大型暫存污泥庫區污泥絞吸出庫技術應用研究

彭 鵬

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

隨著中國經濟快速發展和城市化水平不斷提高，生活污水排放量日益增多，污水收集處理率和處理深度也不斷提高。由于國內污水廠建設運行長期存在“重水輕泥”思想和技術資金短缺的情況，導致大量污泥經簡單機械脫水后簡易填埋或堆存，形成了眾多的污泥暫存庫區[1]。

某污泥暫存庫區共有118 個污泥暫存庫，庫內共存有124 萬m3市政污泥，含水率分布范圍為74%～90%。單個污泥暫存庫尺寸為120 m×30 m×5 m，庫容約為1 萬m3。庫區底部和頂部均鋪設HDPE 防滲膜形成密閉環境，以避免產生污泥或滲瀝液滲漏至周邊土體和污泥臭氣散逸問題。按照環保要求，需要將所有污泥取出后進行干化處理，將含水率降低至30%后送電廠進行摻燒。

污泥暫存庫區內污泥來源復雜且垃圾雜質較多，導致污泥性質復雜。污泥暫存庫處于固廢基地內，周邊環境承載力較為脆弱，周邊環境敏感，臭氣控制要求嚴格。每個污泥暫存庫為獨立單元，各單元之間場地狹小、通道窄。綜合上述原因，污泥暫存庫區污泥出庫計劃采用絞吸工藝，通過密閉管道輸送至脫水干化場進行脫水和干化處理。

1 絞吸方案與作業實施情況

1.1 污泥絞吸流程

絞吸工藝源于河道、海底疏浚作業，其原理為：通過轉動絞刀破碎絞松土體，與水混合成泥漿，經過吸泥管吸入泵體并經過排泥管送至排泥區域。經改造、縮小后的絞吸系統用于污泥出庫作業。絞吸作業流程為：施工準備→場地建設→覆膜開口、絞車安裝→穿引纜索→絞吸裝置吊裝入庫→覆膜開口臨時封閉→膜下絞吸→清庫揭膜→庫區回填。

1.2 絞吸系統組成

絞吸系統主要由絞吸裝置、高壓沖水裝置、自由移動裝置、潛浮裝置和自動控制裝置組成。其中，絞吸裝置、高壓沖水裝置和潛浮裝置為膜下作業設備，自由移動裝置、自動控制裝置為岸上作業設備。

1.2.1 絞吸裝置

絞吸裝置包括絞刀裝置和泵吸裝置。絞刀裝置主體為攪動刀頭，通過攪動轉速調整切割不同含水率的污泥。絞刀裝置外形采用梭形設計，上下表面光滑，確保在水平方向行進過程中不破壞上部覆膜和污泥坑底部防滲膜。同時在裝置控制系統中設定水平方向施工邊界和裝置四周加裝側膜防護塊，確保裝置絞刀運轉時不破壞污泥坑四周防滲膜。

泵吸裝置主要為泥漿泵，可將絞刀裝置絞動切削的污泥泥漿抽吸至輸送管道并形成輸送壓力，泥漿泵轉速均可根據泥漿濃度實現自動調節，以達到穩定的泥漿濃度輸出。

1.2.2 高壓沖水裝置

高壓沖水裝置將水流高速射出，混合攪動絞出污泥，使污泥迅速形成含水率95%左右的污泥漿。高壓沖水裝置使用水體為后端污泥干化所產生的污泥濾液，經簡單沉淀、酸堿中和處理后循環利用，以降低水資源的使用。

1.2.3 自由移動裝置

在污泥暫存庫邊安裝4 臺電動絞車，配置電機功率適應的變頻電機。分別固定污泥池的邊的四角，通過控制收放4 臺絞車的鋼絲繩來實現平臺的橫向和縱向移動。4 臺絞車通過在控制室的遙控手柄和觸摸屏來控制，平臺的位置可以通過監控畫面來觀察。

自由移動裝置搭載定位設備和傾角傳感器，可實現泥下精確定位和姿態顯示。依靠庫區周圍四角牽引裝置通過牽引鋼索牽引絞刀裝置進行平面移動，實現無死角絞吸污泥。自由移動裝置具備手柄控制和自動控制相互切換功能，穩定的工況下可按照設定的軌跡自動絞吸。絞刀裝置發生堵泵等故障時，可切換至手動控制，將絞刀裝置牽引至位于污泥庫區出口檢修區進行檢修。

