河道淤泥處理新技術(shù)探討

王海龍

（北京市密云區(qū)水務(wù)局潮白河道管理所，北京市 101500）

0 引言

潮白河是北京東部地區(qū)的主要農(nóng)業(yè)灌溉水源，同時(shí)也是北京市的主要水源之一。盡管近年來在綠色發(fā)展理念下，潮白河治理已經(jīng)取得了顯著的成效，密云潮白河生態(tài)明顯好轉(zhuǎn)，但是生態(tài)治理仍然任重道遠(yuǎn)。由于污水直排和無清潔水源補(bǔ)充等原因，潮白河河床底部多年以來積累了大量淤泥和垃圾，嚴(yán)重影響水體質(zhì)量，河道清淤已經(jīng)成為潮白河生態(tài)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。主要針對(duì)有機(jī)質(zhì)含量高、淤泥泥漿顆粒極細(xì)的城市河道而設(shè)計(jì)了相關(guān)方案和針對(duì)技術(shù)措施，在潮白河河道清淤工程中具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

1 潮白河的河道生態(tài)現(xiàn)狀

潮白河水系的水體質(zhì)量最差時(shí)曾經(jīng)達(dá)到中度富營養(yǎng)狀態(tài)，根據(jù)以往的水質(zhì)調(diào)查結(jié)果，位于河流上游的白河堡水庫一直是潮白河水系中水質(zhì)較好的水域。自然降水是白河流經(jīng)山區(qū)時(shí)的主要水量來源，大約占水體總量的70%，降雨在陡峭的山坡上形成了流速大、沖刷強(qiáng)度高的表面徑流，對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生了極大地影響。由于白河沿岸發(fā)展出眾多的旅游區(qū)，旅游業(yè)對(duì)水質(zhì)不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定影響。潮河流域的沙場(chǎng)水庫和栗榛寨周邊水域植被覆蓋率較低，導(dǎo)致出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象，在近岸地表徑流的影響下，每年6月份潮河部分流域的水體富營養(yǎng)化程度將會(huì)達(dá)到重度狀態(tài)。此外，農(nóng)業(yè)用地也是造成潮河富營養(yǎng)化的重要因素之一。潮白河沿岸相對(duì)集中的人口聚居和大量農(nóng)業(yè)用地導(dǎo)致地表徑流在汛期裹挾大量污染物進(jìn)入河道，加重了河道水體的富營養(yǎng)化。

潮白河水環(huán)境質(zhì)量在北京市近年來實(shí)施的南水北調(diào)、流域生態(tài)修復(fù)和引溫濟(jì)潮調(diào)水等補(bǔ)水措施的影響下得到了有效改善，與以往相比，水體質(zhì)量得到了顯著提升，處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。目前順義區(qū)域內(nèi)水清岸綠，河岸上有大量綠化植物，令人賞心悅目。在淺灘中能夠摸到河蚌，景觀帶上吸引了不少水鳥。生態(tài)景觀帶建設(shè)工程所取得的成效也在不斷凸顯，正在逐漸形成健康穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。但是從長期來看，潮白河生態(tài)系統(tǒng)依然脆弱，目前生態(tài)成效隨時(shí)可能消失殆盡，而且在精準(zhǔn)治理等放還需要進(jìn)一步提高。

2 河道清淤的重要性

河道淤泥污染性較大，尤其是工業(yè)時(shí)代的河道淤泥危害更大。經(jīng)年累月積累在河道內(nèi)的垃圾和淤泥等污染物會(huì)影響水質(zhì)，河道疏浚工程中產(chǎn)生的淤泥中含有大量水分、微生物和有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)形成的耗氧有機(jī)物會(huì)對(duì)底泥造成污染，形成黑色、灰黑色的再懸浮物，導(dǎo)致水體發(fā)黑、發(fā)臭，淤泥中的重金屬、有機(jī)殘骸、病原菌等污染物質(zhì)具有較強(qiáng)的污染性。工業(yè)、農(nóng)業(yè)高速發(fā)展中產(chǎn)生的環(huán)境污染物會(huì)降低環(huán)境的承載能力，導(dǎo)致水體的自凈能力基本消失，對(duì)水體造成直接污染，嚴(yán)重危害生態(tài)系統(tǒng)和生物的生存與繁衍，造成河道淤泥淤積、水體發(fā)黑發(fā)臭等嚴(yán)重的內(nèi)源污染。通常情況下，河道底泥95%以上都是水分，因此快速降低淤泥含水率成為了河道淤泥處理的首要任務(wù)。

