毛超杰

（東莞市水利勘測設計院有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引言

污泥是在對污水處理過程中產生的固體沉淀物。不同污泥的物理化學性質差別較大，為了減少對環(huán)境的影響必須進行分類處置。根據污泥產生的來源不同將其分為：市政污泥、管網污泥、工業(yè)污泥、河湖底污泥。河湖底污泥主要是江河、湖泊在沉積及疏通過程中產生的[1]。

隨著國家城鎮(zhèn)化水平的提高，污水處理的水平以及設施都得到了長足的進步，污泥處理年產量逐漸增高。我國的生活生產范圍大多集中于水系發(fā)達的地方，河湖污泥在底部沉積，嚴重影響了河湖的生態(tài)系統(tǒng)。前期研究發(fā)現湖泊底泥的數量巨大且成分復雜，其本質是水體與污水中的其他污染物混合的富集體，必須采取合適且快捷的方法進行處置，達到節(jié)能減排的目的[2]。

目前對于河湖底泥的來源、物化性質和處置措施并沒有廣泛的研究，不成體系。河湖底泥與其余類型的污泥處置有著相似但又有這不同之處，本文以某湖泊為例，對其湖泊底泥進行成分、來源、處置工藝分析，為河湖底泥的處理提供了借鑒。

1 湖底污泥物化特性分析

1.1 水質采樣分析結果

本文所選取的研究湖泊其湖水來源主要是上游河流以及高潮水位時候從相鄰海域涌入的海水，實現湖泊水體的交換[3]。本次在湖泊周邊設置8 個采樣點，檢測結果如表1 所示。

表1 水樣檢測結果

根據《地表水環(huán)境質量標準》，該湖泊水域水質標準為地表水Ⅳ類水，根據檢測報告，東湖的pH 值范圍為7.7～8.1，溶解氧質量濃度范圍為5.50～7.80 mg/L，化學需氧量（COD）的范圍為2.34～4.74 mg/L，生化需氧量（BOD5）的范圍為2.92～5.82 mg/L；總磷質量濃度（湖、庫）的范圍為0.07～0.40 mg/L，平均值0.16 mg/L。其中S1、S2、S4、S5、S6、S7、S8 站點的總磷質量濃度超出地表水Ⅳ類水的水質標準的限值總磷（湖、庫）≤0.1；總氮質量濃度（湖、庫）的范圍為1.31～4.09 mg/L；平均值為1.93 mg/L，其中S1、S2、S5、S6、S7 站點的總氮質量濃度超出地表水Ⅳ類水的水質標準的限值總氮（湖、庫）≤1.5。

1.2 底泥采樣及物化性質分析

根據《海洋傾倒物質評價規(guī)范疏浚物》所要求的采樣數目，在湖泊設置24 個采樣點進行分析，底泥成分檢測項目包括重金屬分析（銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞、砷、石油類）、總磷分析、總氮分析、含水率分析、有機質分析、顆粒分布。

對其樣品進行分析，底泥含水率在30%～70%之間，表層（0～1.0 m）含水率的平均值為60%。含水率各點位底泥中含水率在豎直方向上變化較明顯，隨深度增加，含水率逐漸降低，且表層底泥的含水率變化范圍最大。底泥總氮含量在0.50～7.28 mg/g 之間，平均值為1.53 mg/g；從垂直方向上看，隨著深度的增加，總氮逐漸降低。各點位底泥中總氮差異不大。底泥總磷含量在0.3～2.0 mg/g 之間，平均值為0.54 mg/g；從垂直方向上看，隨著深度的增加，總磷逐漸降低。各點位底泥中總磷差異不大。底泥有機質含量在0.92%～8.60%之間，平均值為2.96%；從垂直方向上看，除個別點位外，有機質隨深度變化的規(guī)律一般呈現為中間層有機質含量低，表層和底層有機質含量高。隨著水流的方向，有機質的含量逐漸增大。底泥中銅的含量在14.0～86.3 mg/kg，平均值為39.87 mg/kg；底泥中鋅的含量在81.5～233 mg/kg，平均值為128.70 mg/kg；底泥中鉛的含量36～86.3 mg/kg之間，平均值為40.92 mg/kg；底泥中鎘的含量在0.06～0.53 mg/kg 之間，平均值為0.21 mg/kg；底泥中鉻的含量在36～130 mg/kg 之間，平均值為65.97 mg/kg；底泥中汞的含量在0.03～0.145 mg/kg 之間，平均值為0.122 mg/kg；底泥中砷的含量在6.3～19.4 mg/kg 之間，平均值為12.25 mg/kg；底泥中石油類的含量在7.8～3 170 mg/kg 之間，平均值為1 174 mg/kg。根據統(tǒng)計分析，底泥顆粒分布為：底泥粉砂含量22.4%～67.2%，平均含量52.8%；底泥粘土含量8.36%～29.7%，平均含量19.3%；底泥砂含量6.79%～49.5%，平均含量26.7%。