1.2.4 潛浮裝置

潛浮裝置主要用于調節水艙，可自動通過調節壓載水的方式使絞刀裝置潛浮至合適絞刀的泥層進行絞刀作業。

1.2.5 自動控制裝置

監控系統實時收集絞吸作業的過程數據，包括泥漿流量、壓力，沖水泵水量、壓力，水下絞吸裝置的位置、水下姿態的監測。監控系統可通過遠程或就地對絞吸裝置進行控制，實現自由移動裝置、潛浮裝置的使用。監控系統同時可遠程對液壓泵站、沖水泵進行啟停控制，對液壓系統、變頻器及泵機等設備狀態的監測報警。

（1）絞吸裝置的監控。絞吸裝置由液壓系統驅動。液壓站需具備遙控電氣接口，通過控制器實現液壓系統、絞刀、泥泵的遠程啟動、停止等功能。同時通過安裝傳感器，可監測泥泵、絞刀和液壓站的狀態[2]。

（2）高壓沖水裝置的遠程控制、狀態監控。高壓沖水裝置需具備電氣接口，通過控制器實現遠程啟動、停止等功能。同時通過安裝傳感器，可監測沖水泵的流量狀態。

（3）自由移動裝置的遠程操作。如圖1 所示，通過污泥暫存庫邊的4 臺絞車控制移動平臺（膜下絞吸裝置）橫向和縱向的移動/ 聯動，實現膜下移動施工，達到絞吸目的。

圖1 絞吸作業示意圖

單控：單獨控制絞車的正、反轉，用于卷纜、維修等場景。

聯動：左收右放（左移）、右收左放（右移），4 臺絞車以同步速度一收一放，實現平臺橫向移動操作；上收下放（上移）、下收上放（下移），4 臺絞車以同步速度一收一放，實現平臺縱向移動操作。

（4）絞吸作業過程監測。在泥泵出口管路上安裝流量、排出壓力等傳感器，實現過程狀態監測。在膜下絞吸移動平臺安裝傾角傳感器，實現平臺姿態監測。在4 臺絞車滾筒上安裝絕對值編碼器，實現滾筒繩速、繩長監測。在4 臺絞車電機上，必須預安裝增量編碼器。編碼器接入絞車變頻器，進行恒張力控制。通過滾筒編碼器綜合計算可以得出水下絞吸平臺的平面位置。在顯示器上可直觀顯示絞吸過程中的流量、壓力、水下裝置位置、姿態及移動控制等情況，便于更直觀、簡單地進行控制。

（5）視頻監控系統。在污泥絞吸出庫作業現場，根據同步作業的污泥暫存庫范圍，配置相應數量的攝像頭，對現場作業進行視頻監控。數據通過5G 網絡、光纖，傳輸至監控中心。

穿纜裝置具有流線型外形，配備了多個推進器，可在泥下運動，牽引細繩索從膜下一個孔至另一個孔，通過細繩索帶動鋼絲繩完成孔之間的泥下穿越，完成絞吸裝置和岸上牽引裝置的連接，以相同方式完成絞吸裝置的管纜和管纜收放裝置的連接。穿纜裝置配備了多種傳感器，可檢測穿纜裝置的位置、深度等，同時記錄行駛路徑。

管纜收放裝置可根據泥下絞吸裝置的位置自動調節管纜的回收或送出，以確保泥下合理的管纜長度，避免過長纏繞和過短阻礙絞吸裝置推進的問題。管纜收放裝置出繩口設置沖水管，用于沖洗管壁污泥。

絞吸系統還配備高強度電纜、排泥軟管、接力泵站等輔助設備。電纜及排泥管綁扎在一起，通過管纜收放裝置牽引，跟隨絞吸裝置移動。

1.3 現場實施情況

絞吸裝置設計清水流量600 m3/h，實際95%含水率污泥漿流量約300 m3/h，折合80%含水率污泥產量約75 m3/h，日工作時間按8 h 計算，單套設備日產量為600 t/d。

