周偉春

（湖南奇思環(huán)保設(shè)備制造有限公司，湖南 岳陽 410500）

0 引言

近年來，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快和城鎮(zhèn)化水平的提高，很多城市內(nèi)河、排水管網(wǎng)的淤泥淤積情況日益嚴(yán)重。一方面嚴(yán)重制約了河道與管網(wǎng)的防洪排澇能力；另一方面嚴(yán)重影響了人民的生活環(huán)境[1]。目前，相應(yīng)清淤方式多種多樣并日益成熟，但由此產(chǎn)生的大量疏浚淤泥如何“減量化、無害化、穩(wěn)定化、資源化”處理成為了環(huán)保清淤工程順利實(shí)施的關(guān)鍵[2]。

疏浚淤泥通常含有大量的有機(jī)物、病原微生物、重金屬以及氮、磷等物質(zhì)，其本身含水率高且黏粒含量高、滲透性差、固結(jié)困難[3，4]。目前常用的脫水方法主要有自然脫水法、真空預(yù)壓法、土工管袋法及傳統(tǒng)機(jī)械法，各脫水工藝比較見表1[2-4]。自然脫水法、真空預(yù)壓法與土工管袋法都需要占用大面積的場(chǎng)地，處理效率低，不可避免二次污染；傳統(tǒng)機(jī)械法則一般采用單一的離心或壓濾方式，脫水效果一般，處理后的土方難于資源化利用。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種疏浚淤泥快速脫水工藝及模塊式裝備，其占地面積較小、地理環(huán)境受限小、脫水固化高效。

表1 目前常用的脫水工藝比較

1 工藝路線

通過實(shí)地調(diào)研與充分比較，確定疏浚淤泥快速脫水的工藝路線如圖1所示。具體流程為：淤泥來料→滾筒粗分→旋流濃縮→振動(dòng)脫水→藥劑混合→絮凝沉降→壓濾脫水→螺旋排料→填埋處理。

圖1 疏浚淤泥快速脫水工藝路線圖

工藝路線可分解為三大工序：一工序：來料粗分；二工序：旋流濃縮與振動(dòng)脫水；三工序：絮凝沉降與壓濾脫水。各工序的工作原理與實(shí)現(xiàn)效果分別如下：

1.1 來料粗分工序

來料粗分工序主要是對(duì)疏浚淤泥來料中大于5 mm粒徑的大顆粒物或軟性帶狀物進(jìn)行清洗分離，并保證后續(xù)處理工況的穩(wěn)定運(yùn)行。本工序主要利用大顆粒物或帶狀物的翻轉(zhuǎn)跌落與高壓沖洗相結(jié)合將其沖洗干凈并脫水分離。來料中大于5 mm的污物主要為輕質(zhì)垃圾、卵石、樹枝、塑料、瓶罐等，處理后排料的含水率＜40%，達(dá)到轉(zhuǎn)運(yùn)填埋要求。經(jīng)粗分后混合有5 mm及以下粒徑顆粒物的污泥水則由吸污泵泵送至二工序進(jìn)行旋流濃縮與振動(dòng)脫水。

1.2 旋流濃縮與振動(dòng)脫水工序

旋流濃縮與振動(dòng)脫水工序主要是對(duì)上一工序粗分后的混有5 mm及以下粒徑顆粒物的污泥水進(jìn)行處理。旋流濃縮是利用顆粒物的不同粒度差，在其受到離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同時(shí)產(chǎn)生的離心沉降原理，讓相對(duì)大粗顆粒經(jīng)旋流器的沉砂口排出，而相對(duì)細(xì)小顆粒由溢流口排出，從而達(dá)到分離分級(jí)目的[5]。振動(dòng)脫水是利用往復(fù)旋型振動(dòng)和回轉(zhuǎn)振動(dòng)相結(jié)合的聯(lián)合復(fù)型振動(dòng)對(duì)旋流濃縮后的混合物進(jìn)行固相的過程[6]。大于振動(dòng)篩目數(shù)（顆粒度＞0.074 mm）的較粗固相顆粒留在篩面上并沿斜面從一端排出。此工序排料主要為含水率＜35%的細(xì)砂和含水率＜40%的輕質(zhì)有機(jī)物。其中細(xì)砂經(jīng)加裝篩分工藝可以實(shí)現(xiàn)資源化利用；輕質(zhì)有機(jī)物則轉(zhuǎn)運(yùn)填埋處理。粒徑小于振動(dòng)篩目數(shù)的微細(xì)固態(tài)顆粒和泥漿液一起通過篩孔流至污水池，再經(jīng)泵送至三工序進(jìn)行絮凝沉降與壓濾脫水。

