【摘 要】本文结合目前城市河湖环保清淤泥存在的问题对环保清淤泥固化技术工艺进行了探讨，并对该技术的应用效果进行了评价，以供同仁参考。
【关键词】 城市河湖环保清淤；淤泥脱水固化处理技术；应用效果
一、序言
环保清淤是为改善水质和水生态而进行的清淤，目的是减少二次污染。相对于一般清淤工程，环保清淤的特点有以下四点:一是清除对象主要是悬浮于淤泥表层的胶体状悬浮质及表层污染淤泥；二是严禁由于施工机械的振动而造成的二次污染；三是在清除表层污染底泥的同时要保护下层底泥不被破坏，有利于水生生物种群的恢复和建立；四是清淤过程中要做好淤泥和尾水的妥善处置。环保清淤泥的无害化和资源化利用技术是采用淤泥固化技术将清理的淤泥进行固化处理，使淤泥转化成工程所需要的土方进行资源化利用。
淤泥的固化处理是利用化学方法将淤泥中有毒有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。固化所用的惰性材料称为固化剂。固化过程有的是将有害废物通过化学转变或引入某种稳定的晶格中的过程，有的是将有害废物用惰性材料加以包容的过程。经过固化处理后的淤泥具有强度高、渗透性低的性质，可以根据工程使用要求来设计处理固化材料配方，一次处理便可以达到工程使用要求。将清理的淤泥进行固化处理后，原先存在的污染物被包裹吸附在固化体内，不易向外界扩散，各项指标均能满足国家环境标准。固化处理后的污泥可作为堤防加固工程、道路工程、填海工程的填方材料使用。
二、目前城市河湖环保清淤泥存在的问题
(1)底泥调查的目的是为确定清理位置、范围、深度及清淤方式，为制定环保清淤方案提供依据。底泥调查的内容包括水下地形测量、底泥勘探及淤积量计算、底泥污染状况调查，但目前底泥调查尚无成熟的技术规范可参照，一般只是参照已有的生态清淤工程经验开展调查。
(2)国内在清淤精度控制方面也与国外存在着很大差距，而且目前尚无技术规范，垂直精度只能控制在20cm之内。为提高清淤精度，可在挖泥船上配置先进仪表设备，如传感器、断面监视仪(DPM}、污染监视仪(DRM)、全球定位仪(GPS)、载波相位实时差分测量技术(RTK)等。
(3)在实际工程中，除了挖泥设备和人工操作，外界条件如风、水流、水下泥质等都会对湖底沉积物形成干扰，引起细颗粒的再悬浮，甚至会污染扩散导致二次污染。因此，对于清淤施工设备的设计和开发提出了更高的要求，确保做到无扰动清淤，彻底防止底泥的二次污染。
(4)目前，国内几乎所有的清淤工程都没有开展清淤区水体生态系统的重建的影响研究，特别是对底栖生物的影响等研究在国内外仍是一片空白，因此需要建立必要的生态风险评价指标与评价方法，用来定量分析清淤工程对生态环境的影响程度。
(5)目前国内较先进的清淤技术是环保清淤及固化一体化技术，该技术是将淤泥吸取、淤泥连续固化和余水循环处理的设计理念串联起来，形成一个整体，特别适用于土地资源紧缺地区的河湖清淤工程施工。该技术已在太湖贡湖、扬州城市河道、广州城市河道及海口市城区河道等清淤工程中得到广泛应用，且清淤效果良好。
三、环保清淤泥固化工艺流程及技术要点
城市河湖淤泥的固化处理包括：底泥疏挖、输送、脱水干化、运输和处置。针对不同的水体状况，采取的方案不尽相同。泥清淤工艺既要考虑工程实施中技术上的可行性及经济上的合理性，又要满足环境保护的要求，在实施过程中不造成二次污染。综合目前国内已有的清淤疏浚设备和开发的大流量机械脱水设备，根据城市河道清淤工程的特点，采用如下图所示的整体工艺方案。
