梁 勇，姜廣德

(中國水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

疏浚泥漿深度脫水固化處理施工技術(shù)淺談

梁 勇，姜廣德

(中國水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

本文通過對武漢兩處湖泊污染淤泥疏浚案例的梳理，從疏浚泥漿深度脫水固化處理施工技術(shù)的基礎(chǔ)資料收集、泥漿調(diào)理材料選擇、泥漿疏浚干化程序、板框壓濾機脫水固化效率等方面，提出施工技術(shù)見解，以期對水環(huán)境治理工程中的淤泥疏浚提供借鑒。

脫水固結(jié) 同位處理 泥漿調(diào)理 板框式壓濾機 固化效率

1 疏浚泥漿深度脫水固化處理簡介

江河湖泊淤積是一種自然現(xiàn)象，但近年來隨著工業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，城市河道湖泊由于長年接納雨污水排入，淤積嚴(yán)重，淤泥中氮、磷、重金屬富集，形成內(nèi)源污染源，增加了水環(huán)境治理的難度和周期。目前，國內(nèi)多個城市正在圍繞河流或湖泊進(jìn)行疏浚治理改善水環(huán)境，這些疏浚工程多為清淤船疏浚、管道長距離輸送至特定區(qū)域堆放，自然沉淀干化。這種處理方式不僅占地面積大，處理周期長，還帶來污染轉(zhuǎn)移等風(fēng)險。近幾年，隨著人們環(huán)保意識的增強和城市化進(jìn)程的加快，河流湖泊污染淤泥疏浚泥漿深度脫水固化處理技術(shù)在城市水環(huán)境治理工程中得到廣泛應(yīng)用。

疏浚泥漿深度脫水固化處理技術(shù)，是根據(jù)城市河道、湖泊淤泥垃圾含量大、有機質(zhì)含量高、污染成分復(fù)雜、疏浚顆粒細(xì)的特點，結(jié)合淤泥脫水固化處理材料對泥漿進(jìn)行調(diào)理，泥水逐級分離實現(xiàn)快速減量、固結(jié)的一種系統(tǒng)淤泥處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過試驗找到泥漿特點，輔助以設(shè)備、構(gòu)筑物和固化材料，實現(xiàn)對疏浚泥漿的逐級分離減量、泥漿濃度調(diào)節(jié)、泥漿調(diào)理改性、深度脫水固結(jié)，淤泥可達(dá)標(biāo)資源化利用，處理后的尾水清澈，懸浮物質(zhì)指標(biāo)達(dá)到國家污水綜合排放水一級標(biāo)準(zhǔn)，不溶性污染物大幅度降低，水質(zhì)大幅改善。

2 基礎(chǔ)資料收集

待處理河道或湖泊基礎(chǔ)資料收集對淤泥處理工藝選擇至關(guān)重要，采集的資料應(yīng)全面、詳細(xì)、準(zhǔn)確、真實，滿足工藝設(shè)計和施工的要求。需收集的主要基礎(chǔ)資料包括：原狀泥、地形、地質(zhì)、水文、氣象、材料、用電、用地、交通、環(huán)保、處理標(biāo)準(zhǔn)等方面的內(nèi)容。需收集的淤泥資料包括淤泥的形成方式、形成時間、淤泥取樣分析等。河道淤泥則需要了解河流上游的地形、地質(zhì)、流量、流速、污染源等；湖泊淤泥則需要了解入口河流的地形、地質(zhì)、流量、流速、污染源，以及湖泊周邊污水管網(wǎng)和排污口的水質(zhì)、流量、流速、污染源等。同時需向當(dāng)?shù)厮?、環(huán)保、市政等政府職能部門和周邊長期居民詳細(xì)了解處理水域河床或湖泊的演變、歷史上清淤的時間等內(nèi)容。在了解清楚淤泥的形成方式后，選擇具有代表性的區(qū)域取樣分析淤泥厚度、顆粒物、雜物、有機質(zhì)、含水率、重金屬含量等指標(biāo)。

