疏浚泥浆深度脱水固化处理施工技术浅谈

梁 勇，姜广德

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，四川 双流，610225)

疏浚泥浆深度脱水固化处理施工技术浅谈

梁 勇，姜广德

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，四川 双流，610225)

本文通过对武汉两处湖泊污染淤泥疏浚案例的梳理，从疏浚泥浆深度脱水固化处理施工技术的基础资料收集、泥浆调理材料选择、泥浆疏浚干化程序、板框压滤机脱水固化效率等方面，提出施工技术见解，以期对水环境治理工程中的淤泥疏浚提供借鉴。

脱水固结 同位处理 泥浆调理 板框式压滤机 固化效率

1 疏浚泥浆深度脱水固化处理简介

江河湖泊淤积是一种自然现象，但近年来随着工业发展和城市化进程加快，城市河道湖泊由于长年接纳雨污水排入，淤积严重，淤泥中氮、磷、重金属富集，形成内源污染源，增加了水环境治理的难度和周期。目前，国内多个城市正在围绕河流或湖泊进行疏浚治理改善水环境，这些疏浚工程多为清淤船疏浚、管道长距离输送至特定区域堆放，自然沉淀干化。这种处理方式不仅占地面积大，处理周期长，还带来污染转移等风险。近几年，随着人们环保意识的增强和城市化进程的加快，河流湖泊污染淤泥疏浚泥浆深度脱水固化处理技术在城市水环境治理工程中得到广泛应用。

疏浚泥浆深度脱水固化处理技术，是根据城市河道、湖泊淤泥垃圾含量大、有机质含量高、污染成分复杂、疏浚颗粒细的特点，结合淤泥脱水固化处理材料对泥浆进行调理，泥水逐级分离实现快速减量、固结的一种系统淤泥处理系统。该系统通过试验找到泥浆特点，辅助以设备、构筑物和固化材料，实现对疏浚泥浆的逐级分离减量、泥浆浓度调节、泥浆调理改性、深度脱水固结，淤泥可达标资源化利用，处理后的尾水清澈，悬浮物质指标达到国家污水综合排放水一级标准，不溶性污染物大幅度降低，水质大幅改善。

2 基础资料收集

待处理河道或湖泊基础资料收集对淤泥处理工艺选择至关重要，采集的资料应全面、详细、准确、真实，满足工艺设计和施工的要求。需收集的主要基础资料包括：原状泥、地形、地质、水文、气象、材料、用电、用地、交通、环保、处理标准等方面的内容。需收集的淤泥资料包括淤泥的形成方式、形成时间、淤泥取样分析等。河道淤泥则需要了解河流上游的地形、地质、流量、流速、污染源等；湖泊淤泥则需要了解入口河流的地形、地质、流量、流速、污染源，以及湖泊周边污水管网和排污口的水质、流量、流速、污染源等。同时需向当地水利、环保、市政等政府职能部门和周边长期居民详细了解处理水域河床或湖泊的演变、历史上清淤的时间等内容。在了解清楚淤泥的形成方式后，选择具有代表性的区域取样分析淤泥厚度、颗粒物、杂物、有机质、含水率、重金属含量等指标。

3 淤泥调理材料选择

在淤泥疏浚干化处理过程中，不同阶段需借助一定的淤泥调理材料，包括泥浆过滤调理、泥浆固化、尾水处理以及其他辅助材料。当采用板框压滤机脱水干化工艺时，一般添加泥浆过滤脱水材料，以减小淤泥颗粒的亲水性、增大自由水含量、减小比表面积、增大渗水通道、缩短渗透路径；当采用淤泥原位固化工艺时，一般添加水泥基和石灰基淤泥固化材料，以达到在水中硬化或旱地硬化后再运往渣土收纳场；为达到淤泥处理尾水不对水体产生二次污染，需添加尾水处理材料使得水体中的氮、磷和贵金属离子凝聚沉降或稳定结合形成固体沉淀，进而被分离去除。常见的淤泥调理材料参见表1，在实际工程运用中一般是多种材料组合使用，以适应不同的处理工艺，并能满足水环境综合处理要求，常用的组合方式见表2。

