城镇黑臭河涌底泥处置技术研究

卓林园，夏 琪，许业辉，赵俊逸，朱良文

(中国建筑第五工程局有限公司，湖南 长沙 410000)

近些年，随着城镇建设和工业社会的快速发展，再加上前期不注重环境保护、城镇扩张规划不完善，城镇河涌水体黑臭，水质发生恶化，出现黑臭水体，河床底的土壤受污染严重，河涌自净功能丧失，这成为日益突出的问题，给城镇形象和市民的身体健康带来危害。随着国家对环境保护的日益重视，以及城镇居民对美好环境的向往，国家开始大力整治环境问题。

中山市中心组团黑臭(未达标)水体整治提升工程(项目一)处于中山市行政区域内。施工范围为港口镇40条水体，建设内容包括截污工程、河涌范围现状污水管道检测与修复工程、调蓄工程、清淤工程、生态修复工程、水系循环和补水工程、岸线修复和生态护岸工程、底泥处置处置工程、水务信息化建设工程、人工湿地、河道养护等。其中黑臭河涌底泥含水率较大，可塑性低，且含有大量生活垃圾，如何处理处置这些带有污染性的底泥就成了水体治理过程中面临的难题之一。因此对黑臭河涌底泥进行处理处置，有利于改善河涌水质，恢复河涌生态系统的良性循环，提升城镇的面容面貌，营造可持续发展人居环境，从而带动中山市经济社会的发展。

在治理过程中，清除涌内污染物(底泥)至关重要。首先对涌内污染物底泥泥质进行污染物释放试验，确定有机质及重金属的含量，从而确定清淤厚度及底泥处置处置方式等。河涌底泥一般由三部分组成，自上而下依次是污染层、过渡层、正常底泥沉积层，对于底泥中的氮、磷分布情况，国内外学者普遍认为底泥中的TN、TP的浓度自上而下依次降低，而对水质富营养化起直接作用的NH3-N和可溶性磷的浓度自上而下依次增高。对本工程的底泥进行分类检测后，试验结果表明涌内底泥有机质及重金属含量严重超标，其中COD、NH3-N和TP检测值分别为1 811.4 mg/(m2/d)、238.5 mg/(m2/d)、16.391 mg/(m2/d)，远远超过土壤背景水平。因此本工程河涌底泥不适用作农用污泥，如采用传统干化和填埋，将产生严重的二次污染，必须进行有效处理处置。

1.1 清淤方式选择

根据现阶段掌握的资料文件并结合实地调研以及初步勘探结果，确定清淤厚度=现状河底高程-规划河底高程，计算结果为50 cm，因此清淤时将底泥平均清淤厚度控制在50 cm。常见河涌清淤方式主要有干法清淤和湿法清淤，表1根据清淤特点列举了常见的几种清淤方式。

表1 常用河涌清淤方式划分

本工程从清淤减量化和最终处置角度出发，进行多方面综合考虑，在底泥处置中充分融入“一河一策”的治理思路，有针对性地制定每条河涌的清淤方式。大多数河涌采用分段清淤的方法，将人工清淤和机械清淤相结合，针对不同河涌、不同桩号采用不同的清淤方法。

根据不同清淤方式的特点，其淤泥运输方式也不尽相同。对于机械清淤的部分，由于淤泥含水量较低，传统密封罐车不能顺利吸走淤泥，故采用传统泥头车运输，做好放水及覆盖处理；
对于人工清淤的部分，由于淤泥含水量较高，采用密封罐车运输，确保在路上不撒不漏，起泥点处，配备高压水车，随时冲洗漏撒淤泥，防止淤泥在运输途中造成污染。干法挖机清淤则用传统的渣土车运输。运输时注意避免运输过程中淤泥散落污染市区道路及周边环境。

1.2 底泥处置

底泥处置的方式多种多样，常见的处理方式有物理固化、化学固化和高温固化。物理固化一般采用晾晒、机械脱水等方式去除底泥中的自由水，但这种方法的局限性非常大，主要适合底泥量少、场地大的工程，并且处理不当时容易产生二次污染；
化学固化则是通过添加固化材料使之发生化学反应降低淤泥的含水率，并吸附淤泥中的杂质，在淤泥表面产生胶凝物质，使得淤泥颗粒具有较强的稳定性，主要适用于大量的底泥处置工程，实际工程中前期的投入较大且成本较高；
高温固化是指通过高温处理使得底泥脱水，并将有机质分解，同时还可以使淤泥颗粒之间溶解后形成更大的固体颗粒，这种方法处理效果最好，但由于投入较高，一般很少采用。

根据地质钻探结果显示，本工程施工范围内待处置的黑臭底泥含水率较高，流塑性大，且含有大量的生活垃圾和重金属颗粒，传统的底泥处置方式已不能满足现阶段生态环保及工期进度要求，经过多方考察研究决定采用物理化学相结合的固化处置技术处理底泥。根据工艺流程的需要建设一座临时性且满足底泥处置需求的底泥处置场，详细平面布置如图1所示。

