周劍鋒 張星宇 中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司

河湖作為陸源性面源污染的主要受納水體，其污染物主要通過大氣沉降、雨水、廢水入河等形式進(jìn)入水體，最終沉積于底部淤泥并逐漸富集，其污染物主要為重金屬、有機(jī)質(zhì)、氮磷等營養(yǎng)元素。如不對(duì)污染底泥進(jìn)行有效地處置，其中積聚的有害物質(zhì)重新釋放，將引起水體二次污染，造成水體溶解氧減少、富營養(yǎng)化而引發(fā)藍(lán)藻、水體透明度降低等污染問題，嚴(yán)重破壞河湖生態(tài)系統(tǒng)。環(huán)保疏浚作為目前去除河湖內(nèi)源污染最常見、有效的處理方式，其目的是通過人工和機(jī)械方式去除水體中的污染底泥，減少污染物釋放量，在河湖水環(huán)境和水生態(tài)修復(fù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。[1]隨著越來越多的環(huán)保疏浚工程的開展，疏浚底泥處置和資源化利用問題逐漸凸現(xiàn)，底泥脫水干化技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1.國內(nèi)外淤泥干化技術(shù)

河湖底泥通常由粒徑很小的黏粒及細(xì)粒、粉粒組成，傳統(tǒng)的底泥處理方式為管道/船舶輸送至底泥堆場，通過自然沉淀的方式，待上部余水排除后，利用晾曬、風(fēng)干、滲透的方式自然干化，占地歷時(shí)長、效率低，不利于片區(qū)土地開發(fā)及景觀恢復(fù)。因此，為盡快利用土地和恢復(fù)自然景觀，必須采取有效措施，縮短底泥干化時(shí)間。

目前，國內(nèi)外淤泥脫水干化主流方法包括自然晾曬、機(jī)械脫水、土工管袋脫水、真空預(yù)壓脫水、焚燒等。

2.淤泥干化技術(shù)應(yīng)用及對(duì)比分析

2.1 自然晾曬

自然晾曬是將河湖底泥結(jié)合環(huán)保疏浚措施，將淤泥送至泥庫，泥漿通過自然沉淀實(shí)現(xiàn)泥水分離，通過蒸發(fā)、風(fēng)干、自然滲透等方式降低土體含水率最終實(shí)現(xiàn)自然干化。脫水效果及脫水周期易受天氣、淤泥土成分、圍堰外圍滲水等不確定因素的影響。自然干化效果隨深度變化逐漸減小，泥庫下層泥漿很難短時(shí)間干化，一般自然干化淤泥堆積深度不超過3m[2]。

以羅時(shí)江入湖河口環(huán)保疏浚一期工程為例，工程采用環(huán)保型絞吸船疏挖底泥通過管道排到泥庫進(jìn)行自然干化處置，堆泥深度5米。施工完成后，表面雨水經(jīng)多級(jí)沉淀排除后，自然晾曬一個(gè)月后淤泥土表面形成片狀泥痂龜裂，但表面以下淤泥基本處于飽和狀態(tài)，含水率較高，承載力較差，經(jīng)后續(xù)跟蹤觀測自然晾曬5年后，土地承載力仍無法恢復(fù)至正常標(biāo)準(zhǔn)。

在自然干化的基礎(chǔ)上，為了縮短干化周期，可以采取主動(dòng)開溝排水、底部排水、真空預(yù)壓、加混凝劑等工程結(jié)合措施，提升脫水效果，但是相應(yīng)的工程造價(jià)將大幅增加。

表1 機(jī)械脫水設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析表

2.2 機(jī)械脫水

（1）離心式脫水機(jī)。離心式脫水機(jī)是利用土顆粒和水的比重差，加入絮凝劑后，泥漿在高速離心作用下，加速土顆粒沉降來實(shí)現(xiàn)固液分離。利用離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速差，將脫水后污泥從出渣口推出，液體則從另一側(cè)溢流堰排出。

