城市黑臭水體污泥處理技術研究

羅曉卷 李順

市河道長期受城市發展帶來的工業污水亂排亂放、農業過量使用各種藥物產生的附加污染排放以及城市污水無節制對河道排放等積累性污染，最終讓河道水體惡臭難聞。因此，治理河道污染要做到標本兼治，不僅要治理河道污染，同時要處理好后期河道清淤產生的大量淤泥再次對環境產生二次污染。本文將研究各種淤泥固化措施和各種回收途徑再利用在城市黑臭水體淤泥處置上的應用。

城市黑臭水體內源治理首先要進行截污和清淤，這樣才能從根本上徹底治理城市黑臭水體給環境帶來的污染，然后再通過后期漂浮濕地、湖濱濕地、生態駁岸以及強化微生物等技術進一步讓城市河道水體符合國家環保地表水景觀用水標準。清淤將不可避免地產生大量的淤泥，如若對淤泥處置不當因下雨沖刷流進地表水，將再次對周圍水環境或地表土壤造成二次污染。因此，有必要對疏浚后產生的底泥進行合理的固化和處理。污泥的處理方法受污泥本身的基本理化性質影響，綜合考慮城市長期規劃，財政資金和國家環保要求，系統性固化和處理淤泥。

一、當前主要的清淤固化措施

根據國內的淤泥固化方法，目前主要有物理脫水、加固化劑和自然曬干固化等方式。前兩種固化速度快，處理程度高，但處理費用高;自然固化速度慢，成本低，但受自然天氣影響較大，占用場地較大、時間較長。因此，本文將主要研究固化劑固化和物理固化措施的應用。

1.固化劑固化法

固化劑固化法的作用機理是通過添加固化劑材料使淤泥中飽和的游離水變成結晶水或與土顆粒的水離子結合。常用的固化劑是水泥，石灰，粉煤灰和復合固化劑。

水泥作為常用的固化劑，其原理是水泥與底泥中的水發生化學反應，形成凝結膠體促使底泥固化和強度增大。在增加土體的剪切強度和承載能力方面優于其它固化劑，正因為水泥固化能提供足夠的土體強度，造成后期淤泥質土很難再次利用，只能作為廢土棄運。通過生石灰的消化反應形成氫氧化鈣可以增加環境的堿度并改善增強效果，但如果因淤泥含水量過大、強度較低，將加大生石灰使用量，土體性質偏堿性，固化后的土體無法被后期公園景觀用途。由大量富含活性氧化鋁和二氧化硅的玻璃體組成的粉煤灰，在酸和堿的作用下形成凝膠固化淤泥。水的消耗量低于水泥的消耗量，高于生石灰的消耗量。

復合固化劑與泥漿中的水反應，污泥的膠體性質立即被破壞，毛細管迅速建立并增加和擴散。打開污泥內部水擴散和揮發通道，使含水量約為80%的污泥快速增稠，加入后失去流動性。加快干化脫水速度。該復合固化劑添加量少，成本低，易于運輸，減少周轉期，降低安全風險，固態固化強度遠遠超過國家標準要求。

2.物理脫水法

物理脫水方法為加快脫水效果，一般會參入適量的脫水劑提高脫水效率。本文就目前常用的壓濾機（帶式壓濾機和板框式壓濾機）和離心式脫水機的工作原理、設備選型時需重點考慮的問題以及維護運行成本等進行分析研究。

2.1 帶式壓濾脫水機采用一系列規則排列的滾筒，通過濾帶間本身的張力，在污泥層上產生一定的壓力和剪切力，市污泥層中的毛細水在外加力的作用下被擠出，得到含水率低強度高的泥餅，從而實現污泥脫水。因此，帶式壓濾脫水機由過濾帶，滾筒，過濾帶張緊系統，過濾帶偏轉系統，過濾帶清洗系統及過濾帶驅動系統組成。在設備選購時，應從以下幾個方面考慮：（l）濾帶。因濾帶要產生一定的力，要求濾帶必須具備高抗拉強度，彎曲度，耐酸堿性，耐溫性等特性，同時還應考慮污泥的物理特性，選擇合適的編織紋理，使濾帶具有良好的透氣性和截留更多污泥固體顆粒。（2）輥壓筒的調偏系統。根據施工現場實際情況，輥壓筒通過氣動裝置帶動。（3）濾帶的張緊系統。濾帶的張緊系統也由氣動系統來控制。過濾帶張力依據淤泥的物理特性，通常控制在0.3-0.7MPa，經驗值為0.5MPa。（4）帶速控制。不同種類的污泥對皮帶速度有不同的要求，即對任何特定的污泥通過反復試驗來確定最佳的皮帶速度控制范圍。以便脫水系統能以較高的加工能力和產出高質量的泥餅。帶式壓濾機脫水機受污泥負荷波動的影響較小，泥餅固化程度高，工作穩定、能耗低等有優點，管理控制相對簡單，對操作人員素質要求不高。同時，由于帶式壓濾機脫水機早已在多個項目實施采用，施工工藝相對成熟。在城市黑臭水體治理清淤固化設備選擇決策中，從減少工程投資方面可以考慮帶式壓濾機固化淤泥。