由于河道淤泥成分復(fù)雜性高，而且淤泥成分不穩(wěn)定，既有漂浮物、纖維等很好垃圾，又有大石頭、磚塊、樹枝等雜物，清理難度較大。由于有害的重金屬隱患較大，這就給如何處置淤泥加大了難度。潮白河的淤泥總量也比較大，在帶水清泥作業(yè)中，由于潮白河淤泥含水量特別高，因此淤泥顆粒細(xì)、粘度大、脫水困難。加之當(dāng)前世界上的淤泥處理技術(shù)以簡單的脫水固結(jié)為主，但淤泥的性質(zhì)經(jīng)過簡單處理后依然活躍，無法達(dá)到無害化、穩(wěn)定化、減量化的處理效果。比如，自然脫水法占用土地面積大，受到天氣影響，而且容易對(duì)耕地產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)機(jī)械脫水法對(duì)大規(guī)模疏浚工程有一定的不適應(yīng)性，很多工程還需要二次處理。真空預(yù)壓法在黏粒數(shù)量較高時(shí)容易造成排水口淤積，減低排水能力。普通固化法采用單一處理模式，處理效率較低。土工管袋法會(huì)浪費(fèi)大量的土工管袋資源，目前回收利用方面還是一個(gè)難題。因此需要在含水率較高、抗剪強(qiáng)度低、重金屬污染的河道淤泥處理中引進(jìn)新技術(shù)，促進(jìn)河道生態(tài)恢復(fù)，加速修復(fù)被污染的水體。

3 高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)

3.1 技術(shù)概述

淤泥處理對(duì)周邊環(huán)境可能造成的影響以及處理量、處理效率、處理周期和處理成本等是淤泥處理技術(shù)的主要選擇依據(jù)，高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)針對(duì)含有大量有機(jī)物、重金屬污染物的城市河道、城市湖泊以及水利工程研制出了用于淤泥脫水固化的高壓壓濾脫水固結(jié)一體化處理系統(tǒng)，通過聚丙烯酰胺脫水劑（PAM）、以MgO-CaO-SiO2為主要成分的TNM1固結(jié)劑、高壓壓濾脫水機(jī)的研究開發(fā)和成熟運(yùn)用形成核心技術(shù)，在泥漿調(diào)理中運(yùn)用藥劑迅速實(shí)現(xiàn)內(nèi)外排水，形成含水率低于40%且遇水不會(huì)發(fā)生泥化的硬塑狀脫水泥餅，方便進(jìn)行后續(xù)處理和轉(zhuǎn)運(yùn)，可以直接用于回填。高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)在施工中具有占地面積小、投資成本低等優(yōu)勢(shì)，能夠迅速實(shí)現(xiàn)河道淤泥的脫水固化，在流經(jīng)城區(qū)的河段的清淤固化工程中表現(xiàn)出良好的適用性。和傳統(tǒng)方法相比，該技術(shù)的效率較高，干燥周期較短，在減量化、無害化、穩(wěn)定性和資源化利用的方面都較好的體現(xiàn)出了自身的優(yōu)勢(shì)。其固化污泥土力學(xué)性能比傳統(tǒng)方面有顯著提升，對(duì)二次污染也有著較為良好的控制。

3.2 工藝流程

高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)在運(yùn)用泥漿泵和特定機(jī)械脫水裝置進(jìn)行淤泥脫水的過程中需要經(jīng)過清理河底淤泥，管道輸送，施加脫水固結(jié)劑，高壓壓濾機(jī)深度脫水，處置、運(yùn)輸脫水淤泥等工藝流程，通過快速流水作業(yè)實(shí)現(xiàn)淤泥的開挖、輸送、脫水，直至形成最終的泥餅。在處理中還要注意減少對(duì)水體的擾動(dòng)，使用精準(zhǔn)定位設(shè)備進(jìn)行處理，采用全套可靠的淤泥輸送管道設(shè)備提升送達(dá)能力。清淤船必須可以分體、拆卸、拼裝，方便調(diào)遣。淤泥采用水上運(yùn)輸?shù)姆绞?，綜合考慮要降低處理量、施工周期、提高效率和降低成本。

