淤泥固化及資源化技術在東引運河內源治理工程中的應用

摘要：近年來，隨著我國對黑臭水體治理要求的提高，清淤量逐年上升，河道淤泥處置已成為推進水生態建設的關鍵。以廣東省東莞市東引運河流域樟村斷面內源治理工程為基礎，介紹了一套完整的河道淤泥處置技術，運用機械脫水工藝可將含水率95%的淤泥脫水至含水率40%，實現了污染淤泥減量化和無害化的目標，較好地解決了淤泥二次污染和消納場地不足等問題。

關鍵詞：河道淤泥；固化處理；機械脫水；資源化利用

引言

2019年3月，廣東省東莞市生態環境局組織編制《2019年東莞市樟村國考斷面水質達標攻堅方案》，明確指出“重點整治城鎮河涌，堅決攻堅，促進2019年國考樟村斷面水質全部達標（V類）”。東引運河流域樟村斷面位于東莞市東城街道花園新村紅川路橋，控制流域面積為843 km2，包括了東引運河至寒溪河流域的東城街道、松山湖高新區（生態園），以及橋頭、企石等13個鎮街。

松山湖（生態園）內源治理工程是東引運河流域樟村斷面綜合治理的一項重要工程，主要內容是河道清淤、淤泥固化處理及資源化利用。治理范圍包括干支流河涌（排渠）20條，河涌整治長度29.8km，采用異位處理工藝，清淤總量67萬m3，日高峰清淤量為3800 m3/d（水下方），采用機械脫水處理工藝，設置淤泥固化場、泥餅消納場各1座。本項目的目標是在控源截污的基礎上，通過清淤及淤泥處置實現城鎮內河涌消除黑臭，對樟村斷面達到地表Ⅴ類水質形成有力保障。

1污染現狀

由于污染物排放超過環境容量，導致東引運河流域河道淤積嚴重，景觀和生態功能嚴重退化。根據監測點位所在河段2019年1～6月平均水質數據顯示，除南畬塱排渠和埔心排渠在個別月份達到V類水標準外，其余河涌均為劣V類，氨氮為該片區主要特征污染物，其次為TP和COD。淤泥中重金屬鉻（Cr）含量指標超出《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618-2018）篩選值，水體與淤泥污染嚴重，河涌水體黑臭。

清淤施工之前，本項目的中坑二渠、西溪河等13條河涌呈現重度黑臭，淤泥淤積嚴重，水體表面有明顯氣泡冒出，現場調研時就能聞到刺激性氣味，旱季河水流速較慢，河道生態系統嚴重破壞；大圳埔排渠、角社排渠等4條河涌輕度黑臭，少量淤泥淤積，河道生態系統一般破壞。

2技術路線

2.1原狀淤泥檢測

本項目部委托第三方檢測公司于2020年4月對擬清淤河段進行了取樣檢測，分別檢測了含水率、pH、有機質、重金屬含量指標及土工指標。根據檢測結果，土質為粉質粘土，平均含沙率33.9%，平均含水率57.4%，重金屬Cr含量偏高，超過《綠化種植土壤》（CJ/T 340-2016 ）III級pHgt;6.5限值和GB 15618-2018篩選值（其它pHgt;7.5），無害化處理后可放置于消納場或用于工程回填土。

2.2處理方法比較

淤泥處理的原則是“減量化、穩定化、無害化和資源化”。按照處理位置的不同，主要分為原位處理和異位處理2大類。原位處理指無需進行采挖疏浚，直接在淤泥上采用覆蓋、鈍化與生物修復等方法來去除和穩定淤泥中的污染物；異位處理指對淤泥進行清淤疏浚移至岸邊或處置場后，再對淤泥進行處理[1]。

原位處理存在較多的局限性，主要體現在對河道生態的負面影響和施工難度大；異位處理可有效減量化河道淤泥，處理工藝相對環保，是目前主流的處理方法。異位處理方法包括攪拌固化法、機械脫水法、土工管袋法、真空預壓法等，其中，機械脫水法具有較大優勢，可分離垃圾、沙料達到減量化目標，脫水淤泥體積可減少30%～40%[2]，本項目設計采用異位處理的機械脫水法。

2.3脫水設備比較

機械脫水法中脫水設備有離心式脫水杋、疊螺式脫水機、板框壓濾機、帶式壓濾機等，但各種設備都有其優缺點。

2.3.1離心式脫水機優缺點

離心式脫水機是通過高速旋轉產生的離心力將物料所含的水分甩出去，泥漿可不經濃縮直接進入設備。但離心式脫水機受污泥負荷的波動影響較大，對運行人員的素質要求較高，且目前國內只能生產小型離心式脫水機，因此本項目不推薦使用。