清污（清淤）是综合整治规划的重要组成部分。国内长期采用挖掘和围堰干化的方法清淤脱水，造成比较严重的二次污染。国外有快速脱水技术，但是不适合国内大流量处场合。本技术就是针对国内这个主要矛盾，结合纤毛带式浓缩脱水设备，开发出一套完整的清淤机械脱水解决方案和相关设备。该套设备具有国家发明专利证书。相关的发明专利证书详见施工设备配置。
在此以海口美舍河清淤工程为清淤示范工程，主要内容是通过高效环保的方式清除河道淤积的底泥，并配合适宜的技术方法，将淤泥处理处置达到填埋标准。为今后的清淤及淤泥处理积累经验。针对美舍河的现场情况，清淤采用绞吸式挖泥船开挖并泵送到岸上，然后淤泥处理采用岸上快速干化站方案。具体包括：河底淤泥疏挖、输送、快速干化、脱水淤泥转运等。由绞吸式船泵组泵送上来的泥浆通过管道输送到岸上的移动式快速干化站。移动式快速干化站由垃圾分拣设备、淤泥浓缩设备、脱水设备、加药设备以及干淤泥输送设备等组成。清淤及淤泥干化固结程序如下图2所示：
四、针对性的淤泥快速脱水固化处理方案
根据海口市供排水水质监测站于2014年11月对美舍河河底进行取样检测分析，底泥取样地点为美舍河文明东路东风桥处河段，底泥检测指标包括含水率、有机物含量、总铬、总镍、总汞、总锌、总铅、总镉、总砷以及总铜一共十项指标，具体检测值见表1：
4.1淤泥性质分析和对策
美舍河属于典型的海口感潮河段，流经城市密集生活区，所以此河道的常年沉积淤泥主要受生活污水和少量工业污水污染，又受到海水成分的影响。从检测情况来看，此河段底泥现状质量超过海洋沉积物质量标准中第二类质量要求的指标有有机碳、总汞、总锌和总铜，超标倍数分别为0.97、0.98、0.66、5.88 倍。底泥中的重金属主要以稳定的沉渣物形式存在，离子状态浓度很低。
底泥中含有大量的受到海水影响的腐殖质，根据以往的工程经验，这类腐殖质的特性对淤泥的脱水有非常大的影响，并且不同的河道腐殖质的性质差别很大，所以必须要经过比较严格的淤泥采样、调理和压滤测试，才能确定脱水的淤泥调理工艺和实施方案。我们经过为期一周的现场采样测试。
4.1.1采样
采样方式：
（1）采样点布局原则：从清淤起点海府一横路0+0开始每100米在同一横断面上等距采集2个点，整个清淤河段总共2000米，共40个样品。另外，在每个排污口附近采样，共16个。总共采样点56个。
（2）考虑到美舍河的底泥到水面的深度不大，采用自制的锥形浅水采样器，采样深度可达到2m，采用水面上对采样器加压深入淤泥的方式，可以采集到比较坚硬的底泥，保证采集的样品与实际施工的淤泥基本一致。
4.1.2试验
受海水影响过的腐殖质直接投加絮凝剂，不能形成足够好的成型特性，虽然絮凝状况可能会好，但是压滤性能很差。这种淤泥通常必须改变颗粒的表面性质，对腐殖质胶体解胶后才能投加絮凝剂絮凝。模拟绞吸船绞吸泥浆需要在原状泥基础上增加4～10倍的水，为进行严格测试，本次测试采用增加4倍水方式进行。本次测试遵循三个原则：
（1）为保证淤泥性质在实验保存过程中不发生变化，淤泥调理絮凝及脱水工艺试验采取现场进行的方式。
（2）采用容易大量采购的铝盐、铁盐、钙镁盐、表面活性剂及树脂解胶剂等进行改性测试。
（3）另外，处理药剂必须所有施工段统一配方，避免因采购问题造成工期的不确定。