3 淤泥調(diào)理材料選擇

在淤泥疏浚干化處理過程中，不同階段需借助一定的淤泥調(diào)理材料，包括泥漿過濾調(diào)理、泥漿固化、尾水處理以及其他輔助材料。當(dāng)采用板框壓濾機脫水干化工藝時，一般添加泥漿過濾脫水材料，以減小淤泥顆粒的親水性、增大自由水含量、減小比表面積、增大滲水通道、縮短滲透路徑；當(dāng)采用淤泥原位固化工藝時，一般添加水泥基和石灰基淤泥固化材料，以達(dá)到在水中硬化或旱地硬化后再運往渣土收納場；為達(dá)到淤泥處理尾水不對水體產(chǎn)生二次污染，需添加尾水處理材料使得水體中的氮、磷和貴金屬離子凝聚沉降或穩(wěn)定結(jié)合形成固體沉淀，進(jìn)而被分離去除。常見的淤泥調(diào)理材料參見表1，在實際工程運用中一般是多種材料組合使用，以適應(yīng)不同的處理工藝，并能滿足水環(huán)境綜合處理要求，常用的組合方式見表2。

表1 常用淤泥調(diào)理材料

分 類作用原理用法及用量配合材料特 點泥漿過濾材料1.1聚丙烯酰胺(PAM)使顆粒表面動電位降低而凝聚,形成網(wǎng)狀對淤泥顆粒進(jìn)行網(wǎng)捕和卷掃200～1000倍水溶液,用量為淤泥干質(zhì)量的1‰～2‰鋁鹽、鐵鹽保水性強,用量大,絮團(tuán)大,泥餅不宜脫水1.2CaO中和淤泥中的酸性,使膠體凝聚,增進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)根據(jù)淤泥的成分、顆粒粒徑、有機物含量等試驗確定粉煤灰(FA)處置淤泥在一定時間內(nèi)呈堿性1.3聚合氯化鋁(PAC)無機高分子水處理絮凝材料,以膠態(tài)形式存在,具有很大的比表面和吸附能力,能將水中的許多反電荷膠態(tài)顆粒從水中沉淀出來,進(jìn)而起到凈化作用固體:清水=1∶9到1∶15重量比溶液添加,用量由試驗確定聚丙烯酰胺凈水成本低,絮凝體形成快、沉降速度快1.4硫酸鋁無機高分子水處理絮凝材料,溶于水后能使水中的細(xì)小微粒和自然膠粒凝聚成大塊絮狀物,從而自水中除去用作濁水凈化劑,其用量根據(jù)試驗定聚丙烯酰胺常用的凈水材料,易操作1.5氯化鐵水解后生成氫氧化鐵沉淀,有吸附性,能吸附水中懸浮粒子用作濁水凈化劑,其用量根據(jù)試驗定聚丙烯酰胺對低油度的原水處理,具有效果好、價格便宜1.6聚合氯化鐵由氫氧根離子的架橋作用和多價陰離子的聚合作用而生成分子量較大、電荷較高的無機高分子水處理劑先將本品溶解成10%～30%的溶液,然后加水稀釋至所需濃度,其用量根據(jù)實驗確定高分子絮凝劑集鋁鹽、鐵鹽混凝的優(yōu)點,能快速形成絮凝體,且礬花緊密,沉速快1.7硫酸亞鐵亞鐵離子被氧化生成鐵離子,然后pH升高,鐵離子水解生成膠狀的氫氧化鐵,進(jìn)而吸附水中懸浮粒子能有效去除城市和工業(yè)污水中的磷酸鹽,防止水體的富營養(yǎng)化1.8縮短滲透路徑物質(zhì)(如木屑、碳粉等多孔物質(zhì))發(fā)揮滲水通道作用,縮短滲透路徑可加快泥餅中水的去除泥漿固化材料2.1水硬性膠凝材料與淤泥混合后,能夠在空氣中、水中硬化,發(fā)生水化、膠結(jié)和碳化反映,封存重金屬和有機物,防止有害物質(zhì)溶出采用強力攪拌頭粉狀摻加與泥漿混合,用量根據(jù)固化時間要求試驗確定粉煤灰、礦粉、堿性激發(fā)劑、膨脹劑、減水劑、凝固劑既能在干燥環(huán)境(空氣中)硬化,又能在水中固化2.2氣硬性膠凝材料與淤泥混合后,能夠在空氣中硬化,發(fā)生水化、膠結(jié)和碳化反映,封存重金屬和有機物,防止有害物質(zhì)溶出采用強力攪拌頭粉狀摻加與泥漿混合,用量根據(jù)固化時間要求試驗確定粉煤灰、礦粉堿性激發(fā)劑、膨脹劑、減水劑、凝固劑只能在干燥環(huán)境(空氣中)硬化尾水處理材料3.1有機硫通過硫族與重金屬離子穩(wěn)定結(jié)合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成穩(wěn)定的有機金屬化合物,不易溶解,在水溶液中形成固體沉淀,進(jìn)而被分離去除試驗確定與汞和鎘形成的重金屬化合物的溶解度低3.2重金屬捕捉劑與廢水中的重金屬離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),并在短時間內(nèi)迅速生成不溶性、低含水量、容易過濾去除的絮狀沉淀試驗確定有強大的螯合力,吸附范圍廣,沉淀物穩(wěn)定性高,低毒性3.3富營養(yǎng)化去除材料一類是凝聚沉降,與水中有機物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),分解釋放出磷酸鹽,從而沉降價格低