武漢官橋湖項(xiàng)目采用LW350×1500NY離心機(jī)，采用離心機(jī)對(duì)有機(jī)質(zhì)含量高的污泥進(jìn)行脫水干化，干化后形成的渣土含水率在50%以下。

（2）帶式壓濾機(jī)。帶式壓濾機(jī)是利用兩根張緊的濾帶夾裹混合后的淤泥，利用輥軸之間的剪切力對(duì)濾帶內(nèi)的淤泥進(jìn)行擠壓、剪切，將淤泥中的水分?jǐn)D出。是一種可以連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械式脫水干化設(shè)備，但脫水效率相對(duì)于其他幾種機(jī)械脫水方式要低。

（3）板框壓濾機(jī)。板框壓濾機(jī)是用進(jìn)料泵及板框的壓力對(duì)泥漿進(jìn)行擠壓將泥漿中的水分?jǐn)D出。通常在脫水前對(duì)泥漿進(jìn)行除雜、混凝等預(yù)處理工序，為提高泥水分離效果，可加入適量的絮凝劑與脫水劑，減少泥漿與濾布的粘連。

以嘉興市九水水環(huán)境生態(tài)修復(fù)工程（一期）為例，工程河道清淤總方量約136萬m3，采用板框壓濾脫水干化后進(jìn)行資源化利用。采用XMZG600/2000-U板框壓濾脫水機(jī)，干化場建設(shè)處理能力為4500m3/d，經(jīng)板框壓濾干化工藝后渣土含水率基本控制在50%以下。

（4）疊螺式脫水機(jī)。疊螺式脫水機(jī)是泥漿在濃縮部經(jīng)重力濃縮后，在運(yùn)輸?shù)矫撍窟^程中隨著濾縫和螺旋軸螺距的逐漸變小，在背壓板的作用下，內(nèi)壓逐漸增強(qiáng)，使泥漿容積不斷縮小，達(dá)到脫水目的。

2.3 土工管袋脫水

土工管袋脫水干化施工工藝過程包括疏浚、管道輸送、投藥、脫水、固結(jié)五個(gè)階段。疏浚底泥泵送過程中注入適量的絮凝劑，通過混合后，充填進(jìn)入土工管袋中，混合后管袋中的淤泥在自重、管袋充填壓力的作用下，孔隙水通過管袋孔隙排出，土顆粒留在管袋中，從而實(shí)現(xiàn)脫水降容的目的[4]。

以蘇州河（真北路～蕰藻浜）底泥疏浚工程為例，采用土工管袋脫水工藝處理，“挖、運(yùn)、吹”底泥43.6萬m3，脫水場區(qū)面積約10.58萬m2。場地內(nèi)堆疊一層土工管袋，固化使用管袋尺寸為61.4m×8.4m，最大安全填充高度為2.6m，極限填充高度為3.0m。脫水助劑采用CZ492AP+SP,添加比例為千分之二濃度。經(jīng)土工管袋處理過后的疏浚土，在30天后，含水率大概在50%左右，容積得到很大程度的縮減。

2.4 真空預(yù)壓脫水

真空預(yù)壓脫水固化方法是在傳統(tǒng)軟基處理真空預(yù)壓法轉(zhuǎn)化而來，通過在軟土中打設(shè)豎向塑料排水板或打設(shè)砂井，吹填一層厚度為0.5m的砂墊層，再鋪設(shè)防滲膜進(jìn)行閉氣，抽氣使膜下處于真空狀態(tài)，膜上覆水和大氣壓強(qiáng)作用下使土中的水分通過排水通道排除，達(dá)到土體脫水固結(jié)效果。

除常規(guī)的真空預(yù)壓法基礎(chǔ)上，直排式真空預(yù)壓可以取消砂墊層，降低成本，真空壓力傳遞損耗小、效率提高30%以上、工期縮短至少20%，適用污染程度較低，黏粒含量小于50%的疏浚底泥處理。