将河涌底泥清理运输到底泥处置场，然后采用典型的工艺技术路线。采用干法挖机清淤的底泥倒入绞吸缓存池加水冲洗成泥浆流入储泥池；
水力冲挖的底泥则通过卸料平台流入储泥池。绞吸缓存池河卸料平台均设有格栅装置用来分离底泥中的垃圾，筛分出来的垃圾转运到指定地点。泥浆在储泥池中经绞吸船疏浚后底泥与水充分混合后进入均化池，接着加入泥沙聚沉剂、HEC高强高耐水土体固结剂进行淤泥无害化处理，并通过螺旋输送机和泥浆搅拌机加入HEC、FSA等复合材料，利用自身紊流完成调理调质，对均化池泥浆进行调理调质均化，使材料充分混合并保持泥浆浓度恒定，经过均化池调质均化后的泥浆,已经具备了脱水固化的条件，将沉淀液通过管道进入板框压滤机中进行压滤脱水成泥饼，上清液则通过有压管管道进入尾水处理设备中进行处理。通过板框压滤机一次脱水和深度脱水后形成的硬塑状泥饼遇水不再泥化，并且具备一定强度，不会产生二次污染。处理后的泥饼检测结果见表2。

表2 处理后底泥检测结果

板框压滤机的工作原理主要是让滤液透过滤布从滤板排水孔排出，为泥水分离系统循环利用。当滤室压力达到一定数值后，板框压滤机PLC自动控制停止泵入泥浆，转而进入二次压榨环节，利用供气系统中的螺杆空压机提供压力挤压滤板对滤室内的泥浆深度脱水，并用空气反吹压滤机进泥通道为下次泵入泥浆做好准备，压榨完成后板框压滤机自动转为放空环节，卸载滤板内的空气压力至常压后，启动卸料程序，打开滤板，卸出硬塑状泥饼。

1.3 泥饼资源化利用

近年来，黑臭河涌底泥的处置面临重大挑战。国家及行业发布了相关标准，处置分类可参考《城镇污水处理厂污泥处置分类》(GB/T 23484—2009)，一般大致分为土地利用、污泥埋填、建筑材料及焚烧，但这些处置方法必须满足国家及行业的相关标准。

本工程经过固化处理后大约可产生70万m3的泥饼，对这些泥饼进行资源化利用，其用途主要有四点，一是用于本项目其他专业工程的施工材料，即管网工程沟槽和道路工程路基回填土；
二是在泥饼中加入一些辅材生产各种强度满足要求的生态护坡及景观砌块；
三是可做混凝土骨架和花卉的覆盖料；
四是运往附近的砖厂制成免烧砖(即利用粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾矿渣、化工渣或者天然砂、海涂泥等作为主要原料，不经高温煅烧而制造的一种新型墙体材料。

1.4 尾水处理

经储泥池中绞吸船疏浚后底泥与水充分混合，会使得泥浆中污染物浓度上升，虽经过沉淀和压滤等环节处理后，污染物大幅度减少，浓度降低，但还需采取进一步的处理措施，以确保余水满足排放要求，避免对环境造成二次污染。依据现场的实际情况，余水采用一台一体化尾水处理系统进行处理，处理后尾水排进尾水沉淀池内。处理后的尾水经检测合格后，一部分中供储泥池绞吸船工作使用，实现水资源循环利用；
另一部分排入邻近的市政管网。

1.5 垃圾处理

底泥处置过程中通常会产生大量的垃圾，垃圾主要来源于清淤过程中河涌内，以生活垃圾、建筑生产垃圾和底泥中的杂质垃圾为主，如何处理这些垃圾也是一个棘手的问题。

目前国内处理垃圾的方式主要有三种，即卫生填埋、高温堆肥和焚烧等。本工程在底泥处置过程中大约产生2万m3垃圾，为了响应中山市政府对环境保护政策的要求，采用“先分类、后处理”，科学制定垃圾处理方案，将垃圾分为可焚烧垃圾和可利用垃圾，将生活垃圾运往垃圾处理站进行集中焚烧处理，建筑垃圾则分拣出可回收的木料和钢材，剩余的砖石、水泥块破碎成骨料，经过筛分，除去杂质，形成一定粒径要求的建材原料，然后在原料中添加水泥和粉煤灰等辅料，加入一部分水后进行搅拌，形成不同的建筑材料。通过分类处理，尽可能将环境损失降到最低程度。

本文先对城镇黑臭河涌底泥进行了简单分析，然后结合实际工程案例针对底泥固化处置过程中的清淤、固化处置及尾水处理等进行详细阐述。底泥固化处置技术在实际工程中已经达到逐步实现泥浆垃圾分拣、分类处理，可资源化利用取得良好的效果。

随着社会的发展，生态环境治理越来越受到人们的重视，城市黑臭河涌底泥处置也将是环境治理过程中的重大难题。为进一步解决这些问题，研究新的底泥处置工艺就显得尤为重要。在实际生产过程中，应当根据研究报告、施工图纸及底泥检测结果选择合适的底泥处置工艺，并对处理的产物进行资源化利用，目前的底泥处置技术在实际工程应用中有很多局限性，还需要在后期的研究中不断改良并进一步实践。

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