模块化底泥快速脱水一体化设备试验总结

付春霞 唐官鹏

一、引言

我国由于地域辽阔，中小河道众多，近年来随着经济的发展，大多数河道已经被严重污染，极大地危害了人们的生活。近年来，各国也对底泥处理有了大量的研究。2019年，深圳市宝安区实施了全面消除黑臭水体工程，依靠“厂、网、源、河”的技术路线，主要针对片区内排查出的污水处理厂、雨污管网、河道治理（包括河道暗涵、小微水体、生态修复、泵闸）等遗漏及未涉及的项目进行整治。

通过片区内全面整治改造工程的实施，控制对水体河流的污染，改善片区内污染状况，进一步完善水循环系统的完整性，降低水体内污染物排放量，增强水体的自净能力，最终实现全面消灭黑臭水体，实现水体的“长治久清”。

河道水污染治理，重难点就在河道底泥的处理。城市河道治理在以往，一般都是依靠土工管带，这种方法占地面积大，受天气影响大，也影响沿岸居民的生活，故开发一套底泥就地处理设备迫在眉睫，将脱水技术与底泥运输结合，实现减量化处理。前期的现场勘探资料显示，底泥中含固率一般为10%，根据水质与底泥化验情况，选择有机高分子絮凝剂（阳离子聚丙烯酰胺PAM）作为絮凝剂对底泥进行调质。

基于此，车载式模块化底泥脱水一体化设备是河道底泥就地处理设备，将其负载在集装箱式底座上，通过卡车运输至指定作业地点，实现底泥的垃圾分拣、除砂和脱水功能，解决现阶段底泥干化处理难的问题，为深圳乃至全国水环境综合治理提供高效的解决办法。

二、设备概况

该设备工艺分为三个阶段：第一阶段为底泥预处理，底泥先输送至振动筛下层除渣筛，经5mm筛分将大颗粒石块，垃圾等杂物排出，其他底泥透筛后经渣浆泵以一定压力送入旋流器进行分级，旋流器底流进入双层筛上层的脱水筛，排出细砂，旋流器溢流后的底泥与絮凝剂PAM在管道混合器混合后进入后续工艺流程。第二阶段为底泥沉淀阶段，底泥进入浓缩罐与絮凝剂进行充分的反应和沉淀，浓缩罐上层的清水经过过滤加压后可作后面脱水模块的冲洗水，下层沉淀浓缩后的底泥再次与絮凝剂混合后进入最后的脱水干化模块进行浓缩和脱水。第三阶段为脱水阶段，通过带式压滤机的压滤作用，使底泥含水率进一步降低至50%左右，体积比之前至少减少88%，底流箱的滤液部分外排，部分则回流至浓缩罐再次絮凝沉淀。

整个设备由四大模块组成，分别为：除渣除砂模块、絮凝浓缩模块、脱水干化模块、自动配药模块。每个模块均为20呎集装箱大小（长宽高6058*2438*2438mm），设备总功率为60kW，底泥处理能力为50～70m3/h，处理后泥饼含固率不低于35%，各模块间通过快接接头连接，可根据现场灵活摆放，所需占地面积约200㎡。

除渣除砂模块主要由旋流器和振动筛组成，主要功能是进行底泥的预处理，去除里面的垃圾、砂石等。絮凝浓缩模块是底泥经过絮凝反应后，对其进行初步浓缩的设备。脱水干化模块是利用带式压滤机进行压滤操作。自动配药模块则是配置PAM药剂和柴油发电机提供电能。

该设备设有一个主控柜和3个副控柜，主控柜设置在除渣除砂模块，3个副控柜则分别设置在另外三个模块，每个控制柜均有PLC程序模块。操作人员可通过设置在主控柜上的触摸屏操控整个设备，触摸屏的控制界面可分为主页面、振动筛、浓缩罐、带滤机、冲洗水、加药泵、报警共7个页面。在主页面可以对所有元器件的运行状态进行监控，包含通讯状态、相序错误、设备状态、阀门开度等信息。在运行控制模式上分为自动模式和手动模式，在设备各模块空试一切正常时便可进行全自动运行。

三、运行注意事项

1.设备运输到达指定位置后，应根据现场情况合理规划各模块摆放位置，保证模块间管道、电缆能够顺利连接，长度不够的部分适当增加管线或调整模块位置。

2.做好开机前的检查工作，主要有检查各超声波液位计探头是否有泥水遮盖，影响信号读取；各减速机和泵能否正常运转，冷却水和润滑油应满足要求；首罐絮凝药液是否搅拌均匀，自来水供应量应满足药液配置需求；空压机、各气管、气缸是否有漏气现象；各底流箱是否有较大异物存在，以免开机后堵塞泵和管道。