4.1.3结论
经过56个样品分析测试，经过正交设计优选，采用铁盐和树脂解胶联合作用对淤泥改性，然后投加中等离子度高分子絮凝剂，可以达到非常理想的效果，可采用同一种配方施工，淤泥的成形特性、药剂投加量也可以达到最佳效果（脱水淤泥试验平均含水率40.5%），同时可以获得比较高的设备运行效率。
4.2（SPER）淤泥快速脱水固化处理工艺
改革开放30多年来，中国内地注重经济发展，忽视了环境保护，使得曾经养育了人民的纵横交错的水网受纳了大量的工业废水和生活污水，河道和湖泊的水质严重恶化，多数河（湖）水变黑发臭，鱼虾不生。河（湖）水质污染严重影响着城市居民的生存环境和阻碍了地区经济可持续发展和现代化建设进程。因此，河道和湖泊的综合整治已经到了刻不容缓的地步。
清污（清淤）是综合整治规划的重要组成部分。国内长期采用挖掘和围堰干化的方法清淤脱水，造成比较严重的二次污染。国外有快速脱水技术，但是不适合国内大流量处场合。本技术就是针对国内这个主要矛盾，结合纤毛带式浓缩脱水设备，开发出一套完整的清淤机械脱水解决方案和相关设备。
淤泥处理的关键就是脱水，传统方法是在一大片空地上设置围堰让淤泥自然风干，但这种方式的脱水周期长，会让周边空气变得恶臭难忍，而且要占用大量土地资源。现采用新技术变淤泥为“饼”，清淤机器开动后，淤泥第一步先通过管道泵送上岸进行垃圾分筛，第二步进行砂石分离，然后就进入关键的泥浆压缩平台对淤泥进行脱水处理，最后被压缩的泥饼堆放在岸边等待外运。
这套设备的核心技术就是淤泥浓缩机，由一个金属滚筒碾压输送进机器的淤泥。“就像磨豆浆一样，把淤泥中的水分挤压出去，经过脱水后的淤泥体积可减少70%”。压缩处理后的淤泥已经风干成饼，值得一提的是，这种处理方式压缩的淤泥没有臭味，而且不容易松散。这些干泥可以作为绿化用土，从而实现淤泥的资源化利用。
由绞吸船上的泥浆泵吸入的底泥含水率约90%，吸入的泥浆中含有大量的砂石和垃圾。为了减少砂石和垃圾对后续脱水机滤带的损伤，先将垃圾和大的石块分离出泥浆，除砂和垃圾后的泥水先进入储浆池缓冲，再由储浆池的污泥泵泵送至泥浆浓缩平台。泥水通过调理剂的改性和絮凝剂的凝聚作用，凝结成大的絮状物，通过浓缩设备，泥浆中的大部分水被过滤出去，浓缩的淤泥直接进入后续脱水设备，过滤的清水排放，部分回用于清洗滤带和溶解药剂。浓缩后的淤泥经过脱水设备的卧式絮凝装置进一步絮凝，形成易脱水的絮凝体，在过滤网带的作用下，污泥被压成含水率小于50%的泥饼。压滤出的水回到前级储泥池，脱水泥饼由传送带输送至紧随的运输设备外运。此过程可将从河道泵送上来的垃圾砂石、淤泥以及清水做彻底的分离。本方案与目前国内较流行的围堰脱水方式相比，具有以下特点：
（1）占地少，处理能力为100m3/h 水下方的机械脱水系统，占地仅 200m2。
（2）低能耗，100m3/h 处理设备总装机功率60kw，实际运行功率 20～30kw 左右。
（3）脱水周期短。从淤泥泵送进入系统到出泥饼，大约需要 3~5分钟。
（4）对环境影响小，带水清淤没有臭味。脱水过程可除去淤泥中的臭味。
（5）垃圾、砂石及淤泥分离，方便于后续的淤泥资源化利用。
4.3机械脱水设备关键技术
本工艺的关键单元设备——污泥脱水机、浓缩机是在使用特制的纤毛滤布的基础上实现了小型化、高效率、高产量、低能耗的独特的脱水设备。以下简要介绍其原理和特点。