表1 常用淤泥调理材料

分 类作用原理用法及用量配合材料特 点泥浆过滤材料1.1聚丙烯酰胺(PAM)使颗粒表面动电位降低而凝聚,形成网状对淤泥颗粒进行网捕和卷扫200～1000倍水溶液,用量为淤泥干质量的1‰～2‰铝盐、铁盐保水性强,用量大,絮团大,泥饼不宜脱水1.2CaO中和淤泥中的酸性,使胶体凝聚,增进团粒结构根据淤泥的成分、颗粒粒径、有机物含量等试验确定粉煤灰(FA)处置淤泥在一定时间内呈碱性1.3聚合氯化铝(PAC)无机高分子水处理絮凝材料,以胶态形式存在,具有很大的比表面和吸附能力,能将水中的许多反电荷胶态颗粒从水中沉淀出来,进而起到净化作用固体:清水=1∶9到1∶15重量比溶液添加,用量由试验确定聚丙烯酰胺净水成本低,絮凝体形成快、沉降速度快1.4硫酸铝无机高分子水处理絮凝材料,溶于水后能使水中的细小微粒和自然胶粒凝聚成大块絮状物,从而自水中除去用作浊水净化剂,其用量根据试验定聚丙烯酰胺常用的净水材料,易操作1.5氯化铁水解后生成氢氧化铁沉淀,有吸附性,能吸附水中悬浮粒子用作浊水净化剂,其用量根据试验定聚丙烯酰胺对低油度的原水处理,具有效果好、价格便宜1.6聚合氯化铁由氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生成分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理剂先将本品溶解成10%～30%的溶液,然后加水稀释至所需浓度,其用量根据实验确定高分子絮凝剂集铝盐、铁盐混凝的优点,能快速形成絮凝体,且矾花紧密,沉速快1.7硫酸亚铁亚铁离子被氧化生成铁离子,然后pH升高,铁离子水解生成胶状的氢氧化铁,进而吸附水中悬浮粒子能有效去除城市和工业污水中的磷酸盐,防止水体的富营养化1.8缩短渗透路径物质(如木屑、碳粉等多孔物质)发挥渗水通道作用,缩短渗透路径可加快泥饼中水的去除泥浆固化材料2.1水硬性胶凝材料与淤泥混合后,能够在空气中、水中硬化,发生水化、胶结和碳化反映,封存重金属和有机物,防止有害物质溶出采用强力搅拌头粉状掺加与泥浆混合,用量根据固化时间要求试验确定粉煤灰、矿粉、碱性激发剂、膨胀剂、减水剂、凝固剂既能在干燥环境(空气中)硬化,又能在水中固化2.2气硬性胶凝材料与淤泥混合后,能够在空气中硬化,发生水化、胶结和碳化反映,封存重金属和有机物,防止有害物质溶出采用强力搅拌头粉状掺加与泥浆混合,用量根据固化时间要求试验确定粉煤灰、矿粉碱性激发剂、膨胀剂、减水剂、凝固剂只能在干燥环境(空气中)硬化尾水处理材料3.1有机硫通过硫族与重金属离子稳定结合并发生化学反应,形成稳定的有机金属化合物,不易溶解,在水溶液中形成固体沉淀,进而被分离去除试验确定与汞和镉形成的重金属化合物的溶解度低3.2重金属捕捉剂与废水中的重金属离子进行化学反应,并在短时间内迅速生成不溶性、低含水量、容易过滤去除的絮状沉淀试验确定有强大的螯合力,吸附范围广,沉淀物稳定性高,低毒性3.3富营养化去除材料一类是凝聚沉降,与水中有机物发生化学反应,分解释放出磷酸盐,从而沉降价格低

4 其他辅助材料

(1)强碱：主要用于含油脂的淤泥脱水，碱和酯发生皂化反应后，可使得含油脂淤泥便于脱水；

(2)强氧化剂：包括三价钴盐、过硫酸盐、过氧化物、重铬酸钾、高锰酸钾、氯酸盐、浓硫酸等。可以在短时间内氧化淤泥中小分子的有机物，有助于脱水和降低水中的COD、BOD等；

