淤泥脱水固化技术在黑臭水体治理中的应用

石普霖

（上海秦森园林股份有限公司 上海 200000）

引言

近年来，随着我国社会经济的快速发展，污水排放量逐日剧增[1]。但是，现有排水基础设施无法满足污水收集、运输和处置需求，导致大量污水未经任何处理直接排入天然水体，使其呈现“黑臭“甚至”重度黑臭“的状态[2]。

2015年04月，国务院颁布《水污染防治行动计划》，要求在2017年底，直辖市、省会城市和计划单列市建成区基本消除黑臭水体，2020年底地级及以上城市建成区黑臭水体控制在10%以内[3]。因此，在政策的驱动下，全国范围内大规模开展黑臭水体综合治理工作。

底泥清淤是消除黑臭水体内源污染的最有效工程手段之一[4]。但是，在我国黑臭水体治理的工程实践中，大量疏浚底泥被作为渣土或建筑垃圾随意转运和存放，甚至被废弃于鱼塘或农田中，严重危害生态环境[5，6]。并且，随着各地黑臭水体治理工作的不断推进，淤泥产量逐年递增，处置能力却停滞不前，环境承载压力急剧增加。

因此，合理选择淤泥处理处置技术，可以降低淤泥随意堆放带来的二次污染、减少土地资源浪费，对促进社会经济发展具有重要意义。

1 淤泥脱水固化技术路线

近年来，黑臭水体治理的研究，主要集中在提高水体自身净化能力、提高生态多样性上，但对于清淤产生底泥的快速减量化和资源化研究则相对较少。孟庆山等人[7]采用水泥、粉煤灰和石膏对淤泥进行固化研究，发现水泥在淤泥固化全过程中占据主导地位，对固化效果影响最为显著；而石膏有利于快速提高固化淤泥早期强度。王东星等人[8]在淤泥中加入9%的水泥，淤泥强度快速提升，可用于高等级快速的的路基材料；在淤泥中加入6%的石灰和3%的粉煤灰，淤泥强度缓慢提升，可满足次干道和支路的路基材料标准。田旭等人[9]将淤泥原位固化做生态护坡，并在淤泥强度形成前种植沉水和挺水植物，可提高水体自净能力、改善水质。还有淤泥烧结制陶粒和砖块等理论研究，但烧结过程会消耗大量能源，对大气产生二次污染；并且需要配套建设烧结设备，大幅增加工程建设总投资[10，11]。

基于上述理论研究，在实际工程应用中可采用淤泥脱水固化技术，实现淤泥快速减量化和资源化，且无需增加设备投资。具体技术路线如下：

（1）在泥浆中加入无机絮凝剂和调理剂并充分搅拌，保证药剂均匀的分布于泥浆中；

（2）使用离心或板框脱水机将淤泥含水率快速降低至75%-80%；

（3）在脱水后的淤泥中，加入淤泥固化剂，快速搅拌混匀，以提高脱水淤泥的结构强度、水稳定性、渗透性和植生性；

（4）根据实际工程需要，可将固化淤泥制作成路基、透水步道砖、河湖护岸和生态混凝土等材料，在黑臭水体治理工程中实现原位资源化利用。

图1 淤泥脱水固化总体技术路线

该技术对淤泥进行处理，形成高强度的结构土，可作为路基填料，用于滨水道路的路基施工；还可制作透水砖，直接用于滨水步行空间建设；用于河湖护岸，可解决河湖边坡结构强度低，水土流失严重、生态效应差等问题；还能根据需要，在固化淤泥表面种植多种挺水和沉水植物，提高水体生态多样性和透明度。该技术是一种生态安全、无二次污染的淤泥处置技术，实现了淤泥的原位处置和资源化利用，具有极佳的社会和经济效益。