底泥檢測結果顯示：重金屬含量個別點位的銅超過下限外（不超過上限），其余點位的檢測物的含量都低于下限值；有機碳含量大部分高于下限值但低于上限，少部分低于下限值，在標準范圍內；而在表層淤泥，油類的含量大部分超過上限，油類污染嚴重。

2 污染底泥處理工藝

淤泥處理技術主要分為原位處理和異位處理兩大類，根據湖泊地理位置特點，該湖泊主要位于城區(qū)，交通繁忙，用地緊張，是重要的防洪通道，因此不宜采用原位處理的方案。本工程主要采用異位處理方案。異位處理處理主要分為固化法、機械脫水法、物理脫水固結法、晾曬場晾曬法；經過對比后最終選擇機械脫水法[4]。

2.1 固化法

淤泥固化法采用在淤泥中加入固化材料，對淤泥進行固化、改性，形成有一定工程力學強度、可供利用的淤泥改性土，大幅度減少有害物質交換。根據淤泥固化時是否采取了脫水處理措施，固化法可分為直接攪拌固結和脫水固結一體化處理兩大類，其差異的核心在于是否對淤泥中的水分進行了“減量化”處理。

2.1.1 直接攪拌固結法

淤泥攪拌固結處理是直接在開挖淤泥或經過自然沉淀的疏浚泥漿中加入固結劑，對淤泥進行攪拌、改性，并將處理后的高含水淤泥進行堆放、存儲的方法。淤泥直接攪拌固結處理法沒有對淤泥進行脫水減量，而是直接對淤泥采用了添加固化劑攪拌的處理方式，它比較適合于處理含水率較低的排水干挖淤泥。

本方法價格低廉、效果優(yōu)良，且能實現廢物再利用，目前已成為河道底泥處理較有競爭力的技術方案之一。但是需要時間進行養(yǎng)護，耗時較長，且占地面積較大[5]。

2.1.2 脫水固結一體化

脫水固結一體化處理系統(tǒng)是根據城市河道、湖泊污泥中有機質及泥漿的特性，向其中加入固結劑進行處理，專門設計和制造的即時泥水分離處理系統(tǒng)。

對其中有害物質進行固結、沉淀，最終實現淤泥“減量化、無害化、穩(wěn)定化”處理的目標。此方法能徹底處理淤泥中有害物質，所需施工地較小，環(huán)境適應性強。

投加固化劑處理工藝的原理主要是固化材料自身的水化反應，水化反應減少了淤泥中自由水的含量，同時水化反應的產物能夠提高產物整體強度，同事由于質地致密可以阻止離子交換等反應，降低重金屬離子的活性，有效阻隔了污染疏浚泥對環(huán)境的影響。

2.2 機械脫水法

機械濃縮脫水一體化處理工藝是將疏浚泥漿經管道輸送至底泥處理系統(tǒng)，泥漿經格柵機攔污、粗顆粒自行沉淀后，在“濃縮脫水一體化”處理系統(tǒng)中進行泥水即時分離。該工藝是能夠處理強力污染、占地面積小，在某些湖泊地區(qū)中對疏浚泥漿的處理中具有廣泛的應用。目前，離心脫水和壓濾脫水是濃縮脫水的兩種主要方式。

2.2.1 離心脫水

離心脫水的原理是利用其密度不同，在高速旋轉下，底泥由于重力較大，由于離心力的作用會吸附在內壁上，而水的密度比較小，則會與底泥分離。

這種方式可以降低底泥中的含水率，并使疏浚泥漿顆粒中的大部分固態(tài)化為泥餅。

2.2.2 壓濾脫水

利用壓力作用對污泥施加壓力，迫使水分通過介質，實現污泥與水分的分離。常用的壓濾方法帶式壓濾、鼓式壓濾和板框壓濾等，目前帶式壓濾機和板框壓濾機被廣泛應用。

1）帶式濃縮脫水機。利用濾布施加壓力進行脫水，可以保證脫水率達到80%。主要分為三個步驟：重力脫水、壓力脫水及加壓脫水。重力脫水區(qū)能夠將污泥與高分子混合后的產物，細小懸浮顆粒能夠通過高分子的絮凝作用而凝聚，然后在重力的作用下進入后續(xù)流程。壓力脫水區(qū)則是在上下濾布的加壓作用下污泥開始脫水。加壓脫水區(qū)，則是為了達到更好的效果，利用直徑不同的滾輪進行加壓，對污泥中毛細管中的結合水進行處理，從而得到較干燥的污泥餅。這種工藝能夠實現長時間運行，且自動控制，成本低廉，效率高，方便管理，未添加額外的化學試劑[6]。