2.3.2疊螺式脫水機優缺點

疊螺式脫水機利用螺桿直徑和螺距變化產生的擠壓力，以及游動環和固定環之間的微小縫隙，對污泥進行壓榨脫水實現固液分離。疊螺機占地面積小，運行成本低廉，但不適用無機污泥脫水，處理能力偏低，泥餅含水率較高，本項目不推薦使用。

2.3.3板框壓濾機優缺點

板框壓濾機由濾板、濾框和濾布相間排列組成，利用壓力對進入濾室的污泥進行固液分離。板框壓濾機泥餅的含固率高、濾液清澈、調理藥劑消耗量少，對物料的適應性強，是目前最為成熟的脫水設備，缺點是不能連續生產，設備及配套土建投資較大。

2.3.4帶式壓濾機優缺點

帶式壓濾機由濾帶、輥壓筒、濾帶張緊裝置等組成，泥漿隨上下2條濾帶緩慢前進，被張緊的濾帶壓榨而實現脫水。帶式機是一種連續給料、連續出餅的脫水設備，受淤泥負荷波動的影響小，運行能耗低，設備投資費用約為板框機的50%，但對泥漿調理的要求較高。

2.3.5 小結

上述機械脫水設備的比選結果如表1所示，板框壓濾機運行穩定，物料回收率高，帶式壓濾機管理和操作相對簡單，可彌補板框壓濾機不能連續生產的缺陷[3]。因此，本項目采用板框壓濾機與帶式壓濾機相結合的方式進行淤泥固化處理，通過調整配置與使用比例實現生產效益最大化。

3工藝設計

3.1技術指標

松山湖（生態園）淤泥固化場位于大圳埔支渠南岸，橫瀝立交橋與超橫路交叉路口，占地面積約4.3萬m2。根據淤泥機械脫水技術要求，淤泥固化場設有除渣、沉砂、濃縮、調理、壓榨、尾水等系統，各項技術指標如表2所示。

3.2工藝流程

河道淤泥運輸至固化場，經篩分設備將垃圾與石塊等雜質分離出來，泥漿進入沉沙池進行泥沙分離，去除比重較大的沙粒；經初步沉淀后的泥漿進入濃縮池，利用重力沉降作用進一步濃縮淤泥，上清液進入尾水系統處理，池底淤泥泵送入調理池，添加一定比例的固化劑進行調理調質，調理后泥漿通過渣漿泵送入脫水車間壓濾脫水，分離成泥餅和壓濾液，泥餅外運至消納場，壓濾液進入尾水系統處理后達標排放。淤泥固化場工藝流程如圖1所示。

3.3系統組成

淤泥固化處理技術是集高效的淤泥固化調理、脫水固化和尾水處理為一體的淤泥復合固化處置集成技術，選用高效的淤泥篩選系統、淤泥調理系統、外加劑添加系統、攪拌固化系統、脫水固結系統、尾水處理系統、淤泥固化土資源性利用系統和環境監測系統組成復合型工藝設備集成系統。整個系統由清淤系統、篩分系統、濃縮系統、調理系統、壓榨系統和尾水處理系統組成。

3.3.1清淤系統

東引運河流域樟村斷面多為城市河道，兩側工業區、居民區較多，干支流較為分散，為減少對周邊環境的影響，綜合考慮河道水文及運輸距離，擬定采用絞吸清淤、水上挖掘機和人工水力沖挖3種清淤方式。通航河段采用絞吸船清淤方式，淤泥輸送采用管道輸送；非通航河段采用水上挖掘機及人工水力沖挖的清淤方式，利用泥駁船或封閉式自卸汽車輸送至固化場。

3.3.1.1絞吸清淤

絞吸清淤由絞吸式挖泥船完成。絞吸式挖泥船利用絞刀將河床淤泥打碎，使其與河水混合成泥漿，通過渣漿泵吸收并輸送至固化場。絞吸清淤的淤泥清除效率高，輸泥方便，對水質影響小，適合清淤規模較大的河涌。本項目南畬朗排渠和大圳埔排渠清淤長度12.6km，清淤量40.9萬m3，設計采用絞吸式清淤。

