城镇黑臭淤泥GT管袋治理

孟 佳 李 锐 刘 雨 邹同阳 张 超 童思喆

中建五局第三建设有限公司 湖南 长沙 410004

1 城镇黑臭淤泥治理施工技术研究现状

1.1 研究背景

城镇水体是城市生态系统的重要组成部分，具有水体循环、水土保持、水质涵养、调节温湿度、改善城市气候等多种功能。但是当前在我国一些地区，水环境质量差、水生态受损重、环境隐患多等问题突出，影响和损害了群众健康，不利于经济社会持续发展。

黑臭水体是水体污染的一种极端现象，它的出现不仅造成生态破坏，严重影响居民的生活及身心健康，同时还严重影响城市的良好发展。我国城镇黑臭水体的综合治理已经刻不容缓。

国务院于2015年4月正式发布的《水污染防治行动计划》明确提出：到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内；到2030年，全国城市建成区黑臭水体总体得到消除。由此可见城市黑臭水体治理的紧迫性和艰巨性。

1.2 研究现状

目前，国内外针对城镇河道的黑臭水体治理均遵循“控源—净化—修复”的思路。传统河道清淤治理工艺主要为生态疏浚技术[1]、截污纳管技术[2]、曝气增氧技术[3]、微生物技术[4]、生物膜技术[5]等。

在大量工程实践过程中，发现以上工艺的现场处理较为复杂，存在破坏水体原有生态、产生二次污染、容易造成工期和成本浪费等现象。

2 城镇黑臭淤泥GT管袋治理施工技术研究分析

2.1 城镇黑臭淤泥GT管袋治理施工技术分析

城镇河道黑臭淤泥GT管袋治理技术是根据目前传统河道清淤治理工艺，结合GT土工管袋新工艺的实用性和便捷性，进行大力开发和创新的新型河道黑臭淤泥处理技术。本技术主要包括排干清淤、淤泥抽排、淤泥加药降解、淤泥脱水固化和管袋覆土堆存这5个步骤。

GT管袋治理技术集清淤抽排、淤泥加药降解、淤泥管袋脱水固化处理于一体，与传统工艺相比较，其处理性能更稳定、工艺更简单、效果更优越，且总投入及处理成本更具竞争力。

2.2 城镇黑臭淤泥GT管袋治理施工技术原理

城镇河道黑臭淤泥治理技术是在河道疏干后，淤泥经水力冲淤后成为淤泥浆，在管道中经水力作用与药剂搅拌充分后，进入管袋中脱水，过程中添加特有的固化剂、稳定化药剂，对淤泥进行改性，使淤泥的物理性质、化学性质趋于稳定。