(3)木屑、稻壳：透气性能、吸附性能都比较好。在淤泥处理过程中，如遇到极难脱水的物质，可适量添加，可降低渗透路径，有利于降低淤泥的含水率；

(4)助滤材料：多孔性细粉颗粒或者球状细微颗粒可作为助滤材料使用，可有助于降低材料使用量，常用包括木炭粉、电除尘粉煤灰等；

(5)三乙醇胺：可以作为固化材料的早强剂和油性污垢去除使用。

表2 淤泥处理材料常用组合方式

序号组合方式适用范围添加方式1铝、铁盐+PAM常用于淤泥的带式过滤机脱水减量,根据要求可能与复合固结配合使用。对有机质含量较小(10%以下)的淤泥,阴离子PAM效果更好先将铝铁盐溶液加入到疏浚泥浆中搅拌均匀,用量一般为干泥质量的0.3%～1%,然后将PAM溶液加入到疏浚泥浆中,缓慢搅拌至全部淤泥都均匀形成絮团,絮团直径在10mm以上即可,PAM用量一般为干泥质量的1‰左右。2CaO+助滤材料+铝铁盐常用于淤泥的板框压滤机的脱水固结同位处理技术处理。先将CaO、助滤材料加入到疏浚泥浆中搅拌均匀,然后将铝、铁盐溶液加入到疏浚泥浆中,搅拌均匀。本配比起到关键作用的材料是CaO,用量一般为干泥质量的2%～5%;助滤材料选用活性较好的炭粉或者电除尘粉煤灰,用量与CaO类似。铝铁盐用量一般为干泥质量的0.3%～1%.采用本配方对淤泥均混后,建议均化15min左右,再进行压滤脱水。3CaO+助滤材料+铝铁盐+生物质用于污水处理厂污泥的板框压滤机的脱水固结同位处理技术处理。如淤泥本身难以脱水,或渗透性能极差,可考虑添加具有一定长度的多孔性材料,比如锯末,用于缩短渗透路径。同“CaO+助滤材料+铝铁盐”组合方式。

注：如淤泥中含有重金属，就需要在以上的材料组合中添加重金属捕捉剂/有机硫，适用范围pH值均为6～13，在添加完其他材料后最后添加，反应时间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)→管道运输或封底船运输→淤泥上岸(淤泥泵送)→淤泥预处理(振动筛除渣)→淤泥脱水固化同位处理(泥浆浓度调节、输送、加材料、搅拌均匀、板框脱水泥水分离)→固化土运输→回填造地。污泥脱水固化同位处理系统是由除渣系统、调节系统、调理系统、分离系统组成。

疏浚泥浆通过绞吸船疏浚管道输送后进入除渣系统，通过分级沉淀去除大颗粒沉渣，通过格栅机去除浮渣，泥浆除渣后自行流入调节系统进行浓度调节，表层溢流清水进入尾水池处理后还湖，调节好浓度的泥浆经绞吸船泵送至调理系统。调理系统作为整套技术的核心，在泵送过程中根据要求添加材料对泥浆进行调理、调质，以改变浆体内部微观结构，快速提升后续脱水固化效果。调理完成后的泥浆泵送至分离系统进行泥水分离，分离后的清水SS值(水质中的悬浮物)小于20mg/L后，通过管道回到调节系统循环利用，泥浆脱水后形成含水率35%～40%硬塑状泥饼，直接用于园林绿化或堆放固化后形成具有一定强度不再泥化的土体，可用于工程回填。

淤泥疏浚固化关键在于脱水调理系统处理，施工前通过室内试验确定淤泥调理材料的组合方式、添加方式、添加范围和比例，具体到生产线调试时再进行微调。调理材料添加量直接影响到造价，影响因素主要有水下底泥的含固率(干土/总重)、底泥的颗粒组成(粘性、透水性)。含固率越高，绝干土越多，添加材料越多；颗粒越细，粘度越大，透水性越差，材料添加量越大。施工前需要检测河道底泥的含固率、颗粒分析、有机质含量等，有针对性地实施疏浚干化。生产过程中对每个环节的浓度、含水率、调理性质等指标进行检测，以保证淤泥疏浚干化效率；同时压榨干化过程泥饼浸出液的重金属含量检测，作为尾水还湖和固化土体外运回填的控制指标，达标后方能避免二次污染。