3.3.1.2水上挖掘機

水上挖掘機憑借底盤浮箱，可懸浮在淤泥或水上并自由行走，適合在非通航區域內進行清淤作業，輸送上岸的淤泥含固率高。水上挖掘機清淤方式適用范圍廣，成本較高。本項目坑尾排渠、埔心排渠、文廟排渠、下沙排渠、寮步河、西溪排渠等采用水上挖掘機清淤。

3.3.1.3人工水力沖挖

人工水力沖挖需在河道兩端設置圍堰，將河水抽空后用移動式吸泥泵配合高壓水槍進行作業。可在狹窄的空間內施工作業，操作方便，泥漿質量較好，但施工效率相對較低，適合近距離作業[4]。本項目中坑一渠、中坑二渠、田邊排渠、張坑排渠、寮步七支渠、良邊上圍排渠等采用人工水力沖挖清淤。

3.3.2多級篩分

清淤泥漿含有大量的垃圾雜物，輸送至固化場后要通過篩分系統將垃圾雜物分離出來。篩分系統由斜篩、沉沙池、滾筒篩、洗沙機組成。上岸泥漿先經過斜篩再進入沉沙池收集；然后由立式抽沙泵配合長臂挖掘機提升至滾筒篩，滾筒篩將粒徑＞2.0mm的垃圾和礫石分揀出來，泥漿進入由洗沙輪和脫水篩組成的洗沙回收一體機；再由洗沙回收一體機將粒徑介于0.075～2.0mm之間的沙粒清洗并回收，粒徑＜0.075mm的粉粒和黏粒形成的泥漿進入后續濃縮系統。

3.3.3濃縮沉淀

經過篩分除渣后的泥漿進入濃縮池，在重力沉降作用下，分離出淤泥中的間隙水，提高淤泥含固率，便于后續機械脫水。經過濃縮池自然沉淀的淤泥輸送至調理池，上清液進入尾水處理系統。

3.3.4調理改性

淤泥理化調理機理是通過添加化學物質改變淤泥細顆粒組成結構和分布狀態，改變淤泥漿體內部粘滯性，減少水體阻力，泥漿濃縮沉淀后，自行流入調理池，通過攪拌機對泥漿的攪拌，加速所添加化學物質有效成分的釋放，并保證有效成分與泥漿充分反應，實現對泥漿的調理調質及均化[5]。

經濃縮后的泥漿通過潛水式吸泥泵輸送至調理池，在調理池內投加一定比例的固化劑，由安裝在池頂的攪拌機進行攪拌，從而改善泥漿內部的粘滯性，改變淤泥顆粒與水分的跟隨性，使淤泥易于脫水。待固化劑有效成分完全釋放并與泥漿充分反應后，泥漿調理均化完成。

3.3.5壓濾脫水

泥漿完成調理后，通過渣漿泵送入脫水車間進行壓濾脫水。脫水車間由7臺板框壓濾機和2臺帶式壓濾機組成[6]，脫水后泥餅可用于堆填或加以資源化利用，壓濾水和濃縮池上清液進入尾水處理系統。7臺高壓隔膜板框壓濾機，單臺過濾面積600m2，處理能力80m3/h，合計處理能力560m3/h，脫水后泥餅含水率可降至40%以下。2臺分體式帶式壓濾機，濾帶寬度3m，單臺處理能力85m3/h，合計處理能力170m3/h，可24h連續運行生產，脫水后泥餅含水率為60%～70%，經風干晾曬5d后，泥餅含水率可降至50%左右。

3.3.6尾水處理

由于清淤時河道淤泥被打碎，強化了污染物的釋放，使尾水中含有大量的富含于淤泥中的有機物、氮、磷、重金屬等污染物質，而這些物質大部分附著在細顆粒上、懸浮在尾水中，很難沉降，因此需要采取有效措施加速尾水中細顆粒的沉淀[7]。本項目采用混凝與高效沉淀工藝，處理規模20000t/d。濃縮池上清液和壓榨機產生的壓濾液經過尾水一體化處理設備處理，污染物去除率可達90%，出水指標（COD、SS、氨氮、TP）滿足《廣東省水污染物排放限值》二級排放標準（DB 4426-2001）。尾水處理工藝流程為尾水自流進入收集池，由3臺清水泵提升至混凝池；在機械攪拌的作用下原水與藥劑混合形成絮體，通過控制機械攪拌的速度并投加絮凝劑，小絮體進一步聚集形成穩定的大絮體；形成大絮體的污水進入高效沉淀池，在重力作用下，絮體沉降在淺板上并滑落至泥斗中，達到泥水分離的目的，污染物質也從水體中分離；沉淀下來的污泥通過抽泥泵排入濃縮池，與泥漿混合后進入脫水車間壓榨；去除污染物的上清液排入清水池，由清水池排入受納水體，清水池中儲存的清水可作為沉淀池反洗水、固化場沖洗水或溶藥箱配藥用水。