GT管袋中的淤泥固结以后，对管袋进行覆土绿化，实现了淤泥的原位处理、安全环保堆存，同时也创造出生态绿地。

2.3 城镇黑臭淤泥GT管袋治理施工技术流程及操作要点

2.3.1 施工工艺流程

城镇河道黑臭淤泥GT管袋治理工艺流程如图1所示。

图1 城镇河道黑臭淤泥GT管袋治理施工工艺流程

2.3.2 主要工艺操作要点

1）河道淤泥原样分析。对河道不同点位原始淤泥进行检测，分析污染成分、污染源及污染方式。

2）河道水质原样分析。对河道不同点位原始水质进行检测，分析污染成分、污染源及污染方式。

3）药剂配比分析/淤泥填充试验/试验渗滤液检测。

① 药剂配比分析。通过试验，观测淤泥和水质在不同药剂、添加量下的淤泥絮团大小、破碎程度、沉淀速度和水样清澈度，确定淤泥适用药剂及淤泥药剂的添加量。药剂分为调节剂、絮凝剂这2种。调节剂的主要作用是除掉泥浆中的有害矿物质，使淤泥得以净化，实现淤泥的重复利用（可用作种植土）。结合项目特点，通过试验得到调节剂及絮凝剂配合比如下。调节剂：聚合氯化铝兑水溶解成质量分数为15%的溶液，配合比为溶液∶泥浆（含水80%，质量分数，下同）＝1∶50（体积比）；除磷剂兑水溶解成质量分数为20%的溶液，配合比为溶液∶泥浆＝1∶12.5（体积比）；COD（化学需氧量）降解剂直接投加到泥浆处理池中，每立方米泥浆加入100 g；硫酸亚铁兑水溶解成质量分数为30%的溶液，配合比为溶液∶泥浆（含水80%）＝1∶50（体积比）。絮凝剂：聚丙烯酰胺阳离子河道水按质量分数6‰进行溶解，配合比为溶液∶泥浆＝1∶5（体积比）。PC助凝剂用河道水按质量分数10%进行溶解，配合比为溶液∶泥浆＝1∶12.5（体积比）。

② 淤泥填充试验。管袋充填试验目的，是观察絮凝沉淀后的淤泥在充填过程中的脱水固化情况。根据前期现场试验，1号取样点淤泥、2号取样点淤泥、3号取样点淤泥性状相同，适用的药剂相同，1号、2号、3号取样点采取合并取样，进行了管袋充填试验。根据前期现场试验结果，水下方淤泥含水率约为85%，预计脱水固化的变化情况为：经试验，10 d后管袋的淤泥固化后的含水率为80%左右，15 d后，含水率为75%左右。据管袋填充试验结果，淤泥固结GT管袋选用高韧聚丙烯GT管袋，管袋基本材质要求等效孔径0.5 mm，渗透率25 L/（m3·s）；CBR顶破强度10 kN。

③ 试验渗滤液检测。经检测，滤液COD为107 mg/L，总磷为2.69 mg/L，总氮为22 mg/L，BOD（生化需氧量）为40 mg/L，符合GB 8978—1996《污水综合排放标准》中的三级标准以及GB/T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》规定的A级规定，可排入市政污水管网。

4）固结堆场建设/滤液沟、滤液池建设。堆场主要用于置放淤泥固结管袋进行脱水，并对渗出污水进行收集、导排，防止造成二次污染。堆场周围设有环形的集水沟，淤泥固结管袋滤出的水通过集水沟汇集后进入滤液收集池。为避免淤泥固结管袋渗滤液渗入地下或对周边土壤造成二次污染，堆场地基表层需进行防渗处理。防渗系统构造由上至下为：管袋→厚200 mm的碎石滤水层→600 g/m2无纺土工织物→厚1.5 mm的HDPE防渗膜→地基。

5）修筑施工过河围堰/河道（岸）垃圾清理。

① 修筑施工过河围堰。根据施工方案中对河道分段施工划分的顺序，一次修筑施工拦河围堰（图2）。围堰修筑完成后，对分段范围内的河道河水进行导流、抽排。

图2 拦河围堰断面示意（单位：m）

② 河道（岸）垃圾清理。河道排干后，通过机械辅以人工的方式，将河道中的白色垃圾、孤石、树枝、动物尸体等异物清理干净。

6）管道安装、加药装置安装、调试。为保证河道淤泥浆抽排的连续作业，研发一种浮动式水泵工作平台，在施工前对浮动式水泵工作平台进行架设，使平台处于河道低洼处，采用DN100的PE淤泥浆输送管连接浮动式水泵工作平台中的泥浆泵（泥浆泵的流量为120 m3/h），在PE淤泥浆输送管靠末端部位，增设三通和防逆流阀，与加药装置三通相连，PE淤泥浆输送管末连接GT淤泥管袋。在泥浆泵前设置500 mm×500 mm方形镀锌格栅（孔隙大小50 mm×50 mm），去除泥浆中的碎石、砌块、树枝等异物。调节剂与絮凝剂药水溶药罐共计设置3台，大小均为8 m3。每个罐体顶部均设1台不锈钢双层搅拌器。