（1）纤毛滤带脱水过程脱水前：由于基布上有纤毛站立，基布的开孔率大，滤液能顺利地大量过滤，且立毛未挤压前的摩擦系数最大，捕捉污泥量多，且不易漏失。脱水时：过滤压力增加，使纤毛往同方向平躺，增加基布表面的密度以防止污泥悬浮物渗漏，即使在加压下，仍能藉由纤毛的毛细管现象，继续过滤脱水，有效的解决污泥侧漏情形。脱水后：除去压榨污泥后，纤毛会站立立即恢复原状，泥饼会被弹起完全剥离，泥饼剥离性佳，毛端上污泥残留少，不易阻塞，清洗水量相对减少。
（2）纤毛滤布的特点
（a）表面倾斜长毛为一定方向植入，利用毛细管原理，具有优良的过滤水特性，滤速特快。
（b）恢复性好，与固形物（SS 污泥）的接触采用点面接触，所以固形物（SS 污泥）不易附着在滤布上，其污泥的剥离性好，污泥与滤带分开容易，清水的回收率好，对粘性高的污泥其处理效果特别明显。
（c）有优异的耐油性及耐药性，纤维结少，不容易受污。
（d）因滤过性非常好，最适合浓缩用。
（e）因为尺寸稳定，过滤毯不会因伸展及收缩而发生皱褶，行走稳定。
（f）因交接部分是用可拆分结构的方式加工，所以滤布更换方便。
（g）滤布的寿命在一般的使用情况下，为8000小时以上。
（3）纤毛带式污泥脱水机总体性能。
（a）滤带底网的空隙是常规滤带的数倍大，滤液可更快的通过，并且易于清洗。
（b）滤带表面的方向性纤维特有的毛细现象，大幅度提高挤压脱水效率。
（c）滤带表面的纤毛可有效地阻止污泥流失，极大减轻挤压时侧溢现象。
（d）污泥不粘滤布，易于剥落，可减少清洗用水量。
（e）重力浓缩效果好，可缩短重力浓缩区，设备结构简单，维护容易。
（f）采用光电检测，机械纠偏，把噪音和震动降到最低。
（g）电耗、水耗低。
4.4淤泥处理施工图片
五、环保清淤泥固化技术工程应用效果
对于清淤后的固化淤泥，我们应对其重金属及有害物质的稳定性；同时还应对其浸出液毒性进行检测，检测项目包括浸出液的铅、锅、总铬、铜、锌、镍、钡、被、银、砷、汞、硒、六价铬、氰化物、氟化物、烷基汞等共16项指标。检测结果如表3所示。
检测结果表明，固化后25d及以上淤泥总镉(Cd)、总汞(Hg )、总铅(Pb)、总铬(Cr)、总砷(As)、总铜(Cu>、总锌(zn)、总镍(Ni),总硼(B),总氰化物,挥发酚,矿物油,可吸附有机卤化物、多氯联苯(PCBs),苯并(a)芘，二恶英类等指标均符合《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》(CJ/T291-2008)污染物控制项目浓度限值要求，达到了无害化处理的效果，从污染物控制指标角度考虑，固化后25d(及以上)的淤泥可以作为土地改良用土和工程用土。
总之，该技术实现了淤泥无害化处理和资源化综合开发利用，化害为利，缓解了日益严峻的疏浚淤泥处置问题，又可以解决工程用土紧缺的难题，环境效益、社会效益良好，值得推广。
参考文献：
[1]赖佑贤.广州市河涌淤泥固化技术应用研究[J].广东水利水电，2010(4): 50-51.
[2]孙士玲.城市疏浚污泥早强固化试验研究[L].武汉科技人学硕士学位论文，2008.
论文作者:林亦夫
论文发表刊物:《低碳地产》2016年7月第14期
论文发表时间:2016/11/8
标签：淤泥论文; 清淤论文; 污泥论文; 纤毛论文; 设备论文; 工程论文; 技术论文; 《低碳地产》2016年7月第14期论文;