淤泥脫水固化技術在黑臭水體治理中的應用

石普霖

（上海秦森園林股份有限公司 上海 200000）

引言

近年來，隨著我國社會經濟的快速發展，污水排放量逐日劇增[1]。但是，現有排水基礎設施無法滿足污水收集、運輸和處置需求，導致大量污水未經任何處理直接排入天然水體，使其呈現“黑臭“甚至”重度黑臭“的狀態[2]。

2015年04月，國務院頒布《水污染防治行動計劃》，要求在2017年底，直轄市、省會城市和計劃單列市建成區基本消除黑臭水體，2020年底地級及以上城市建成區黑臭水體控制在10%以內[3]。因此，在政策的驅動下，全國范圍內大規模開展黑臭水體綜合治理工作。

底泥清淤是消除黑臭水體內源污染的最有效工程手段之一[4]。但是，在我國黑臭水體治理的工程實踐中，大量疏浚底泥被作為渣土或建筑垃圾隨意轉運和存放，甚至被廢棄于魚塘或農田中，嚴重危害生態環境[5，6]。并且，隨著各地黑臭水體治理工作的不斷推進，淤泥產量逐年遞增，處置能力卻停滯不前，環境承載壓力急劇增加。

因此，合理選擇淤泥處理處置技術，可以降低淤泥隨意堆放帶來的二次污染、減少土地資源浪費，對促進社會經濟發展具有重要意義。

1 淤泥脫水固化技術路線

近年來，黑臭水體治理的研究，主要集中在提高水體自身凈化能力、提高生態多樣性上，但對于清淤產生底泥的快速減量化和資源化研究則相對較少。孟慶山等人[7]采用水泥、粉煤灰和石膏對淤泥進行固化研究，發現水泥在淤泥固化全過程中占據主導地位，對固化效果影響最為顯著；而石膏有利于快速提高固化淤泥早期強度。王東星等人[8]在淤泥中加入9%的水泥，淤泥強度快速提升，可用于高等級快速的的路基材料；在淤泥中加入6%的石灰和3%的粉煤灰，淤泥強度緩慢提升，可滿足次干道和支路的路基材料標準。田旭等人[9]將淤泥原位固化做生態護坡，并在淤泥強度形成前種植沉水和挺水植物，可提高水體自凈能力、改善水質。還有淤泥燒結制陶粒和磚塊等理論研究，但燒結過程會消耗大量能源，對大氣產生二次污染；并且需要配套建設燒結設備，大幅增加工程建設總投資[10，11]。

基于上述理論研究，在實際工程應用中可采用淤泥脫水固化技術，實現淤泥快速減量化和資源化，且無需增加設備投資。具體技術路線如下：

（1）在泥漿中加入無機絮凝劑和調理劑并充分攪拌，保證藥劑均勻的分布于泥漿中；

（2）使用離心或板框脫水機將淤泥含水率快速降低至75%-80%；

（3）在脫水后的淤泥中，加入淤泥固化劑，快速攪拌混勻，以提高脫水淤泥的結構強度、水穩定性、滲透性和植生性；

（4）根據實際工程需要，可將固化淤泥制作成路基、透水步道磚、河湖護岸和生態混凝土等材料，在黑臭水體治理工程中實現原位資源化利用。

圖1 淤泥脫水固化總體技術路線

該技術對淤泥進行處理，形成高強度的結構土，可作為路基填料，用于濱水道路的路基施工；還可制作透水磚，直接用于濱水步行空間建設；用于河湖護岸，可解決河湖邊坡結構強度低，水土流失嚴重、生態效應差等問題；還能根據需要，在固化淤泥表面種植多種挺水和沉水植物，提高水體生態多樣性和透明度。該技術是一種生態安全、無二次污染的淤泥處置技術，實現了淤泥的原位處置和資源化利用，具有極佳的社會和經濟效益。