2）板框壓濾機。交替排列的濾板和濾框是其主要結構。懸浮液、洗滌水等液體可以有組裝后的濾框和濾板形成的完整的通道通過。通過壓緊裝置壓緊板、框并添加濾布保障氣體密封性。懸浮液進入濾室后通過濾布過濾形成濾渣。濾液則通過邊角通道集中排出。過濾完畢后利用清水進行清過濾完畢，可通入清水洗滌濾渣。然后清楚濾渣，更換濾布，組裝設備，開始下一工作循環(huán)。

機械脫水施工工藝主要由除渣系統(tǒng)、調節(jié)系統(tǒng)、調理系統(tǒng)和分離系統(tǒng)組成。

2.3 物理脫水固結法

2.3.1 土工管袋脫水法

土工管袋脫水法是基于自然脫水的方法，簡單便捷、易于實現。土工管袋技術脫水耗能小，無需設備維護，可以循環(huán)利用，節(jié)約占地面積。缺點是需要大面積的場地進行脫水施工作業(yè)，且對粘性土脫水處理效果不理想[7]。

土工管袋脫水法的步驟如下：首先將絮凝劑于底泥進行混合，加快固體顆粒固結；然后利用土工管袋的壓差，添加脫水劑加快脫水速率；最終將固體顆粒填滿后將土工管袋及其填充物移走。

2.3.2 真空預壓干化法

真空預壓固化法是基于真空預壓法的思想。真空脫水干化處理工藝主要由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成。排水系統(tǒng)主要包括豎向排水體和水平排水體，豎向排水體常用塑料排水板、袋裝砂井等；水平排水體常用砂墊層、土工合成材料（如濾管、塑料排水板等）。排水系統(tǒng)能夠改善排水邊界條件，傳遞壓力，加快水的排出速度，土體固結，完成預定的軟土固化效果，滿足工程建設需要。

加壓系統(tǒng)主要是指抽真空裝置，該方法適用于處理土質主要為軟弱土、黏性土，一般加固脫水深度可達為15～20 m，占用場地為5～6.7 萬m2。

2.4 自然干化處理工藝

自然干化處理工藝即將泥漿通過疏浚設備輸送至底泥堆場，在自然狀態(tài)下泥水分離。自然干化主要通過日照蒸發(fā)、風干等途徑完成，干化期周期較長，取決于氣候條件，碰到降水時間會更長，而且大風會吹散細微顆粒，造成粉塵污染，資源浪費，存在一定的安全隱患[8]。

3 污染底泥處理工藝方案比選

因該湖泊所設計淤泥干化場位于大門山西南側，面積約18 萬m2，較為充裕，同時考慮淤泥干化后作為綠化用土、回填用土，泥餅含水率要求小于40%，故本次采用板框壓濾機脫水符合要求。因此，通過對常見淤泥脫水設備進行比選，擬選擇板框壓濾機作為的淤泥固化設備。板框壓濾機脫水的特點為效率高、工期短，采用高壓板框壓榨技術，其處理效率是傳統(tǒng)方法的2～3 倍，對節(jié)約工期有利。場地占用少，有利于節(jié)約場地。標準化施工，脫水后的泥餅便于收集、管理。處理效果好，高壓板框壓榨機處理后的泥餅含水率能降到50%以下，處理后泥餅的強度顯著提高，同時運輸工作量也大大減小。具體見表2。

表2 污泥脫水工藝比選表

4 結語

近年來環(huán)保以及排放標準要求越來越高，對湖底污泥的處理也越來越受到廣泛的重視。在當前節(jié)能減排、資源緊缺的大背景下，必須要對污泥以“資源化”為導向，實現物質能源的最大化回收?；诤孜勰嘟M成和物理化學特點，對其綜合處理利用技術進行標準化研究和推廣，使用板框壓濾脫水工藝能夠使處理過程有依據、有方法、可實現產業(yè)化。