實際投入設備4 套，實際平均日處理能力1900～2400 t/d，保證了施工總體進度。

2 出庫現場布置

由于污泥暫存庫區每個污泥暫存庫均為一個獨立的施工單元，各單元間隔寬度2～6 m 不等，多個單元同時作業施工時需避免交叉施工的影響，特別是自由移動裝置的布置和排泥管、高壓沖水管道的布設。相鄰作業點可共用除雜池，通過除雜格柵隔離過濾污泥漿中的雜質，如圖2 所示。

圖2 現場布置示意圖

2.1 便道布置

場地利用庫區現有間隔區域進行通道布置，通過鋪設鋼板、路基箱進行拓寬加固處理，道路寬度5 m，承載力可滿足設備運輸和施工基本要求。

復方妥英麻黃茶堿片致苯妥英中毒的臨床特征（附3例報告） … ………………… 龐冬清，劉芳，孫陽 297

2.2 岸上設備布置

岸上設備主要包括自由移動裝置、自動控制裝置，主要布置于庫區中間由東往西的主工作便道邊，配置的管道線路隨處理的污泥暫存庫位置變化而調整。岸上設備工作位置的場地平整后，整體澆筑30 cm厚C30 混凝土，作為設備基礎。

2.3 污泥漿調節池

根據需要施工的污泥暫存庫的位置，選擇場地中心區域原有的一個浜塘，進行抽水、清淤、鋪膜，形成一個14000 m3的污泥漿調節池，用于絞吸取出的污泥漿調節，確保設備檢修期間、夜間等特殊時段，后端污泥干化處理能夠連續運行。

2.4 現場施工用電

施工用電引自國家電網提供的臨時施工電源，現場設置變電站一處，現場電源由變電站接入，容量為2500 kV·A。另外，現場配備1 臺640 kW 靜音性柴油發電機組作為應急供電措施。

2.5 現場臨時用水

現場臨時用水主要為生活用水和設備冷卻用水，采取臨時運水車運輸市政用水至項目現場。現場設置10 m3臨時儲水罐等設施進行儲存和使用。

2.6 現場施工排水

現場污水主要為設備檢修維保沖洗用水，通過集水箱，定期排入待處理的污泥暫存庫區膜下，與污泥混合后一并處理。

2.7 接力泵站設置

由于污泥漿輸送至干化處理區域最遠距離為1900 m，需在主輸泥管道上增設接力泵。接力泵站設置于泵前壓力為0.1 MPa 處，約10 m 水頭。經計算L=503.86 m，即需按照500 m 輸送距離配備相應的接力泵站進行污泥漿輸送。

3 清庫揭底膜方案

3.1 清庫工藝安排

每個污泥暫存庫在污泥絞吸至基本完成，底膜表層厚度約20 cm 的浮泥及污泥中垃圾雜質已無法通過絞吸裝置取出，且頂膜部位一般會出現約4 m大幅度下陷時，需要緊隨進行清庫作業。清庫作業主要采用長臂挖機集成絞吸頭的方式進行底部污泥的清理。該方式具有可視化、移動方便、清理能力強、堵泵后易清理、開膜口小等優點。庫底清理時采用分條分區塊進行清理。

清庫作業前先對暫存庫之間的便道的寬度、轉彎半徑、承載加固情況進行檢查，確保滿足挖掘機和土方車輛行走需要。清庫作業首先進行局部切割開膜作業，開膜口大小為6 m×30 m。

開膜完成后，從開膜口將集成絞吸頭送入庫區進行可視化快速清除殘余污泥后，最后對殘存垃圾雜質進行沖洗作業。長臂挖機臂長25 m，展開后能直接清理至庫區底部中間位置。待該部分庫底清理完畢后，移至下個分塊進行庫底清理作業，直至完成整個庫區的清理工作。全部清理完成后，將沖洗后的垃圾雜質挖運出庫。最后人工揭除底膜，并切塊疊放，最終交專業回收單位回收處理。

