jìn)行污染物釋放試驗(yàn)，確定有機(jī)質(zhì)及重金屬的含量，從而確定清淤厚度及底泥處置處置方式等。河涌底泥一般由三部分組成，自上而下依次是污染層、過(guò)渡層、正常底泥沉積層，對(duì)于底泥中的氮、磷分布情況，國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為底泥中的TN、TP的濃度自上而下依次降低，而對(duì)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化起直接作用的NH3-N和可溶性磷的濃度自上而下依次增高。對(duì)本工程的底泥進(jìn)行分類檢測(cè)后，試驗(yàn)結(jié)果表明涌?jī)?nèi)底泥有機(jī)質(zhì)及重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，其中COD、NH3-N和TP檢測(cè)值分別為1 811.4 mg/(m2/d)、238.5 mg/(m2/d)、16.391 mg/(m2/d)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)土壤背景水平。因此本工程河涌底泥不適用作農(nóng)用污泥，如采用傳統(tǒng)干化和填埋，將產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，必須進(jìn)行有效處理處置。

1.1 清淤方式選擇

根據(jù)現(xiàn)階段掌握的資料文件并結(jié)合實(shí)地調(diào)研以及初步勘探結(jié)果，確定清淤厚度=現(xiàn)狀河底高程-規(guī)劃河底高程，計(jì)算結(jié)果為50 cm，因此清淤時(shí)將底泥平均清淤厚度控制在50 cm。常見(jiàn)河涌清淤方式主要有干法清淤和濕法清淤，表1根據(jù)清淤特點(diǎn)列舉了常見(jiàn)的幾種清淤方式。

表1 常用河涌清淤方式劃分

本工程從清淤減量化和最終處置角度出發(fā)，進(jìn)行多方面綜合考慮，在底泥處置中充分融入“一河一策”的治理思路，有針對(duì)性地制定每條河涌的清淤方式。大多數(shù)河涌采用分段清淤的方法，將人工清淤和機(jī)械清淤相結(jié)合，針對(duì)不同河涌、不同樁號(hào)采用不同的清淤方法。

根據(jù)不同清淤方式的特點(diǎn)，其淤泥運(yùn)輸方式也不盡相同。對(duì)于機(jī)械清淤的部分，由于淤泥含水量較低，傳統(tǒng)密封罐車不能順利吸走淤泥，故采用傳統(tǒng)泥頭車運(yùn)輸，做好放水及覆蓋處理；對(duì)于人工清淤的部分，由于淤泥含水量較高，采用密封罐車運(yùn)輸，確保在路上不撒不漏，起泥點(diǎn)處，配備高壓水車，隨時(shí)沖洗漏撒淤泥，防止淤泥在運(yùn)輸途中造成污染。干法挖機(jī)清淤則用傳統(tǒng)的渣土車運(yùn)輸。運(yùn)輸時(shí)注意避免運(yùn)輸過(guò)程中淤泥散落污染市區(qū)道路及周邊環(huán)境。

1.2 底泥處置

底泥處置的方式多種多樣，常見(jiàn)的處理方式有物理固化、化學(xué)固化和高溫固化。物理固化一般采用晾曬、機(jī)械脫水等方式去除底泥中的自由水，但這種方法的局限性非常大，主要適合底泥量少、場(chǎng)地大的工程，并且處理不當(dāng)時(shí)容易產(chǎn)生二次污染；化學(xué)固化則是通過(guò)添加固化材料使之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)降低淤泥的含水率，并吸附淤泥中的雜質(zhì)，在淤泥表面產(chǎn)生膠凝物質(zhì)，使得淤泥顆粒具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，主要適用于大量的底泥處置工程，實(shí)際工程中前期的投入較大且成本較高；高溫固化是指通過(guò)高溫處理使得底泥脫水，并將有機(jī)質(zhì)分解，同時(shí)還可以使淤泥顆粒之間溶解后形成更大的固體顆粒，這種方法處理效果最好，但由于投入較高，一般很少采用。