4 其他輔助材料

(1)強堿：主要用于含油脂的淤泥脫水，堿和酯發(fā)生皂化反應(yīng)后，可使得含油脂淤泥便于脫水；

(2)強氧化劑：包括三價鈷鹽、過硫酸鹽、過氧化物、重鉻酸鉀、高錳酸鉀、氯酸鹽、濃硫酸等?？梢栽诙虝r間內(nèi)氧化淤泥中小分子的有機物，有助于脫水和降低水中的COD、BOD等；

(3)木屑、稻殼：透氣性能、吸附性能都比較好。在淤泥處理過程中，如遇到極難脫水的物質(zhì)，可適量添加，可降低滲透路徑，有利于降低淤泥的含水率；

(4)助濾材料：多孔性細(xì)粉顆粒或者球狀細(xì)微顆?？勺鳛橹鸀V材料使用，可有助于降低材料使用量，常用包括木炭粉、電除塵粉煤灰等；

(5)三乙醇胺：可以作為固化材料的早強劑和油性污垢去除使用。

表2 淤泥處理材料常用組合方式

序號組合方式適用范圍添加方式1鋁、鐵鹽+PAM常用于淤泥的帶式過濾機脫水減量,根據(jù)要求可能與復(fù)合固結(jié)配合使用。對有機質(zhì)含量較小(10%以下)的淤泥,陰離子PAM效果更好先將鋁鐵鹽溶液加入到疏浚泥漿中攪拌均勻,用量一般為干泥質(zhì)量的0.3%～1%,然后將PAM溶液加入到疏浚泥漿中,緩慢攪拌至全部淤泥都均勻形成絮團(tuán),絮團(tuán)直徑在10mm以上即可,PAM用量一般為干泥質(zhì)量的1‰左右。2CaO+助濾材料+鋁鐵鹽常用于淤泥的板框壓濾機的脫水固結(jié)同位處理技術(shù)處理。先將CaO、助濾材料加入到疏浚泥漿中攪拌均勻,然后將鋁、鐵鹽溶液加入到疏浚泥漿中,攪拌均勻。本配比起到關(guān)鍵作用的材料是CaO,用量一般為干泥質(zhì)量的2%～5%;助濾材料選用活性較好的炭粉或者電除塵粉煤灰,用量與CaO類似。鋁鐵鹽用量一般為干泥質(zhì)量的0.3%～1%.采用本配方對淤泥均混后,建議均化15min左右,再進(jìn)行壓濾脫水。3CaO+助濾材料+鋁鐵鹽+生物質(zhì)用于污水處理廠污泥的板框壓濾機的脫水固結(jié)同位處理技術(shù)處理。如淤泥本身難以脫水,或滲透性能極差,可考慮添加具有一定長度的多孔性材料,比如鋸末,用于縮短滲透路徑。同“CaO+助濾材料+鋁鐵鹽”組合方式。