河底淤泥主要采用絞吸式清淤設(shè)備進(jìn)行開挖疏浚，該設(shè)備高效環(huán)保，可以通過全封閉式輸送管道將疏浚后的淤泥運(yùn)輸?shù)接倌嗵幚碚?。進(jìn)入處理站后的淤泥通過沙石分離系統(tǒng)和固體垃圾分揀系統(tǒng)的分離機(jī)分揀出粗顆粒狀的沙石和垃圾，在進(jìn)水前池經(jīng)過初次沉淀后在加壓狀態(tài)下依次進(jìn)入泥水脫離廠房施加絮凝劑，在淤泥脫水絮凝間通過帶式濃縮機(jī)后進(jìn)入淤泥固結(jié)劑間加固化劑進(jìn)行脫水固結(jié)，最后采用彈性板框壓濾機(jī)作為高壓壓濾設(shè)備進(jìn)行深度脫水。經(jīng)過一系列技術(shù)處理后，淤泥中的含水率已經(jīng)從最初的80%～90%下降至40%，最終形成的干污泥可以外運(yùn)進(jìn)行二次利用。其減量率也大幅提高到55%，設(shè)備運(yùn)行投資也相應(yīng)降低。

3.3 淤泥處理站

采用高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)處理的淤泥應(yīng)當(dāng)達(dá)到無害化、穩(wěn)定化和減量化的處理效果，最終形成的固化體應(yīng)具有良好的整體性，達(dá)到穩(wěn)定的理化性質(zhì)。淤泥處理站是由進(jìn)水前池、作為核心處理車間去的處理廠房共同組成的單體構(gòu)筑物。高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)主要包括高壓壓濾脫水系統(tǒng)以及絮凝劑與固化劑兩項(xiàng)核心技術(shù)。先將淤泥經(jīng)過沙石分離機(jī)處理后進(jìn)入進(jìn)水前池，沉淀后進(jìn)入下一個(gè)工序，含水率可達(dá)95%，在進(jìn)入處理廠房處理，進(jìn)一步改善其化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)。

將泥漿混合物與具備脫水作用的絮凝劑和具備固結(jié)作用的固化劑按照一定配比進(jìn)行充分混合攪拌，然后采用高壓板框壓濾機(jī)對(duì)經(jīng)過一系列充分水化反應(yīng)的混合物進(jìn)行深度脫水，從而實(shí)現(xiàn)淤泥物理和化學(xué)性質(zhì)的改良，達(dá)到降低淤泥含水率、提高抗壓強(qiáng)度、降低重金屬污染物含量、改善泥土性質(zhì)等方面的改良效果。無機(jī)混凝劑包括鐵鹽和鋁鹽，有機(jī)絮凝劑一般是PAM高分子材料，鐵鹽一般是三氯化鐵，適用的pH值6.8～8.4，需要投加石灰作為助凝劑，但對(duì)管道有腐蝕性。鋁鹽一般是硫酸鋁，效果比三氯化鐵差，但是無腐蝕性。PAM適用效果好，但是使用嚴(yán)格。無機(jī)絮凝劑使用后含水量可降低至79.17%，郵寄絮凝劑可降至74.4%，后者的效果更為明顯。

高壓壓濾機(jī)是主要工作環(huán)節(jié)，其主要作用是進(jìn)一步對(duì)已經(jīng)與絮凝劑和固化劑發(fā)生充分水化反應(yīng)的淤泥進(jìn)行深度脫水，是淤泥脫水固結(jié)工藝中的一項(xiàng)重要流程。壓濾機(jī)在脫水過程中容易受到砂石、固體廢物等粗大物體的直接沖撞，因此淤泥處理的第一道工序就是采用垃圾分揀設(shè)備對(duì)泥漿中的一般粗大顆粒進(jìn)行分揀處理，然后在攪拌設(shè)備中向經(jīng)過垃圾分揀的泥漿混合物添加脫水固結(jié)劑，待水化反應(yīng)充分后方可在高壓壓濾設(shè)備中進(jìn)行深度脫水。在有機(jī)質(zhì)含量較高的情況下，可加入5%～10%的固化劑，室外養(yǎng)護(hù)7天，可將含水率控制到40%。且固化后體積一般不發(fā)生變化，污染物被環(huán)境消納的效果較好。

3.4 工藝優(yōu)勢(shì)