2.2 離心脫水機原理是高速旋轉的輪轂產生較大的離心力，致使污泥被甩入輪轂腔。因污泥顆粒具有大的比重，產生的離心力也很大，最終附著在旋轉轂的內壁上形成固體層，而水密度小，離心力小，在固體層內形成液體層，淤泥和水被分離開。然后在螺旋輸送機的緩慢推動下，固體層的污泥被輸送到轉移的錐形端，并通過轉移處的出口排出。二液體從坩堝的溢流口排出到轉移的外部，然后被收集到脫水器中再排放。離心脫水機施工中最關鍵的固化地點在輪轂，輪轂處理長度越長，污泥的固體含量越高，但反復加載的時間越長，效率越低，成本越高。在施工過程中，旋轉速度是控制淤泥脫水的重要控制參數，因此要根據現場實際淤泥特性通過試驗確定設備運行參數從而獲得更高的施工效率是離心脫水機運行的關鍵。目前，施工常使用低速離心脫水機。因為離心脫水機具有噪音高，能耗高，處理能力低等缺點，同時，離心脫水機因受污泥負荷波動的影響大，要操作人員的素質較高，一般對施工環境要求高的項目應謹慎選用。

2.3 板框式壓濾脫水機主要由凹面人體濾板、框架、自動氣動封閉系統測量板懸掛系統、濾板振動系統、設置空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置和車身側光電保護裝置組成。設備選擇時，主要考慮以下幾個方面：（1）淤泥脫水濾的要求。與其他類型的脫水機相比，普通的板框式壓濾機具有最高的脫水濾，可以得到較高的淤泥固體含量。（2）框架的材質。（3）濾板及濾布的材質。因淤泥化學特性受污染程度不通，需要耐腐蝕性，同時還必須具有一定的抗拉強度。（4）濾板的移動方式。液壓氣動裝置分全自動或半自動方式，從而降低操作者的勞動強度。（5）濾布擺動裝置，方便濾餅快速脫落。與其他類型的脫水機相比，板框式壓濾機的最大缺點是占地面積大，因此在城市黑臭水體治理中在淤泥處理場地很難滿足。

二、淤泥回收技術

污泥回收技術城市河流黑臭水體根據不同污染源進行分類處理。黑臭水體中的底泥可能含有大量致病菌，寄生蟲，重金屬和一些難以降解的有機酸，如果處理不當，會對環境造成二次污染。根據污泥污染成分，常用的污泥回收處理方法主要包括填埋、肥料、能源和建筑材料。

1.垃圾填埋場垃圾填埋場分為單獨的垃圾填埋場和混合的城市固體垃圾。然而，垃圾填埋場受到運輸成本和垃圾填埋場選址的限制。垃圾填埋場排放的惡臭氣體也會污染周圍的大氣，影響周圍居民的生活。此外，垃圾填埋場還可能浪費土地資源。

2.污泥生產肥料利用已在國內外使用多年，取得了一定的成效。通過技術的不斷改進，堆肥后產生的肥料具有較高的有機質含量，可以同時改善土壤。但是，有必要消除污泥中的致病菌，控制重金屬含量，避免二次污染。為此，中國的“農業污泥污染物控制標準”還規定，污染控制標準的數量每年每公頃不得超過30噸，連續施用不應超過20年。可以看出，污泥堆肥的使用不是解決其出口的主要途徑。

3.能源利用主要包括焚燒，低溫采油技術和沼氣生產。污泥焚燒技術具有最明顯的還原效果，可以完全殺滅污泥中可能含有的致病菌和有機污染物。然而，污泥焚燒的能耗相對較大，成本較高，煙氣的排放可能含有污染物，這已成為這種處理和處置技術的主要缺點。低溫制油技術通過催化硅酸鹽和污泥中含有的重金屬（特別是銅）將污泥中的脂質和蛋白質轉化為碳氫化合物。此技術在我國剛起步。沼氣可通過厭氧消化污泥生產，1立方米沼氣的熱值相當于1公斤酶或0.7公斤汽油。

4.生產建筑材料

污泥含有大量無機物質，可用作建筑材料如磚，水泥和陶粒的原料。目前淤泥建筑材料資源利用呈現穩定發展態勢，是一種技術相對成熟，社會經濟效益顯著的淤泥治理方法。

綜上所述，隨著黑臭水泥治理疏浚會產生大量被長期污染的底泥，其特點是量大、污染嚴重。城市河道黑臭水體治理一般隨區域景觀或公園進行規劃設計和治理，因此，底泥污染沒有重金屬類超標，建議采用固化劑固化法和物理脫水固化法，然后再進行城市綠化和公園景觀綠化草皮底層肥料。

（作者單位：410000中交一公局橋隧工程有限公司）