3.4資源化利用

松山湖淤泥固化廠處置后的淤泥可直接用于園區內的建筑工程回填土及園林綠化土。泥餅各項環保指標滿足CJ/T 340-2016 III級pHgt;6.5限值、《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600-2018） 篩選值（第二類用地）和GB 15618-2018篩選值（其它pHgt;7.5）的標準。本項目泥餅的資源化出路有效解決了尾泥消納的占用土地問題，不但節約了土地資源，而且實現了淤泥資源化利用目的。同時，尾水經過廠內一體化設備處理后還河補水，無需納管輸送市政污水處理廠進一步處理，實現就地尾水零排放。

4建設及運行成本分析

4.1建筑工程費

淤泥固化廠建設工程內容包括場地平整、臨時水電及道路、項目經理部、淤泥處理構筑物、尾水處理構筑物、板框機支架鋼結構工程、拆除及復墾工程，建筑工程總造價1587.6萬元，方泥消耗建筑工程指標23.69元/m3（水下方）。

4.2運行維護費

松山湖淤泥固化廠自2020年9月下旬正式投產運營，次年5月完成清淤淤泥固化，歷時7個多月，淤泥處置總量670000 m3（水下方），泥餅量446667 m3，運行費用包括人工費、藥劑費、電費、淤泥處置設備臺班費及臨時措施費，生產臺賬顯示水下方運行費用為132.88元/m3。

結論

城市河流水環境治理工程中，淤泥的減量化、無害化處置是削減河流內源污染的重要措施。本項目于2020年7月正式開工，2020年9月投產，2021年5月完成全部淤泥處置工作，淤泥處置總量67萬m3，輸出泥餅44萬m3，含水率35%～45%，呈硬塑狀，相比水下淤泥體積減量50%，處置后的淤泥各項指標符合環保要求且全部就近用于附近鎮街工程回填土及園林綠化土，基本做到內部消納，無需外棄土方造成二次污染。

淤泥固化處理及資源化利用技術是適應新形勢下的水環境治理技術，與傳統技術相比，具有明顯的社會效益、經濟效益和環境效益。建設用地比同類技術減少20%～30%，固化場運行處理能耗低、效率高，施工環境不受氣候影響、不擾民，建設成本低且設備可以周轉使用。

以實際施工生產為基礎，對松山湖（生態園）淤泥固化處理及資源化利用技術進行研究和總結。工程實踐表明，淤泥固化處理技術與資源化利用在東引運河流域樟村斷面松山湖（生態園）內源治理工程中是成功的，可滿足水環境綜合治理的要求，有效解決內源污染淤泥量大、淤泥重金屬超標及消納場地不足等難題，實現河湖淤泥減量化、穩定化、無害化、資源化的目的，對類似工程具有參考價值。

參考文獻

[1]張春雷，管非凡，李磊，等.中國疏浚淤泥的處理處置及資源化利用進展[J].固廢處理與處置， 2014（12）： 95-99.

[2]曹金清，王崢，王朝旭，等.污染水體淤泥治理技術研究進展[J].環境科學與管理，2007，32（07）：106-109.

[3]胡保安.環保疏浚泥漿脫水干化技術研究進展[J].水資源與水工程學報，2009，20（04）：132-136.

[4]林莉，李青云，吳敏.河湖疏浚淤泥無害化處理和資源化利用硏究進展[J].長江科學院院報，2014，31（10）：80-88.

[5]畢濤，西偉力，王旭東，等.絮凝劑在河湖污泥脫水中的應用研究[J].環境科學與管理，2012，37（01）：113-119.

[6]鄧偉斌，羅鋒.東莞運河河道淤泥處理試驗研究[J].中國給水排水，2013，29（11）：73-76.

[7]霍守亮，荊一，程靜.環保疏浚余水處理試驗研究[J].環境科學研究，2005，18（01）：49-52.

作者簡介

孫先鋒（1984—），男，漢族，遼寧大連人，本科，工程師，主要從事水環境綜合治理工程項目管理工作。