3.2 臭氣控制

清庫作業中產生的臭味物質一般有以下四類：（1）還原性硫化物，如硫化氫（H2S）、甲硫醇（CH3SH）、有機硫化物（CH3-S-CH3）等；（2）氮化物，如氨（NH3）、胺化物（CH3NH2）等；（3）揮發性脂肪酸，如醛和酮[3]。臭氣控制工作主要分為3 個部分進行：

（1）控制臭氣源頭，減少臭氣泄露點面積。在施工過程中，開膜口形式為分塊劃區、逐步開膜，清理完成一個區域再進行下一個區域的開膜。最大限度減少開膜口的大小，控制臭氣泄漏點的面積，減少臭氣泄漏量。

（2）控制臭氣擴散，及時除臭。在施工作業時，開膜口附近布設一臺移動霧炮噴射除臭藥劑（空氣凈化寶及植物提取液）。該霧炮噴射半徑為20 m，能有效覆蓋施工時的開膜區域，其余區域進行封閉，有效控制臭氣擴散。

（3）出現大規模臭氣泄露時，通過大功率霧炮車對擴散范圍進行緊急除臭。霧炮車靜風覆蓋距離50 m，確保廠界范圍內臭氣濃度符合《惡臭（異味）污染物排放標準》（DB 31/1025—2016）要求[4]。根據需要備用措施采用在清庫作業的污泥暫存庫周邊布設立桿式噴淋設施，以將臭氣有效控制在開膜庫區范圍內。

3.3 雨天措施

清庫作業如遇降雨天氣，立即用防雨篷布及塑料薄膜對開膜區域進行遮閉，防止雨水進入。在周邊加設擋水設施，防止外部水倒灌。同時采用抽水設備對膜上積水進行應急抽排。

3.4 垃圾清理措施

污泥暫存底部在清庫作業末期一般會殘留垃圾雜質，多為石塊、建筑垃圾、土工布、塑料織物等。此類垃圾無法通過絞吸裝置處理，需改用挖掘機進行清理。清理時在已開膜分區內將垃圾先歸堆集中，利用高壓沖水系統對垃圾進行沖洗，清除表面大部分附著的污泥。再使用挖機鏟斗焊接刮板對歸堆垃圾雜質進行出庫外運。刮板前端利用軟性橡膠包裹，防止損壞底膜。

4 安全管理措施

所有現場施工人員必須佩戴正壓式呼吸器、防護手套等勞防用品。同時在作業周邊配備便攜式復合氣體監測儀，隨時監測有毒有害氣體濃度。

清庫作業階段需要在污泥暫存庫四周設置警戒圍欄，防止人員跌入。

開膜時應先測量好開膜范圍，在膜上做好開膜標記。開膜時嚴格按照開膜范圍進行開膜，不得私自擴大開膜范圍。開膜時應先劃短邊，再根據短邊長度通長開膜。開膜時應緩慢開膜并隨時監測有毒有害氣體濃度，避免快速劃開后，膜口附近有毒有害氣體急劇上升，造成安全隱患。

庫區膜上積水需及時抽排，膜下污泥厭氧發酵后產生的氣體需要定期抽取后集中處理，防止造成膜損壞。

清庫完成后需要及時進行土方回填，以避免庫區滑坡。

5 結語

暫存污泥處理是目前國內常見的環保工作任務。在污泥取出的過程中既要滿足后端處理接收的需要，又要避免對環境造成二次污染，因此需要結合污泥特性、暫存的情況綜合考慮取泥方案。通過研發污泥絞吸系統，并采用絞吸方法在不揭膜的情況下進行大規模取泥，結合清庫階段實施的相應除臭措施，保證了整個作業過程環境因素受控，實現了工程目標。絞吸出庫過程中有以下注意要點：

（1）作業過程中應通過遮蓋、擋水、抽水、降水等措施做好庫區周邊的排水降水工作，以免地下水和雨水混入，造成污泥漿總量增加。

（2）污泥絞吸作業與清庫作業應及時銜接，在絞吸出泥量不連續的狀態下應及時分析原因，具備清庫條件時及時切換作業設備，避免時間過長頂膜下陷后拉動壓頂土體松動坍塌。

（3）清庫作業應分區分塊，穩步推進，每個作業面暴露不宜超過180 m2,避免大面積暴露后造成臭氣外泄無法控制。