表2 淤泥干化技術(shù)對(duì)比分析表

2.5 焚燒

如底泥成分燃燒值較高或底泥含有大量有毒有害物質(zhì)，通過焚燒底泥的方式可以有效處理污染底泥，焚燒可以分解有機(jī)物、殺死病原體、最大限度降容[5]。但一般焚燒處理廠位于城市郊區(qū)，需要長距離運(yùn)輸，處置單價(jià)較高，而且受焚燒廠處理能力限制，無法滿足大規(guī)模疏浚工程，大規(guī)模疏浚工程單獨(dú)建設(shè)底泥焚燒廠造價(jià)昂貴。另外，焚燒產(chǎn)生的尾氣處理問題也制約著底泥焚燒處理工藝的應(yīng)用。底泥在焚燒前，一般先進(jìn)行熱干化或脫水，減少處理量和能耗。

3.固化土資源化利用

近年來，越來越多的學(xué)者對(duì)疏浚底泥資源化利用進(jìn)行了深入化探索。部分研究成果證明疏浚土處理后，含水率明顯降低，部分重金屬鈍化后，依據(jù)泥餅性質(zhì)作用，將其融入工程建設(shè)填土與濕地養(yǎng)護(hù)之中。在這個(gè)過程中，當(dāng)下對(duì)疏浚底泥應(yīng)用途徑包含以下幾種：

3.1 土方回填

不同類型的疏浚底泥通過不同處理工藝干化后，經(jīng)檢測后滿足不用類型土壤管控標(biāo)準(zhǔn)要求的，可進(jìn)行回填資源化利用。第一，還田。對(duì)于滿足農(nóng)用地土壤管控標(biāo)準(zhǔn)要求的，可用于還田利用，由于疏浚底泥中富含氮、磷、鉀等植物所需的營養(yǎng)元素以及鈣、鎂、鐵、鋅等生物微量元素，可提高土壤肥力，促進(jìn)農(nóng)作物生長。第二，還林。對(duì)于滿足綠化種植土壤指標(biāo)的，可以還林利用。第三，建筑填料。機(jī)械脫水干化處理下的疏浚底泥，一定程度上降低了含水率，使其和工程規(guī)定強(qiáng)度相吻合，從而在堤防、吹填、道路工程中具有良好的應(yīng)用。

3.2 制備建筑材料

第一，制備水泥。污染底泥中含有較多的成分，例如鈣與鋁等，一定程度上取代了傳統(tǒng)水泥制備材料。第二，制磚。污染底泥制磚中，全面調(diào)整底泥成分，確保成分和制磚黏土化學(xué)成分相適應(yīng)。試驗(yàn)證明，底泥和黏土依據(jù)質(zhì)量固定比例進(jìn)行配料，底泥磚與普通紅磚強(qiáng)度相吻合。第三，制陶粒。有研究表明疏浚底泥經(jīng)制陶工藝燒制后，陶粒性能完全能夠滿足黏土陶粒技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。此外，疏浚土還可以用來制造瓷磚、磚瓦等建筑材料[6]。

3.3 能源回收

在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下，氫能作為公認(rèn)的低碳和零碳能源脫穎而出，氫能源污泥制氫技術(shù)代表著污染底泥資源化利用的未來發(fā)展方向之一。根據(jù)原理和特點(diǎn)分為生物制氫和高溫氣化制氫兩種污泥制氫技術(shù)[7]。污泥生物制氫技術(shù)是基于微生物酶催化反應(yīng)而產(chǎn)氫的技術(shù)，根據(jù)微生物種類又分為光合生物制氫和發(fā)酵生物制氫兩種。污泥高溫氣化制氫技術(shù)是通過熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體燃?xì)饣蚝铣蓺怏w，再從中分離出氫的技術(shù)。

4.余水處理與排放

底泥疏浚過程中不可避免的產(chǎn)生各種尾水，如自然干化泥庫的上層清液、機(jī)械干化法濾帶清洗水、土工管袋濾出水、真空預(yù)壓排出水等，如不處理直接排放，可能對(duì)周圍受納水體造成二次污染。我國目前還未有河道疏浚余水的排放專門標(biāo)準(zhǔn)，主要是根據(jù)工程環(huán)評(píng)報(bào)告要求并參照《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行[8]。目前，主要的余水處理方法主要有：