注：如淤泥中含有重金屬，就需要在以上的材料組合中添加重金屬捕捉劑/有機硫，適用范圍pH值均為6～13，在添加完其他材料后最后添加，反應(yīng)時間10min～20min。

5 疏浚淤泥固化程序

疏浚淤泥固化程序：河道底泥挖泥船疏浚(抓斗船挖泥)→管道運輸或封底船運輸→淤泥上岸(淤泥泵送)→淤泥預(yù)處理(振動篩除渣)→淤泥脫水固化同位處理(泥漿濃度調(diào)節(jié)、輸送、加材料、攪拌均勻、板框脫水泥水分離)→固化土運輸→回填造地。污泥脫水固化同位處理系統(tǒng)是由除渣系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)理系統(tǒng)、分離系統(tǒng)組成。

疏浚泥漿通過絞吸船疏浚管道輸送后進(jìn)入除渣系統(tǒng)，通過分級沉淀去除大顆粒沉渣，通過格柵機去除浮渣，泥漿除渣后自行流入調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行濃度調(diào)節(jié)，表層溢流清水進(jìn)入尾水池處理后還湖，調(diào)節(jié)好濃度的泥漿經(jīng)絞吸船泵送至調(diào)理系統(tǒng)。調(diào)理系統(tǒng)作為整套技術(shù)的核心，在泵送過程中根據(jù)要求添加材料對泥漿進(jìn)行調(diào)理、調(diào)質(zhì)，以改變漿體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，快速提升后續(xù)脫水固化效果。調(diào)理完成后的泥漿泵送至分離系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離，分離后的清水SS值(水質(zhì)中的懸浮物)小于20mg/L后，通過管道回到調(diào)節(jié)系統(tǒng)循環(huán)利用，泥漿脫水后形成含水率35%～40%硬塑狀泥餅，直接用于園林綠化或堆放固化后形成具有一定強度不再泥化的土體，可用于工程回填。

淤泥疏浚固化關(guān)鍵在于脫水調(diào)理系統(tǒng)處理，施工前通過室內(nèi)試驗確定淤泥調(diào)理材料的組合方式、添加方式、添加范圍和比例，具體到生產(chǎn)線調(diào)試時再進(jìn)行微調(diào)。調(diào)理材料添加量直接影響到造價，影響因素主要有水下底泥的含固率(干土/總重)、底泥的顆粒組成(粘性、透水性)。含固率越高，絕干土越多，添加材料越多；顆粒越細(xì)，粘度越大，透水性越差，材料添加量越大。施工前需要檢測河道底泥的含固率、顆粒分析、有機質(zhì)含量等，有針對性地實施疏浚干化。生產(chǎn)過程中對每個環(huán)節(jié)的濃度、含水率、調(diào)理性質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行檢測，以保證淤泥疏浚干化效率；同時壓榨干化過程泥餅浸出液的重金屬含量檢測，作為尾水還湖和固化土體外運回填的控制指標(biāo)，達(dá)標(biāo)后方能避免二次污染。

6 板框壓濾機的脫水固結(jié)效率影響因素

板框壓濾機的生產(chǎn)階段分為閉合壓緊、進(jìn)料、壓榨、吹風(fēng)、卸壓、卸料等階段，各階段耗時直接決定著生產(chǎn)效率。各階段效率影響因素見表3。