6 板框压滤机的脱水固结效率影响因素

板框压滤机的生产阶段分为闭合压紧、进料、压榨、吹风、卸压、卸料等阶段，各阶段耗时直接决定着生产效率。各阶段效率影响因素见表3。

表3 板框压滤机生产阶段效率影响因素

阶段名称影 响 因 素备 注闭合压紧阶段油缸行程、油缸行进速度机型确定后一般不会变化进料阶段泥浆浓度、进料压力、进料流量、过滤面积、滤室厚度、泥浆透水性、调理效果、滤布选型、泥饼设定厚度占用了每循环大量的时间,甚至能占到每循环时间的2/3左右压榨阶段泥浆浓度、滤室容积、滤室厚度、气罐容积、空压机、泥浆透水性、调理效果、泥饼预期厚度、泥饼设定含水率压榨阶段用时在循环时间上仅排在进料之后居第二位吹风阶段泥浆浓度、进料管直径、滤板块数、气罐容积、气压用时较短,一般在30s左右卸压阶段压榨耗气量和排气口大小时间一般在1min以内卸料阶段拉板方式、泥饼厚度、泥饼质量、滤布材质、滤板摆动幅度、夹布器形式。其中拉板方式决定程序时间,其它因素决定能否自行掉落,会不会超程序用时卸料用时一般排在进料和压榨之后,居第三位,如泥饼无法自行掉落,所需的时间会更长,也有可能超过压榨用时

板框压滤机的脱水固结效率影响因素很多，当施工工艺和压滤机机型选定后，现场实际生产时其效率主要取决于滤室厚度、滤布和泥浆浓度。滤室厚度决定形成的泥饼厚度，预期形成的泥饼越厚，所需的进料时间就会越长，而压榨的时间一般会稍短，卸料时间也会缩短，需综合权衡；滤布的选型影响过滤性能和卸料的速度，影响因素主要有滤布的光滑程度、滤布的柔软度、滤布与泥饼之间粘粒含量；泥浆浓度影响进料、压榨和卸料时间，是脱水固结同位处理技术提高产能的最关键因素之一。现场生产初期，必须通过生产性试验拟定不同泥浆浓度(一般为5%～20%)、泥饼设定厚度、进料压力、不同滤布情况下，板框压滤机的脱水固化循环时间和有效泥饼产量，以综合权衡确定生产工艺控制参数。

通过武汉墨水湖一期、二期和太子湖板框压滤机实际生产过程来看，泥浆浓度是脱水固结同位处理技术提高产能的最关键因素，泥浆浓度控制在15%左右，板框压滤机脱水固化效果好、系统产能高。

7 结语

淤泥疏浚干化施工技术作为淤泥资源化处理处置的有效工艺，极具利用价值，淤泥合理地资源化处理处置关系到环境、生态和节能减排，大中城市河湖淤泥的有效处理处置直接影响城市的水环境、水生态、城市人居生活和城市经济建设的可持续发展。通过对武汉墨水湖一期、二期和太子湖底泥疏浚干化施工，在不断探索施工工艺流程及参数的基础上，对板框式压滤机污泥固化材料选择和固化效率进行了积极探索研究，为后期实现成本更低、效率更高、自动化水平更高的流水作业生产线，提升污泥板框脱水的设计、施工理论水平，提供了一定的参考经验。

〔1〕季 斌.疏浚淤泥的固化处理技术与资源化利用[J].安全与环境工程2010(03)∶55-56.

〔2〕蔡伟娓.粉煤灰对固化淤泥物理力学性质的影响研究[J].中国科技信息，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，从事施工技术管理工作；姜广德(1990.5-)，男，辽宁人，水电五局武汉墨水湖项目部副经理，从事施工生产管理工作。