彭 鵬

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化水平不斷提高，生活污水排放量日益增多，污水收集處理率和處理深度也不斷提高。由于國(guó)內(nèi)污水廠建設(shè)運(yùn)行長(zhǎng)期存在“重水輕泥”思想和技術(shù)資金短缺的情況，導(dǎo)致大量污泥經(jīng)簡(jiǎn)單機(jī)械脫水后簡(jiǎn)易填埋或堆存，形成了眾多的污泥暫存庫(kù)區(qū)[1]。

某污泥暫存庫(kù)區(qū)共有118 個(gè)污泥暫存庫(kù)，庫(kù)內(nèi)共存有124 萬(wàn)m3市政污泥，含水率分布范圍為74%～90%。單個(gè)污泥暫存庫(kù)尺寸為120 m×30 m×5 m，庫(kù)容約為1 萬(wàn)m3。庫(kù)區(qū)底部和頂部均鋪設(shè)HDPE 防滲膜形成密閉環(huán)境，以避免產(chǎn)生污泥或滲瀝液滲漏至周邊土體和污泥臭氣散逸問(wèn)題。按照環(huán)保要求，需要將所有污泥取出后進(jìn)行干化處理，將含水率降低至30%后送電廠進(jìn)行摻燒。

污泥暫存庫(kù)區(qū)內(nèi)污泥來(lái)源復(fù)雜且垃圾雜質(zhì)較多，導(dǎo)致污泥性質(zhì)復(fù)雜。污泥暫存庫(kù)處于固廢基地內(nèi)，周邊環(huán)境承載力較為脆弱，周邊環(huán)境敏感，臭氣控制要求嚴(yán)格。每個(gè)污泥暫存庫(kù)為獨(dú)立單元，各單元之間場(chǎng)地狹小、通道窄。綜合上述原因，污泥暫存庫(kù)區(qū)污泥出庫(kù)計(jì)劃采用絞吸工藝，通過(guò)密閉管道輸送至脫水干化場(chǎng)進(jìn)行脫水和干化處理。

1 絞吸方案與作業(yè)實(shí)施情況

1.1 污泥絞吸流程

絞吸工藝源于河道、海底疏浚作業(yè)，其原理為：通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)絞刀破碎絞松土體，與水混合成泥漿，經(jīng)過(guò)吸泥管吸入泵體并經(jīng)過(guò)排泥管送至排泥區(qū)域。經(jīng)改造、縮小后的絞吸系統(tǒng)用于污泥出庫(kù)作業(yè)。絞吸作業(yè)流程為：施工準(zhǔn)備→場(chǎng)地建設(shè)→覆膜開(kāi)口、絞車安裝→穿引纜索→絞吸裝置吊裝入庫(kù)→覆膜開(kāi)口臨時(shí)封閉→膜下絞吸→清庫(kù)揭膜→庫(kù)區(qū)回填。

1.2 絞吸系統(tǒng)組成

絞吸系統(tǒng)主要由絞吸裝置、高壓沖水裝置、自由移動(dòng)裝置、潛浮裝置和自動(dòng)控制裝置組成。其中，絞吸裝置、高壓沖水裝置和潛浮裝置為膜下作業(yè)設(shè)備，自由移動(dòng)裝置、自動(dòng)控制裝置為岸上作業(yè)設(shè)備。

1.2.1 絞吸裝置

絞吸裝置包括絞刀裝置和泵吸裝置。絞刀裝置主體為攪動(dòng)刀頭，通過(guò)攪動(dòng)轉(zhuǎn)速調(diào)整切割不同含水率的污泥。絞刀裝置外形采用梭形設(shè)計(jì)，上下表面光滑，確保在水平方向行進(jìn)過(guò)程中不破壞上部覆膜和污泥坑底部防滲膜。同時(shí)在裝置控制系統(tǒng)中設(shè)定水平方向施工邊界和裝置四周加裝側(cè)膜防護(hù)塊，確保裝置絞刀運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不破壞污泥坑四周防滲膜。

泵吸裝置主要為泥漿泵，可將絞刀裝置絞動(dòng)切削的污泥泥漿抽吸至輸送管道并形成輸送壓力，泥漿泵轉(zhuǎn)速均可根據(jù)泥漿濃度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到穩(wěn)定的泥漿濃度輸出。

1.2.2 高壓沖水裝置

高壓沖水裝置將水流高速射出，混合攪動(dòng)絞出污泥，使污泥迅速形成含水率95%左右的污泥漿。高壓沖水裝置使用水體為后端污泥干化所產(chǎn)生的污泥濾液，經(jīng)簡(jiǎn)單沉淀、酸堿中和處理后循環(huán)利用，以降低水資源的使用。