2 工程应用分析

2.1 工程概况

福州市某黑臭水体治理工程，通过采用清淤、截污、生态处理等工程措施，削减入河的COD、氮、磷等污染物总量，从而消除水体黑臭现象。本项目选择半干式清淤方式，使用高压水枪对河底淤泥进行冲刷破坏，再采用泥浆泵将泥浆抽排至淤泥集中处置区。淤泥静置约12h排出上清液，然后进行脱水固化处理。本项目总清淤量为23416m3。

本工程多次测试底泥基本性质，数据如下表所示：

表1 福州市某黑臭水体治理工程淤泥性质

从检测结果看出，本项目淤泥含水率为85%-94%，有机质含量较低（6%-10%），易于通过添加絮凝剂进行脱水处理；淤泥中各类重金属含量较低，满足《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质CJ/T309-2009》对于污泥农用的标准。综上，本项目淤泥适于使用脱水固化技术，实现资源化利用。

2.2 技术方案

本项目选用无机高分子絮凝剂聚合氯化铝（PAC），絮凝剂投加量为1%，使用板框压滤机将淤泥含水率快速降低至75%左右；选用固化剂为强度等级为42.5的硅酸盐水泥和石膏，水泥和石膏掺量分别为8%和2%，固化后淤泥直接在本项目中用于河道护岸施工。

与此同时，在施工过程中制作多组固化淤泥方形试块，尺寸为 15cm×15cm×15cm，并分别在 7d、14d、21d和 28d测量试块抗压强度，以研究固化淤泥的强度增长规律，验证其是否满足护坡抗压强度。

2.3 试验结果与讨论

2.3.1 固化淤泥试块抗压强度

从实验数据中可以看出，固化淤泥早期抗压强度快速增长，在7d即可达10.87Mpa。随着时间的增长，固化淤泥的抗压强度无显著增长，28d抗压强度达到11.33Mpa。

表2 固化淤泥抗压强度

过往的研究和工程实践表明，生态护坡的抗压强度达到2-15Mpa时，即可满足实际使用要求[12-14]。本工程使用质量分数为8%水泥和2%石膏作为淤泥固化剂，试块抗压强度在7日内即可达到10.87Mpa，工期短，投资小，且满足护坡抗压强度要求。

2.3.2 生态护岸建设和土方平衡

本项目河道长度3.3km，现状驳岸以浆砌块石驳岸为主，本工程采用固化淤泥对现状驳岸实施生态改造（如下图2所示）。

图2 固化淤泥改造浆砌块石驳岸示意图

本工程驳岸总改造长度为5.7km，驳岸改造所需平均淤泥量为3.96m3/m，共使用淤泥量为22572m3，淤泥外运量为844m3，仅为清淤总量的3.6%，实现了清淤底泥的原位资源化利用。

3 下一步工作建议

3.1 淤泥固化剂研发

针对不同的淤泥性质和资源化利用方向，有针对性的研发高效淤泥固化剂，优化水泥、石灰、石膏、粉煤灰和其他添加剂的配比参数，提高固化淤泥的结构强度、透水性等物化指标；同时，通过改善固化淤泥的碱度和孔隙率等性能，满足不同种类植物的生长需求。

3.2 淤泥脱水固化资集成设备生产

集成淤泥筛分、除砂、脱水、固化和资源化工艺，提高淤泥脱水固化资源化效率，减少设备占地面积，形成可产业化的集成技术工艺系统和成套设备产品。

结语

黑臭水体治理可显著提高水质，提升水体生物多样性，但清淤带来的底泥二次污染亦不可忽视。因此，实际工程应用中可采用淤泥脱水固化技术，实现淤泥快速减量化和资源化，大大降低底泥随意丢弃对环境的危害。同时，工程中应根据清淤底泥的实测性质，有针对性的研发使用淤泥固化剂，并根据现场的机械设备配置情况，集成淤泥筛分、除砂、脱水、固化和资源化工艺，可大大提高淤泥脱水固化资源化效率，实现更好的技术经济效益。