1.3 絮凝沉降與壓濾脫水工序

絮凝沉降與壓濾脫水工序主要是處理二工序處理后含有0.074 mm粒徑以下顆粒物的污水。此工序污水中含有的顆粒物粒徑很小，工藝?yán)孟鄳?yīng)絮凝劑使污水中的懸浮微粒集聚變大并形成絮團(tuán)，從而加速污水中粒子的聚沉[7]。絮團(tuán)在自重的作用下沉降至濃縮池底部后經(jīng)泵送至壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾。壓濾機(jī)利用特殊過濾介質(zhì)對(duì)絮團(tuán)施加一定壓力，使得絮團(tuán)中的水體滲析出來達(dá)到固-液分離的目的。經(jīng)壓濾后的泥餅含水率＜60%，可與其他排料混合填埋；絮凝后溢流的清水可循環(huán)利用或直接排放市政污水管網(wǎng)；壓濾水則循環(huán)用于第一工序的來料粗分，實(shí)現(xiàn)資源化利用。

2 裝備開發(fā)

基于以上工藝路線，本疏浚淤泥快速脫水裝備采用模塊式設(shè)計(jì)，組合后的整體外形示意如圖2所示。主要由來料粗分模塊、旋流濃縮與振動(dòng)脫水模塊、絮凝沉降與壓濾脫水模塊、螺旋輸送模塊及管路附件等模塊組成。如施工不要求現(xiàn)場(chǎng)處理含有0.074 mm粒徑及以下顆粒物的污水，則絮凝沉降與壓濾脫水模塊可以不選用。裝備動(dòng)力源可根據(jù)實(shí)際施工情況選擇交流供電或柴油發(fā)電機(jī)組。各模塊間通過管路、油路及電纜連接，由吸污泵、清洗泵、藥劑泵、液壓泵等將相應(yīng)液體輸送至各模塊。裝備采用模塊式設(shè)計(jì)，確保了其適應(yīng)性強(qiáng)、拆裝便捷、運(yùn)輸方便。

圖2 模塊式疏浚淤泥快速脫水裝備整體外形示意圖

整套裝備施工布局如圖3所示。施工場(chǎng)地只達(dá)到進(jìn)出車輛方便、部分硬化處理即可，受地理環(huán)境影響較小。在實(shí)際應(yīng)用過程中，當(dāng)采用全部模塊施工時(shí)，整套裝備所需作業(yè)面積為357 m2；當(dāng)不采用絮凝沉降與壓濾脫水模塊時(shí)，裝備只需作業(yè)面積為197 m2。為卸料方便，裝備安裝時(shí)來料粗分模塊需沿工作地平下沉2.2 m。以下重點(diǎn)介紹來料粗分模塊、旋流濃縮與振動(dòng)脫水模塊、絮凝沉降與壓濾脫水模塊三個(gè)主要模塊。