3.由于各个现场底泥性质差异较大，可在运行前取小量现场底泥样本进行絮凝试验，用以确定合适的絮凝剂及絮凝药液浓度，避免由于絮凝剂的因素影响运行效果。

4.设备每次关机前，务必对其管路进行清洗。可抽取河道上层清水或自来水代替底泥通过设备，去除罐体、泵和管道内部残留的泥沙，避免后期泥沙干化后堵塞管道，造成设备损坏，影响正常运行。

四、设备运行存在的问题及解决措施

1.堵塞问题及解决措施

由于现场利用人工高压水枪冲刷河道底部获取底泥，故底泥含沙量波动较大，过多的含沙量会增加旋流器底流的排沙负荷，若没有相应的调节能力，则极易造成旋流器或污泥泵堵塞，影响使用效果。所以可以改进为2台旋流器或增大旋流器处理能力避免这种情况，提高设备的容砂能力。

另外在试验中发现，各模块的底流箱均极易堆积泥沙，特别是脱水模块的的底流箱，由于带滤机可能跑偏漏泥和滤液中也含有少量的泥，不断积累形成底泥堆积在底流箱，若无有效的冲洗方案，极易造成泥沙的大面积堆积并堵塞泥泵，降低作业效率，甚至直接导致设备无法正常使用，故在后期设备的设计中，须增加几套有效的泥沙冲洗装置。

2.带式压滤机支撑梁损坏及解决措施

带式压滤机是底泥脱水的最后环节，它主要分为重力脱水区、压榨脱水区、高压脱水区三个区段，其中高压脱水区采用变径脱水辊，滤带走S形，压榨压力最高可达0.8MPa。

该设备在某次试验过程中，为试验该设备产出的泥饼最高含固率，故调整絮凝浓缩模块的厚泥泵与带滤机滤带带速，导致滤带中的厚泥积累过多，极高的压强超过了机架所能承受的强度，最终使带滤机的高压压榨辊筒支撑架弯折，辊筒位置严重错位，此时发现产出的泥饼厚度高达2cm，严重超过带滤机的负荷。后经分析发现，该支撑架的设计位置并不合理，支撑方向与滤带压榨走向不匹配，无法提供科学有效的支撑，影响使用寿命。为此便修改了支撑位置，重新打孔连接，配合合理的转速，后期带滤机使用效果良好。

3.泵故障及解决措施

设备一共设有4台螺杆泵、1台渣浆泵、2台潜水泥浆泵，在试验过程中出现过各类原因致使泵无法工作的问题。除渣除砂模块的渣浆泵吸入管向下弯曲，使得内部空气难以排出，启动后会偶尔出现泵空转不出水的情况，后通过向内注水排出空气的方法将故障排除。输送PAM絮凝剂的螺杆泵由于絮凝剂具有较大粘性，容易堵塞泵体，使得其作业时启动困难，时常需要外力协助其开始运转，后期在选型设计时可考虑大功率和高扬程的螺杆泵避免此类情况。试验时脱水模块的潜水渣浆泵由于止回阀设计问题，致使出水管路阻力太大，压强过高，无法泵出水，故通过调整出水管路布置顺利解决该问题。

五、效益分析

设备在现场进行数月试验后，总体运行效果良好，具体运行参数见表1。

表1 底泥脱水设备试验运行参数

由于受制于现场环境，进泥仅能通过人工进入涵道、利用高压水枪和泵配合实现底泥的抽取，故大部分时间无法实现连续、均衡的进料，因此设备试验处理量较低，长时间工作于于不饱和状态。在试验期间，该设备运行一小时，产生泥饼约2m3，设备运行费用见表2。

表2 底泥脱水设备的实际运行费用

经过试验可以看出，设备可将94%～98%的底泥成功就地脱水至55%左右，具有较好的底泥减量效果，设备具有以下优点：

1.施工工期大幅缩短。该设备相比于传统的晾晒和土工管带脱水法，不受天气和现场占地环境影响，配合自动运行程序，脱水效率大幅提高，实现施工工期可预估，施工工期有保障。

2.提高底泥利用率。通过设备的筛分功能，可将底泥中的垃圾、石块、砂石分离开来，便于分类处理，提高了底泥利用率，增加了经济效益。

3.实现安全无事故生产。相比于传统的现场脱水方式，可基本实现人不沾泥，远离噪音、气味等污染，极大地提高了人员的作业环境，保障人员的人生安全。

4.节约土地建筑面积。相比于底泥处理厂的建设，该设备可在河道就地处理，基本不长期占用地表面积，不影响城市的整体布局和环境美观。

六、总结

通过车载式模块化底泥脱水一体化设备在现场应用后，成功实现了底泥现场筛分、脱水一体化，节约了成本，缩短了工期，极大的降低了劳动强度和工程成本，设备运行平稳、性能高效，在城市底泥干化处理方面具有极大的推广价值。