4.1 多級(jí)沉淀溢流

多級(jí)沉淀溢流是大型疏浚吹填泥庫尾水處理的主要方法，通過遠(yuǎn)離吹填口出設(shè)置多級(jí)尾水池、多級(jí)溢流和間歇吹填方式，增加余水停留時(shí)間，是尾水中的固體顆粒充分沉降，主要起到降低SS和污染物的目的，從而提高余水排放水質(zhì)。

4.2 化學(xué)絮凝

化學(xué)絮凝的應(yīng)用最為廣泛，原理是利用絮凝劑降低余水SS和TP等污染物，稍微降低NH3-N和TN，從而實(shí)現(xiàn)余水凈化。但基于其成本較高同時(shí)存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的情況，化學(xué)絮凝很少應(yīng)用于疏浚工程余水處理措施。

4.3 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，原理是在膜兩側(cè)壓差的推動(dòng)下，污水中不同成分在膜中滲透性的差異，分離出污染物，以達(dá)到凈水目的[9]。膜分離技術(shù)根據(jù)膜孔徑和分離壓力的不同，主要分為微濾、超濾、反滲透等方法。該技術(shù)成本較高。

4.4 超磁處理技術(shù)

超磁處理技術(shù)是由污水處理廠處理工藝簡化產(chǎn)生，其原理是污水中加入一定濃度磁粉，在PAM和PAC作用下形成微磁絮團(tuán)，經(jīng)過超磁分離設(shè)備，超磁磁鼓吸附微磁絮團(tuán)，實(shí)現(xiàn)固液分離，出水達(dá)標(biāo)排放。由磁盤分離出來的微磁絮團(tuán)經(jīng)磁回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)磁性物質(zhì)回收再利用，污泥進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)。

通過對(duì)嘉興南湖生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程超磁一體化處理場站取水口河道原水和超磁出水口清水進(jìn)行取樣對(duì)比，SS由136mg/L降低至5mg/L，SS去除率高達(dá)96%，TP由0.27mg/L降低至0.016mg/L，TP去除率高達(dá)約94%，效果顯著。該技術(shù)處理效果好，效率高，但處理費(fèi)用較高。

5.淤泥干化技術(shù)發(fā)展趨向分析

隨著我國“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)愿景的提出，推動(dòng)著各行各業(yè)以節(jié)能減排和高質(zhì)量發(fā)展為指引的新發(fā)展規(guī)劃，這也促使淤泥干化技術(shù)向著低能耗、高效率的技術(shù)方向發(fā)展。機(jī)械脫水干化技術(shù)相在城市湖庫的環(huán)保疏浚工程性價(jià)較高，在大規(guī)模環(huán)保疏浚底泥干化工程中得到廣泛應(yīng)用，通過不斷地技術(shù)研發(fā)革新，設(shè)備更新?lián)Q代，勢(shì)必向著能耗更低、成本更低、污染更小、效率更高、效果更好的技術(shù)方向發(fā)展。

6.結(jié)論

第一，針對(duì)環(huán)保疏浚工程的特點(diǎn)，如體量大、工期緊等，針對(duì)不同地區(qū)、不同土質(zhì)、不同要求的環(huán)保疏浚工程，合理選擇底泥干化處理技術(shù)，對(duì)于減少環(huán)境污染、節(jié)約土地資源、節(jié)省工程投資、縮短建設(shè)工期等方面起到至關(guān)重要的作用。第二，淤泥干化土方資源化利用貼合生態(tài)文明國情，建議納入環(huán)保疏浚工程設(shè)計(jì)階段統(tǒng)籌考慮，不僅可以節(jié)省工程投資，而且對(duì)節(jié)約社會(huì)資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面起到良好的促進(jìn)作用。第三，余水的處理和排放。疏浚吹填和淤泥干化都會(huì)產(chǎn)生大量的余水，必須采取合適的余水處理方式，達(dá)標(biāo)排放是十分必要的，建議在工程環(huán)保設(shè)計(jì)或環(huán)評(píng)報(bào)告中予以明確。