根據(jù)地質(zhì)鉆探結(jié)果顯示，本工程施工范圍內(nèi)待處置的黑臭底泥含水率較高，流塑性大，且含有大量的生活垃圾和重金屬顆粒，傳統(tǒng)的底泥處置方式已不能滿足現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)保及工期進(jìn)度要求，經(jīng)過(guò)多方考察研究決定采用物理化學(xué)相結(jié)合的固化處置技術(shù)處理底泥。根據(jù)工藝流程的需要建設(shè)一座臨時(shí)性且滿足底泥處置需求的底泥處置場(chǎng)，詳細(xì)平面布置如圖1所示。

將河涌底泥清理運(yùn)輸?shù)降啄嗵幹脠?chǎng)，然后采用典型的工藝技術(shù)路線。采用干法挖機(jī)清淤的底泥倒入絞吸緩存池加水沖洗成泥漿流入儲(chǔ)泥池；水力沖挖的底泥則通過(guò)卸料平臺(tái)流入儲(chǔ)泥池。絞吸緩存池河卸料平臺(tái)均設(shè)有格柵裝置用來(lái)分離底泥中的垃圾，篩分出來(lái)的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)到指定地點(diǎn)。泥漿在儲(chǔ)泥池中經(jīng)絞吸船疏浚后底泥與水充分混合后進(jìn)入均化池，接著加入泥沙聚沉劑、HEC高強(qiáng)高耐水土體固結(jié)劑進(jìn)行淤泥無(wú)害化處理，并通過(guò)螺旋輸送機(jī)和泥漿攪拌機(jī)加入HEC、FSA等復(fù)合材料，利用自身紊流完成調(diào)理調(diào)質(zhì)，對(duì)均化池泥漿進(jìn)行調(diào)理調(diào)質(zhì)均化，使材料充分混合并保持泥漿濃度恒定，經(jīng)過(guò)均化池調(diào)質(zhì)均化后的泥漿,已經(jīng)具備了脫水固化的條件，將沉淀液通過(guò)管道進(jìn)入板框壓濾機(jī)中進(jìn)行壓濾脫水成泥餅，上清液則通過(guò)有壓管管道進(jìn)入尾水處理設(shè)備中進(jìn)行處理。通過(guò)板框壓濾機(jī)一次脫水和深度脫水后形成的硬塑狀泥餅遇水不再泥化，并且具備一定強(qiáng)度，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。處理后的泥餅檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 處理后底泥檢測(cè)結(jié)果

板框壓濾機(jī)的工作原理主要是讓濾液透過(guò)濾布從濾板排水孔排出，為泥水分離系統(tǒng)循環(huán)利用。當(dāng)濾室壓力達(dá)到一定數(shù)值后，板框壓濾機(jī)PLC自動(dòng)控制停止泵入泥漿，轉(zhuǎn)而進(jìn)入二次壓榨環(huán)節(jié)，利用供氣系統(tǒng)中的螺桿空壓機(jī)提供壓力擠壓濾板對(duì)濾室內(nèi)的泥漿深度脫水，并用空氣反吹壓濾機(jī)進(jìn)泥通道為下次泵入泥漿做好準(zhǔn)備，壓榨完成后板框壓濾機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)為放空環(huán)節(jié)，卸載濾板內(nèi)的空氣壓力至常壓后，啟動(dòng)卸料程序，打開(kāi)濾板，卸出硬塑狀泥餅。

1.3 泥餅資源化利用

近年來(lái)，黑臭河涌底泥的處置面臨重大挑戰(zhàn)。國(guó)家及行業(yè)發(fā)布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，處置分類可參考《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置分類》(GB/T 23484—2009)，一般大致分為土地利用、污泥埋填、建筑材料及焚燒，但這些處置方法必須滿足國(guó)家及行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

