城市河道污泥清理脱水一体化设备

王少英 李永祥 王明旭

（河南工业大学机电工程学院，河南 郑州 450007）

随着全球经济的高速发展，城市人口的增加，工业废水和城市生活污水的排放量增加，污泥的排放量也将随之增多。据统计，2003年全国废水排放总量超过400×108t，全国的污泥产量（千重计）产量约为130万t，而且还以每年大约10%的速度增长［1］。此外，我国地域广阔，城市河道纵横，每一条河道及湖泊均承担着城市的饮用、行洪、排涝、旅游、航运等功能，随着经济的快速发展，资源利用粗放，各种工业、生活垃圾不经处理随意排放的现象屡见不鲜，再加上水土流失，导致河道淤积，不仅影响了河道的基本功能，长此以往，加大了城市的安全卫生隐患［2］。大量污泥沉积在城市河床上，这种情况将在一定时期内长期存在。受污染河道的河水滞流，河道淤积，水体浑浊甚至时常出现黑臭的现象。原来作为生活和工业用水水源的河道水，其功能已受到严重影响。河道水所具有的美化环境、调节城区小气候、景观旅游等功能也大大下降。河道的积泥、淤塞使航运、防洪功能显著退化，而且入湖河道污染还是大多数湖泊污染及富营养化的主因。由于河道水环境的恶化不但使城市生活环境和景观受到了破坏，而且严重破坏了河流生态系统原有的功能和稳定性。因此，对城市河道以清淤疏浚为重点，全面开展水环境综合整治，已刻不容缓。2012年国家发布的《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》强调到2015年，直辖市、省会城市和计划单列市的污泥无害化处理处置率达到80%，其他设市城市达到70%，县城及重点镇达到30%［3］。

对于城市大型河道来说，主要通过将挖掘机械置于浮船上，利用浮船在水面上进行挖掘，清淤施工。这种方式技术要求比较低，但是这样的挖泥船不仅制造成本很高而且它只能应用在工作面积大的场合，不适合在中小型水域工作。现阶段，城市小型河道主要的清污方式为人工清污和挖掘机清污。人工清污虽然成本比较低，但清理效率相对较低；挖掘机清污主要通过停靠在河岸边的挖掘机对河道进行清理，但是清理的污泥直接放在岸边。这样做不仅会影响城市环境，而且也会对河流产生二次污染［4］。鉴于目前的情况，高效、绿色、环保的城市对河道污泥清理脱水一体化设备的研究就变得尤为重要。

1 城市河道污泥清理脱水一体设备的工作原理和主体结构

1.1 工作原理

如图1为城市河道污泥清理脱水一体化设备的结构示意图，此设备通过前部双列叶片式取料装置2 把污泥扒进其底部的储泥槽里，然后通过螺旋输送装置3 把污泥向上输送，从出料口落入固、液分离装置5内，再由固、液分离装置5 对污泥进行固体和液体的分离，分离出的清水直接流出，污泥从分离装置的出泥口排出后输送到岸上再进行后序的处理。

图1 城市河道污泥脱水一体设备结构总图

本设备通过控制液压装置4的伸缩可以实现双列叶片式取料装置2 和螺旋输送装置3 的伸出和收起。当设备工作时液压装置缩回，使取料装置2 的前部深入河道污泥一定深度后开始工作。当工作结束，用过液压缸伸长，把双列叶片式取料装置2和螺旋输送装置3收起。考虑到河床底部污泥的特点选用履带式行走机构，车体还可以实现360°无死角旋转，给污泥的收集提供了很大的便利。

对于传统的清污方式来说，污泥的收集和处理工序之间往往是不连续的，这样就导致了清污效率降低。城市小型河流在进行污泥清理时，常用的挖掘机清理的优点是能够在短时间内疏通河道，清理污泥。但是经过清理后的污泥大部分都被直接放在岸边，黑臭的污泥对城市的环境会产生很大的影响。另外城市污泥的含水量高，易腐烂，成分复杂，不仅含有大量的基质、N、P、K等营养元素，而且含有大量的病原菌、细菌、寄生虫卵及重金属、二英噁等有害物质及致癌物质，并伴有强烈恶臭［5-8］。直接被放在岸边的污泥就会对河水产生二次污染。此设备旨在将污泥的收集、输送、脱水合为一体，使污泥在处理过程中避免对环境造成污染，同时这些处理工序的一体化也使得工作效率有所提高。图2为一体化设备的污泥处理流程图。