2 工程應用分析

2.1 工程概況

福州市某黑臭水體治理工程，通過采用清淤、截污、生態處理等工程措施，削減入河的COD、氮、磷等污染物總量，從而消除水體黑臭現象。本項目選擇半干式清淤方式，使用高壓水槍對河底淤泥進行沖刷破壞，再采用泥漿泵將泥漿抽排至淤泥集中處置區。淤泥靜置約12h排出上清液，然后進行脫水固化處理。本項目總清淤量為23416m3。

本工程多次測試底泥基本性質，數據如下表所示：

表1 福州市某黑臭水體治理工程淤泥性質

從檢測結果看出，本項目淤泥含水率為85%-94%，有機質含量較低（6%-10%），易于通過添加絮凝劑進行脫水處理；淤泥中各類重金屬含量較低，滿足《城鎮污水處理廠污泥處置農用泥質CJ/T309-2009》對于污泥農用的標準。綜上，本項目淤泥適于使用脫水固化技術，實現資源化利用。

2.2 技術方案

本項目選用無機高分子絮凝劑聚合氯化鋁（PAC），絮凝劑投加量為1%，使用板框壓濾機將淤泥含水率快速降低至75%左右；選用固化劑為強度等級為42.5的硅酸鹽水泥和石膏，水泥和石膏摻量分別為8%和2%，固化后淤泥直接在本項目中用于河道護岸施工。

與此同時，在施工過程中制作多組固化淤泥方形試塊，尺寸為 15cm×15cm×15cm，并分別在 7d、14d、21d和 28d測量試塊抗壓強度，以研究固化淤泥的強度增長規律，驗證其是否滿足護坡抗壓強度。

2.3 試驗結果與討論

2.3.1 固化淤泥試塊抗壓強度

從實驗數據中可以看出，固化淤泥早期抗壓強度快速增長，在7d即可達10.87Mpa。隨著時間的增長，固化淤泥的抗壓強度無顯著增長，28d抗壓強度達到11.33Mpa。

表2 固化淤泥抗壓強度

過往的研究和工程實踐表明，生態護坡的抗壓強度達到2-15Mpa時，即可滿足實際使用要求[12-14]。本工程使用質量分數為8%水泥和2%石膏作為淤泥固化劑，試塊抗壓強度在7日內即可達到10.87Mpa，工期短，投資小，且滿足護坡抗壓強度要求。

2.3.2 生態護岸建設和土方平衡

本項目河道長度3.3km，現狀駁岸以漿砌塊石駁岸為主，本工程采用固化淤泥對現狀駁岸實施生態改造（如下圖2所示）。

圖2 固化淤泥改造漿砌塊石駁岸示意圖

本工程駁岸總改造長度為5.7km，駁岸改造所需平均淤泥量為3.96m3/m，共使用淤泥量為22572m3，淤泥外運量為844m3，僅為清淤總量的3.6%，實現了清淤底泥的原位資源化利用。

3 下一步工作建議

3.1 淤泥固化劑研發

針對不同的淤泥性質和資源化利用方向，有針對性的研發高效淤泥固化劑，優化水泥、石灰、石膏、粉煤灰和其他添加劑的配比參數，提高固化淤泥的結構強度、透水性等物化指標；同時，通過改善固化淤泥的堿度和孔隙率等性能，滿足不同種類植物的生長需求。

3.2 淤泥脫水固化資集成設備生產

集成淤泥篩分、除砂、脫水、固化和資源化工藝，提高淤泥脫水固化資源化效率，減少設備占地面積，形成可產業化的集成技術工藝系統和成套設備產品。

結語

黑臭水體治理可顯著提高水質，提升水體生物多樣性，但清淤帶來的底泥二次污染亦不可忽視。因此，實際工程應用中可采用淤泥脫水固化技術，實現淤泥快速減量化和資源化，大大降低底泥隨意丟棄對環境的危害。同時，工程中應根據清淤底泥的實測性質，有針對性的研發使用淤泥固化劑，并根據現場的機械設備配置情況，集成淤泥篩分、除砂、脫水、固化和資源化工藝，可大大提高淤泥脫水固化資源化效率，實現更好的技術經濟效益。