為了確定高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，本文對(duì)該項(xiàng)技術(shù)與土工管袋、機(jī)械高壓壓濾脫水一體機(jī)和帶式脫水一體機(jī)等脫水固結(jié)技術(shù)的工藝性能展開橫向?qū)Ρ?。?duì)比結(jié)果顯示，高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)與其他主要采用水泥系固化劑的淤泥固化處理技術(shù)相比能夠顯著降低淤泥的含水率，相較于其他常規(guī)處理技術(shù)更加高效，對(duì)重金屬具有明顯的束縛能力，經(jīng)此方法固化后的淤泥具有更高的泥土特性，因此在抗壓強(qiáng)度、回填利用等方面表現(xiàn)出更加明顯的前端優(yōu)勢(shì)；在采用高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)處理淤泥的過程中，淤泥處理站內(nèi)全部采用輸送管道進(jìn)行一體化連接，淤泥在垃圾分揀、沙石水分離、淤泥脫水、加藥、泥水分離、固化、外運(yùn)等全套淤泥處理過程中的輸送和處理全部在系統(tǒng)內(nèi)部完成，實(shí)現(xiàn)了淤泥的一體化脫水和固結(jié)，無需進(jìn)行二次處理；高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)通過與疏浚淤泥的有效耦合可以實(shí)現(xiàn)淤泥的快速脫水，降低了由于運(yùn)輸和管理淤泥產(chǎn)生的大部分費(fèi)用，在提高出泥效率、節(jié)約占地面積、降低出泥含水率、淤泥減量化等方面具有顯著的前端技術(shù)優(yōu)勢(shì)；高壓壓濾脫水固結(jié)一體化處理系統(tǒng)具備優(yōu)越的使用性能，占地面積較小，能耗低，經(jīng)該系統(tǒng)處理后的淤泥能夠獲得比較穩(wěn)定的理化性質(zhì)。系統(tǒng)的運(yùn)行過程安全可控，自動(dòng)化程度高，而且?guī)缀醪粫?huì)產(chǎn)生異味，最終產(chǎn)生的干污泥可以進(jìn)行二次利用，是良好的農(nóng)耕地復(fù)墾用料、園林綠化覆土和場(chǎng)地填筑材料。可以對(duì)淤泥利用進(jìn)行針對(duì)的創(chuàng)新利用，比如可以將泥土在處理后用作花土肥料，加入助劑材料后用作綠化結(jié)構(gòu)土等。

4 環(huán)境效益評(píng)價(jià)

4.1 修復(fù)景觀生態(tài)環(huán)境

應(yīng)用高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)能夠有效改善水質(zhì)和水環(huán)境，將防洪排澇能力為5年一遇洪水的河道提升到20年一遇。采用河涌駁岸加固、優(yōu)化和植物提升與高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)相結(jié)合的治理方式能夠?qū)εK、黑、臭等河流污染問題進(jìn)行根本性解決。由此可見，高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)的應(yīng)用有利于河道生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和空氣質(zhì)量的改善，并且能夠促進(jìn)原有生態(tài)景觀面貌的恢復(fù)。

4.2 改善當(dāng)?shù)卣w形象

高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理系統(tǒng)工程建成以后能夠在當(dāng)?shù)匦纬商厣佑可鷳B(tài)景觀，成為當(dāng)?shù)匾蛔碌牡貥?biāo)性景觀構(gòu)筑物，配合特色水鄉(xiāng)景觀建設(shè)和具有宣傳、游覽價(jià)值的博物館等游覽設(shè)施能夠有效改善當(dāng)?shù)氐某鞘衅肺缓驼w形象，從而獲得更高的影響力和競爭力。特別是融入到潮白河生態(tài)走廊中，能夠顯著提升生態(tài)形象。

4.3 改善居住環(huán)境

高壓壓濾脫水固結(jié)一體化河道淤泥處理技術(shù)的應(yīng)用能夠有效改善河流兩岸的生態(tài)環(huán)境，當(dāng)?shù)卣陀嘘P(guān)部門可以將河流疏浚工程建設(shè)與市政景觀綠化工程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而達(dá)到提升居民生活質(zhì)量的效果，豐富當(dāng)?shù)鼐用竦奈镔|(zhì)和精神文化生活。

5 結(jié)語

高壓壓濾系統(tǒng)可以通過機(jī)械脫水固結(jié)處理將淤泥中的含水率降至低于50%，有效改善淤泥遇水泥化的特性。通過固化材料封閉、包裹的重金屬會(huì)發(fā)生形態(tài)改變，從而實(shí)現(xiàn)污染物質(zhì)的穩(wěn)定化。淤泥中有害物質(zhì)的濃度在較好的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度條件下會(huì)出現(xiàn)明顯下降，能夠有效束縛住固化淤泥中的重金屬。處理達(dá)標(biāo)的淤泥能夠?yàn)橹参锏恼ＩL提供充分條件，種子在經(jīng)過處理的淤泥中比原生淤泥中的發(fā)芽率提高了3倍，由此可見該項(xiàng)新技術(shù)的有效性。