圖3 模塊式疏浚淤泥快速脫水裝備施工布局圖

2.1 來料組分模塊

來料粗分模塊整體結(jié)構(gòu)組成如圖4所示，外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為：7 m×2.5 m×3 m。其主要由進(jìn)料斗、污泥池、粗分滾筒、防護(hù)罩、篩孔防堵裝置、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、吸污泵、清洗水路等組成。粗分滾筒為核心部件，其上開有?5 mm的透水孔并配有防堵反沖裝置，設(shè)計(jì)最大轉(zhuǎn)速為20 r/min，實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速為6～10 r/min。來料污泥自傾至卸料斗后直接過渡到粗分滾筒內(nèi)，滾筒在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入滾筒的來料隨之翻轉(zhuǎn)跌落。在污物翻轉(zhuǎn)跌落的同時(shí)，利用高壓清洗水對(duì)其表面附著的污泥進(jìn)行反復(fù)沖洗，沖洗后的污水通過滾筒上的透水孔進(jìn)入污泥池。大于5 mm粒徑的顆粒物、帶狀物等由筒體內(nèi)的螺旋葉片連續(xù)送出并落至螺旋輸送機(jī)，最終被送至出料自卸車內(nèi)。而污泥池中含有5 mm及以下粒徑顆粒物的污水將由吸污泵泵送至旋流濃縮與振動(dòng)脫水模塊。

圖4 來料組分模塊結(jié)構(gòu)組成

2.2 旋流濃縮與振動(dòng)脫水模塊

旋流濃縮與振動(dòng)脫水模塊整體結(jié)構(gòu)組成如圖5所示，外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為：7 m×2.8 m×2.6 m。其主要由旋流器、振動(dòng)篩、液壓泵站、電控柜、污水池、清水池、工具箱、外圍防護(hù)、底架等組成，動(dòng)力源柴油發(fā)電機(jī)組與該模塊一體化設(shè)計(jì)。旋流器和振動(dòng)篩為模塊的核心部件。旋流器由進(jìn)漿管、溢流管、圓柱蝸殼、錐體、沉砂口等組成。振動(dòng)篩由振動(dòng)器、篩箱、支承或懸掛裝置、傳動(dòng)裝置等組成。一工序處理后的污水經(jīng)泵送進(jìn)入旋流器進(jìn)行濃縮后，其較大顆粒濃縮物通過旋流器底部的沉砂口排落至振動(dòng)篩上。濃縮物中含有的間隙水在振動(dòng)篩的不斷振動(dòng)作用下透過篩網(wǎng)孔進(jìn)入污水池。振動(dòng)脫水后產(chǎn)生＞0.074 mm粒徑的排料通過螺旋輸送機(jī)被收集至出料自卸車內(nèi)。而含有0.074 mm及以下粒徑顆粒物的污水將被收集在振動(dòng)篩正下方的污水池中，由吸污泵泵送至絮凝沉降與壓濾脫水模塊。

圖5 旋流濃縮振動(dòng)脫水模塊結(jié)構(gòu)組成

2.3 絮凝沉降與壓濾脫水模塊

絮凝沉降與壓濾脫水模塊整體結(jié)構(gòu)組成如圖6所示，主要由絮凝沉降罐、自動(dòng)加藥機(jī)、藥劑混合池、底架、壓濾機(jī)、壓濾水池等組成。其中壓濾池及帶式壓濾機(jī)整體外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為：5.6 m×2.6 m×2.8 m；絮凝沉降罐外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為：2.6 m×2.8 m×4.85 m；藥劑混合池外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為：4.2 m×2.1 m×2.15 m。二工序處理后的污水經(jīng)泵送進(jìn)入絮凝沉降罐，通過采集入水口的流量和溢流水的濁度信息，反饋給自動(dòng)加藥機(jī)以控制絮凝的投加量。自動(dòng)加藥機(jī)按設(shè)定配比和投加量加入適應(yīng)的絮凝劑以加速污水中細(xì)小顆粒物絮凝抱團(tuán)，并在其自身重力的作用下自然沉降到絮凝沉降池底部，由此污水逐漸變清澈并通過絮凝沉降池的溢流口溢出。其中一部分溢流至清水池儲(chǔ)存，用于濾帶或污泥池的清洗；另一部分則溢流至藥劑混合池，用于稀釋絮凝劑；其他多余清水則可直接排放市政污水管網(wǎng)。含水絮團(tuán)則經(jīng)泵送后至帶式壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，壓濾產(chǎn)生的泥餅由螺旋輸送機(jī)送至出料自卸車內(nèi)；壓濾水則經(jīng)壓濾水池流至一工序的污泥池以循環(huán)利用于來料粗分。