本工程經(jīng)過(guò)固化處理后大約可產(chǎn)生70萬(wàn)m3的泥餅，對(duì)這些泥餅進(jìn)行資源化利用，其用途主要有四點(diǎn)，一是用于本項(xiàng)目其他專業(yè)工程的施工材料，即管網(wǎng)工程溝槽和道路工程路基回填土；二是在泥餅中加入一些輔材生產(chǎn)各種強(qiáng)度滿足要求的生態(tài)護(hù)坡及景觀砌塊；三是可做混凝土骨架和花卉的覆蓋料；四是運(yùn)往附近的磚廠制成免燒磚(即利用粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾礦渣、化工渣或者天然砂、海涂泥等作為主要原料，不經(jīng)高溫煅燒而制造的一種新型墻體材料。

1.4 尾水處理

經(jīng)儲(chǔ)泥池中絞吸船疏浚后底泥與水充分混合，會(huì)使得泥漿中污染物濃度上升，雖經(jīng)過(guò)沉淀和壓濾等環(huán)節(jié)處理后，污染物大幅度減少，濃度降低，但還需采取進(jìn)一步的處理措施，以確保余水滿足排放要求，避免對(duì)環(huán)境造成二次污染。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，余水采用一臺(tái)一體化尾水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，處理后尾水排進(jìn)尾水沉淀池內(nèi)。處理后的尾水經(jīng)檢測(cè)合格后，一部分中供儲(chǔ)泥池絞吸船工作使用，實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用；另一部分排入鄰近的市政管網(wǎng)。

1.5 垃圾處理

底泥處置過(guò)程中通常會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾，垃圾主要來(lái)源于清淤過(guò)程中河涌?jī)?nèi)，以生活垃圾、建筑生產(chǎn)垃圾和底泥中的雜質(zhì)垃圾為主，如何處理這些垃圾也是一個(gè)棘手的問(wèn)題。

目前國(guó)內(nèi)處理垃圾的方式主要有三種，即衛(wèi)生填埋、高溫堆肥和焚燒等。本工程在底泥處置過(guò)程中大約產(chǎn)生2萬(wàn)m3垃圾，為了響應(yīng)中山市政府對(duì)環(huán)境保護(hù)政策的要求，采用“先分類、后處理”，科學(xué)制定垃圾處理方案，將垃圾分為可焚燒垃圾和可利用垃圾，將生活垃圾運(yùn)往垃圾處理站進(jìn)行集中焚燒處理，建筑垃圾則分揀出可回收的木料和鋼材，剩余的磚石、水泥塊破碎成骨料，經(jīng)過(guò)篩分，除去雜質(zhì)，形成一定粒徑要求的建材原料，然后在原料中添加水泥和粉煤灰等輔料，加入一部分水后進(jìn)行攪拌，形成不同的建筑材料。通過(guò)分類處理，盡可能將環(huán)境損失降到最低程度。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文先對(duì)城鎮(zhèn)黑臭河涌底泥進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，然后結(jié)合實(shí)際工程案例針對(duì)底泥固化處置過(guò)程中的清淤、固化處置及尾水處理等進(jìn)行詳細(xì)闡述。底泥固化處置技術(shù)在實(shí)際工程中已經(jīng)達(dá)到逐步實(shí)現(xiàn)泥漿垃圾分揀、分類處理，可資源化利用取得良好的效果。

隨著社會(huì)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境治理越來(lái)越受到人們的重視，城市黑臭河涌底泥處置也將是環(huán)境治理過(guò)程中的重大難題。為進(jìn)一步解決這些問(wèn)題，研究新的底泥處置工藝就顯得尤為重要。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)研究報(bào)告、施工圖紙及底泥檢測(cè)結(jié)果選擇合適的底泥處置工藝，并對(duì)處理的產(chǎn)物進(jìn)行資源化利用，目前的底泥處置技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中有很多局限性，還需要在后期的研究中不斷改良并進(jìn)一步實(shí)踐。