图2 一体化设备污泥处理流程图

1.2 主体结构

根据上述基本原理和污泥处理流程设计的城市河道污泥清理脱水一体化设备如上图1所示。与传统的人工清理、挖掘机清理不同，本设备将双列叶片式取料装置和螺旋输送装置合二为一组成污泥收集输送一体装置，收集到的污泥直接经过固、液分离装置进行分离。所以本设备与传统清污方式相比能够提高工作效率，避免河流的二次污染。

从图1可以看出，本设备结构主要包括四部分：履带车体6、双列叶片式取料装置2、螺旋输送装置3、固、液分离装置5、液压装置4。

1.2.1 履带车体

针对城市河道空间相对较为狭小的特点，本设备采用了可以360°无死角旋转的履带车体，而且小车驱动采用双向驱动，当小车掉头或需要转一个角度收集污泥时，只需要旋转车体就能完成。这种方法对于城市河道的污泥清理提供了较容易的操作性，而且提高了工作效率。

1.2.2 双列叶片式取料装置和螺旋输送装置［9-11］

在污泥的收集方面，本设备将双列叶片式取料装置和螺旋输送装置相结合，使得污泥的收集和输送能够合二为一。这样的设计不仅使得污泥的处理工序得到优化，而且整个设备的工作效率也会有很大的提高。河床上的污泥在叶片的扒动作用下进入到取料装置的储泥槽内，在螺旋输送装置的输送下进入到固、液分离装置进行固液分离。如图3 为污泥收集输送一体装置结构示意图。

图3 污泥收集输送一体装置

1.2.3 固、液分离装置

污泥脱水的本质在于将水分和污泥进行分离。本设备所采用的固、液分离装置为卧螺离心机，其主要作用是利用离心力的作用将固体从液体中分离出来（即两相分离）。表1为几种不同类型的污泥脱水机情况表，通过对比得出在进行污泥脱水时，卧螺旋离心机和一般常用的脱水机相比具有维护简单、操作简单、自动化程度高、节省絮凝剂投加量、占用面积小、对工作车间污染小等明显优势［15］。

表1 几种不同类型的污泥脱水机比较［12-14］

1.2.4 液压装置

本设备采用两组相互平行并且与地面成60 度夹角的液压缸来实现污泥收集输送一体设备的外伸和内收。

2 工作效率分析

下图4为弧形叶片的三维图

图4 弧形叶片三维图

弧形叶片的外边缘半径d=665mm，内部小圆直径D=75mm，叶片高度h=200mm。叶片扒泥的体积公式如下：

式中：

V——体积；

r——半径；

H——高度。

弧形扒泥叶片旋转一周扒泥的体积为V，由于扒泥时每次泥的高度不同，则去扒泥高度则：

现设定弧形扒泥叶片的转速n=20r/min，则每小时扒泥机的工作量为V1

由于扒泥机上面带有两个弧形扒泥叶片，每小时的扒泥量为332m3。若以人工进行清淤，不但工作环境恶劣，而且有些杂物污泥并不能依靠人工来完成，人工清淤每人一天的工作量最多为3m3，若人工每天工作8 h，每小时清淤量0.375m3。因此，用一体车进行清淤，工作效率是人工的800多倍。由此可以看出一体车的工作效率是比较高的。

3 城市河道污泥清理脱水一体设备的特点

3.1 灵活、稳定。设备整体尺寸不大，履带式的行走机构保证了它在河床底部能够灵活稳定地工作，机身可以实现360 度旋转，对于城市河道来说具有比较强的适应性。

3.2 绿色、环保。通过污泥收集输送设备收集的污泥，直接经过分离设备进行固体和液体的分离，减少了对城市生活环境的影响，避免了对河流的二次污染。脱水后的污泥在后续处理之后可以充当植物花肥，建筑材料和新能源材料等。

3.3 高效。通过理论计算之后可知，在相同工作条件下，整台设备的工作效率比传统的清污方式要高。

4 结论

本文通过介绍了城市河道污泥清理脱水一体化设备的工作原理和主体结构，履带式行走机构和可旋转车体保证了设备能够灵活、快速地工作，污泥收集输送一体装置提高了污泥处理的效率，固、液分离装置处理之后的污泥经过后续的工序可以作为建筑材料、燃烧发电原料、植物肥料等。通过与传统清污方式对比说明了本设备对于城市河道清污具有很好的适应性，十分适合在城市河道污泥清理和脱水领域的应用，有理由成为我国城市河道污泥清理和脱水方面的首选设备。

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［2］费逸华，周成蹊，钱健航.船载离心脱水系统在河道清淤工程中的应用［J］.中国给水排水，2014，30（12）：60-62.

［3］国务院办公厅.“十二五”全国城镇污水理及再生利用设施建设规划的通知［EB/OL］.［2012-4-19］.http：//www.gov.cn/zwgk/2012-05/04/content_2129670.htm.

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