表3 板框壓濾機生產(chǎn)階段效率影響因素

階段名稱影 響 因 素備 注閉合壓緊階段油缸行程、油缸行進(jìn)速度機型確定后一般不會變化進(jìn)料階段泥漿濃度、進(jìn)料壓力、進(jìn)料流量、過濾面積、濾室厚度、泥漿透水性、調(diào)理效果、濾布選型、泥餅設(shè)定厚度占用了每循環(huán)大量的時間,甚至能占到每循環(huán)時間的2/3左右壓榨階段泥漿濃度、濾室容積、濾室厚度、氣罐容積、空壓機、泥漿透水性、調(diào)理效果、泥餅預(yù)期厚度、泥餅設(shè)定含水率壓榨階段用時在循環(huán)時間上僅排在進(jìn)料之后居第二位吹風(fēng)階段泥漿濃度、進(jìn)料管直徑、濾板塊數(shù)、氣罐容積、氣壓用時較短,一般在30s左右卸壓階段壓榨耗氣量和排氣口大小時間一般在1min以內(nèi)卸料階段拉板方式、泥餅厚度、泥餅質(zhì)量、濾布材質(zhì)、濾板擺動幅度、夾布器形式。其中拉板方式?jīng)Q定程序時間,其它因素決定能否自行掉落,會不會超程序用時卸料用時一般排在進(jìn)料和壓榨之后,居第三位,如泥餅無法自行掉落,所需的時間會更長,也有可能超過壓榨用時

板框壓濾機的脫水固結(jié)效率影響因素很多，當(dāng)施工工藝和壓濾機機型選定后，現(xiàn)場實際生產(chǎn)時其效率主要取決于濾室厚度、濾布和泥漿濃度。濾室厚度決定形成的泥餅厚度，預(yù)期形成的泥餅越厚，所需的進(jìn)料時間就會越長，而壓榨的時間一般會稍短，卸料時間也會縮短，需綜合權(quán)衡；濾布的選型影響過濾性能和卸料的速度，影響因素主要有濾布的光滑程度、濾布的柔軟度、濾布與泥餅之間粘粒含量；泥漿濃度影響進(jìn)料、壓榨和卸料時間，是脫水固結(jié)同位處理技術(shù)提高產(chǎn)能的最關(guān)鍵因素之一。現(xiàn)場生產(chǎn)初期，必須通過生產(chǎn)性試驗擬定不同泥漿濃度(一般為5%～20%)、泥餅設(shè)定厚度、進(jìn)料壓力、不同濾布情況下，板框壓濾機的脫水固化循環(huán)時間和有效泥餅產(chǎn)量，以綜合權(quán)衡確定生產(chǎn)工藝控制參數(shù)。

通過武漢墨水湖一期、二期和太子湖板框壓濾機實際生產(chǎn)過程來看，泥漿濃度是脫水固結(jié)同位處理技術(shù)提高產(chǎn)能的最關(guān)鍵因素，泥漿濃度控制在15%左右，板框壓濾機脫水固化效果好、系統(tǒng)產(chǎn)能高。

7 結(jié)語

淤泥疏浚干化施工技術(shù)作為淤泥資源化處理處置的有效工藝，極具利用價值，淤泥合理地資源化處理處置關(guān)系到環(huán)境、生態(tài)和節(jié)能減排，大中城市河湖淤泥的有效處理處置直接影響城市的水環(huán)境、水生態(tài)、城市人居生活和城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。通過對武漢墨水湖一期、二期和太子湖底泥疏浚干化施工，在不斷探索施工工藝流程及參數(shù)的基礎(chǔ)上，對板框式壓濾機污泥固化材料選擇和固化效率進(jìn)行了積極探索研究，為后期實現(xiàn)成本更低、效率更高、自動化水平更高的流水作業(yè)生產(chǎn)線，提升污泥板框脫水的設(shè)計、施工理論水平，提供了一定的參考經(jīng)驗。

〔1〕季 斌.疏浚淤泥的固化處理技術(shù)與資源化利用[J].安全與環(huán)境工程2010(03)∶55-56.

〔2〕蔡偉娓.粉煤灰對固化淤泥物理力學(xué)性質(zhì)的影響研究[J].中國科技信息，2012(21)∶43-44.

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TV851∶U616.26

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2095-1809(2017)02-0024-04

梁 勇(1977.1-)，男，四川彭州人，從事施工技術(shù)管理工作；姜廣德(1990.5-)，男，遼寧人，水電五局武漢墨水湖項目部副經(jīng)理，從事施工生產(chǎn)管理工作。