药剂溶解后，由机械隔膜加药泵输送至加药混合管道，注入事先在堆场铺设好的管袋内。产生的滤液排入回水池，被用于水力清淤。

7）泥浆抽排、加药降解、管袋充填。

① 泥浆抽排。清水泵启动后，河水通过高压水袋、水枪形成高压力，冲击河床的淤泥，使淤泥呈悬浮状流入集水坑，通过浮动式水泵工作平台连接的PE淤泥浆输送管进入GT管袋中，过程中药水通过加药装置，采用管道注射投加的方式，向淤泥浆输送管道中添加药剂，注入事先在堆场铺设好的管袋内。

② 加药降解。添加絮凝固化药剂在城镇黑臭淤泥GT管袋治理施工技术中是一个必要措施，不仅可以使固液快速分离，加速固体沉淀和液体滤出，还能使淤泥的性状固化稳定。淤泥需要先制备较高含水率的淤泥浆才适合投加药剂，然后进行管袋的充填脱水作业。淤泥加药过程：通过一体化加药设备，采用管道注射投加方式，向淤泥浆输送管道中添加药剂。加药用的清水来自附近市政管道，用水量为5～10 m3/h。药剂采用阳离子絮凝剂，药剂根据淤泥性质不同确定相应的投加量。

③ 管袋充填。抽排的淤泥浆通过明敷泥浆输送管道，中途经过加药装置添加药物，再输送至GT管袋固结堆场填充，泥浆输送管可根据现场情况调整走向，施工完可以回收利用。管袋分层充填，每次充填至管袋无法再充入泥浆后停止，脱水2 d后再次充填，每个管袋共计充填3次。

8）淤泥脱水固化。淤泥固结管袋在脱水过程中，细小的淤泥会因为黏性逐渐附着在管袋的内表面，该层附着物的存在虽然能够进一步降低出水中的悬浮物，但也会降低排水速度。所以需要工人每隔一定时间对管袋进行拍击或者刷洗管袋表面，提高出水速度。脱水过程中有大量渗滤液产生，渗滤液经过碎石层和滤液收集沟，进入滤液收集池，经过检测、沉淀，合格后排入就近市政污水管网中。

9）淤泥管袋固结与堆存/覆土回填。经过一段时间的沉淀和排水，超过99%的固体颗粒将被存留在管袋中逐渐固结，整个管袋构成了一个巨大的固体胶囊。待GT淤泥管袋高度稳定不再变化时，对管袋中的淤泥进行取样送检，检测淤泥含水率低于75%，并无二次污染的情况下，可利用管袋堆存场地基建时挖掘出的土方进行覆土（图3）。为避免管袋堆场后期沉降，覆土回填后的管袋上不可承重，不可种植根系发达苗木，建议种植中小型灌木或地被进行美化处理。

图3 覆土回填断面示意

2.4 效益分析

与传统城镇河道黑臭淤泥处理方式相比，本方法减少了大量的机械开挖和外运处理，实现了淤泥的绿色无害化原位处理。以处置100 m3淤泥为标准，传统工艺施工成本为5 750元，采用本工艺施工成本为2 594元，节余成本为3 156元，平均每立方米淤泥降低成本31.56元。

3 结语

本文通过工程实例，研究分析城镇河道黑臭水体处理技术，创造性地提出城镇河道黑臭水体GT管袋治理施工工艺。该工艺具有以下几方面的优势：

1）安全环保：在河道疏干后，用高压水枪冲击淤泥使其成为淤泥浆后抽排进GT管袋内，加入配比药剂，使其固化、堆存，既实现了淤泥的安全环保堆存，又创造出生态和谐绿地。

2）泛用性：适用于城镇各类河道黑臭淤泥治理工程。

3）提质增效：工程处理灵活，无需脱水机械设备投入，无需移动，实现了淤泥无害化原位处理，避免了淤泥处理的二次污染，降低了施工成本，提高了施工工效，实现了绿色环保施工，具有先进性、适用性、经济性，适用于各种污染环境、各种社会环境下的河道黑臭淤泥治理。

河道黑臭水体治理是城镇地区一个常见且棘手的问题，由于各城市黑臭水体的复杂性、不确定性，导致采用本文所述方法治理时出现治理质量不确定的情况，因此还需要在以后工作中进行分析、总结、优化、实践，最终求得解决之法。