圖6 絮凝沉降與壓濾脫水模塊結(jié)構(gòu)組成

本裝備絮凝過程主要采用聚丙烯酰胺（polyacrylamide，PAM）高分子絮凝劑。多年來，聚丙烯酰胺作為絮凝劑在污水絮凝處理、污泥調(diào)質(zhì)脫水領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)來料成份與特性確定絮凝劑的種類與投加量，如來料含有機(jī)物較多，一般選應(yīng)陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）；如來料含無機(jī)物較多，一般選用陰離子聚丙烯酰胺（APAM）。絮凝劑的投加量一般在2‰～3‰，可根據(jù)絮凝效果做適應(yīng)調(diào)整。綜合考慮處理效果與運(yùn)行成本，在實(shí)際應(yīng)用過程中聚丙烯酰胺的投加量一般控制在≤5‰。應(yīng)用表明，因?yàn)楫?dāng)投加量超過5‰后，投加量與絮凝效果未必成正比，但運(yùn)行成本則增加。為避免絮凝劑降解而影響處理效果，須當(dāng)天配劑須當(dāng)日使用[8-11]。

2.4 應(yīng)用與特點(diǎn)分析

本模塊式疏浚淤泥快速脫水裝備已實(shí)際生產(chǎn)并應(yīng)用，其實(shí)物組裝如圖7所示，經(jīng)產(chǎn)品測(cè)試與施工驗(yàn)證，各參數(shù)滿足工藝流程與設(shè)計(jì)要求。裝備額定處理淤泥量為80 m3/h。按每日8 h作業(yè)時(shí)間計(jì)算，裝備日處理能力為640 m3/d。該裝備的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖7 模塊式疏浚淤泥快速脫水裝備實(shí)物組裝圖

表1 模塊式疏浚淤泥快速脫水裝備主要技術(shù)參數(shù)

相較于原有沉淀或簡(jiǎn)易壓濾等傳統(tǒng)處理方式而言，該工藝針對(duì)疏浚淤泥的特性，改進(jìn)完善并有機(jī)結(jié)合了多種工業(yè)分級(jí)、高效脫水的方法，使得工藝與裝備很好地適應(yīng)于疏浚淤泥的快速脫水處理，既大大降低了淤泥的運(yùn)輸成本，減少財(cái)政支出，又有效避免了二次污染，符合環(huán)保要求，為后續(xù)處理或資源化提供了有利條件。根據(jù)客戶的應(yīng)用反饋和項(xiàng)目的實(shí)際驗(yàn)證，此工藝路線及應(yīng)用裝備具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）排料達(dá)標(biāo)。裝備對(duì)市政疏浚淤泥可以快速脫水處理，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)固-液的有效分離。經(jīng)裝備處理后，固態(tài)排料的綜合含水率≤60%，達(dá)到填埋要求。

（2）效率較高。裝備額定處理來料淤泥的能力為80 m3/h，達(dá)到了對(duì)市政疏浚淤泥快速減量化的設(shè)計(jì)要求，滿足一定區(qū)域內(nèi)市政清淤施工的應(yīng)用需要。

（3）效益明顯。裝備的應(yīng)用大大節(jié)省了淤泥的轉(zhuǎn)運(yùn)成本，有效避免了二次污染，且處理過程中資源得到循環(huán)利用，其經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益都較明顯。

（4）運(yùn)營(yíng)簡(jiǎn)單。裝備采用模塊式設(shè)計(jì)，可以根據(jù)施工要求合理匹配模塊且轉(zhuǎn)場(chǎng)便捷。裝備地理受限較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低。

3 結(jié)語

基于疏浚淤泥快速脫水的工藝系統(tǒng)模塊式裝備設(shè)計(jì)滿足疏浚淤泥快速脫水處理的實(shí)際需要，大大降低了轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用，避免了二次污染，為高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的處理疏浚淤泥提供了參考。