1.2.3 自由移動(dòng)裝置

在污泥暫存庫(kù)邊安裝4 臺(tái)電動(dòng)絞車，配置電機(jī)功率適應(yīng)的變頻電機(jī)。分別固定污泥池的邊的四角，通過(guò)控制收放4 臺(tái)絞車的鋼絲繩來(lái)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的橫向和縱向移動(dòng)。4 臺(tái)絞車通過(guò)在控制室的遙控手柄和觸摸屏來(lái)控制，平臺(tái)的位置可以通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面來(lái)觀察。

自由移動(dòng)裝置搭載定位設(shè)備和傾角傳感器，可實(shí)現(xiàn)泥下精確定位和姿態(tài)顯示。依靠庫(kù)區(qū)周圍四角牽引裝置通過(guò)牽引鋼索牽引絞刀裝置進(jìn)行平面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)死角絞吸污泥。自由移動(dòng)裝置具備手柄控制和自動(dòng)控制相互切換功能，穩(wěn)定的工況下可按照設(shè)定的軌跡自動(dòng)絞吸。絞刀裝置發(fā)生堵泵等故障時(shí)，可切換至手動(dòng)控制，將絞刀裝置牽引至位于污泥庫(kù)區(qū)出口檢修區(qū)進(jìn)行檢修。

1.2.4 潛浮裝置

潛浮裝置主要用于調(diào)節(jié)水艙，可自動(dòng)通過(guò)調(diào)節(jié)壓載水的方式使絞刀裝置潛浮至合適絞刀的泥層進(jìn)行絞刀作業(yè)。

1.2.5 自動(dòng)控制裝置

監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集絞吸作業(yè)的過(guò)程數(shù)據(jù)，包括泥漿流量、壓力，沖水泵水量、壓力，水下絞吸裝置的位置、水下姿態(tài)的監(jiān)測(cè)。監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)遠(yuǎn)程或就地對(duì)絞吸裝置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自由移動(dòng)裝置、潛浮裝置的使用。監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)可遠(yuǎn)程對(duì)液壓泵站、沖水泵進(jìn)行啟停控制，對(duì)液壓系統(tǒng)、變頻器及泵機(jī)等設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)報(bào)警。

（1）絞吸裝置的監(jiān)控。絞吸裝置由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。液壓站需具備遙控電氣接口，通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)、絞刀、泥泵的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止等功能。同時(shí)通過(guò)安裝傳感器，可監(jiān)測(cè)泥泵、絞刀和液壓站的狀態(tài)[2]。

（2）高壓沖水裝置的遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)監(jiān)控。高壓沖水裝置需具備電氣接口，通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止等功能。同時(shí)通過(guò)安裝傳感器，可監(jiān)測(cè)沖水泵的流量狀態(tài)。

（3）自由移動(dòng)裝置的遠(yuǎn)程操作。如圖1 所示，通過(guò)污泥暫存庫(kù)邊的4 臺(tái)絞車控制移動(dòng)平臺(tái)（膜下絞吸裝置）橫向和縱向的移動(dòng)/ 聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)膜下移動(dòng)施工，達(dá)到絞吸目的。

圖1 絞吸作業(yè)示意圖

單控：?jiǎn)为?dú)控制絞車的正、反轉(zhuǎn)，用于卷纜、維修等場(chǎng)景。

聯(lián)動(dòng)：左收右放（左移）、右收左放（右移），4 臺(tái)絞車以同步速度一收一放，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)橫向移動(dòng)操作；上收下放（上移）、下收上放（下移），4 臺(tái)絞車以同步速度一收一放，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)縱向移動(dòng)操作。

（4）絞吸作業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)。在泥泵出口管路上安裝流量、排出壓力等傳感器，實(shí)現(xiàn)過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在膜下絞吸移動(dòng)平臺(tái)安裝傾角傳感器，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)測(cè)。在4 臺(tái)絞車滾筒上安裝絕對(duì)值編碼器，實(shí)現(xiàn)滾筒繩速、繩長(zhǎng)監(jiān)測(cè)。在4 臺(tái)絞車電機(jī)上，必須預(yù)安裝增量編碼器。編碼器接入絞車變頻器，進(jìn)行恒張力控制。通過(guò)滾筒編碼器綜合計(jì)算可以得出水下絞吸平臺(tái)的平面位置。在顯示器上可直觀顯示絞吸過(guò)程中的流量、壓力、水下裝置位置、姿態(tài)及移動(dòng)控制等情況，便于更直觀、簡(jiǎn)單地進(jìn)行控制。

（5）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在污泥絞吸出庫(kù)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)同步作業(yè)的污泥暫存庫(kù)范圍，配置相應(yīng)數(shù)量的攝像頭，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)進(jìn)行視頻監(jiān)控。數(shù)據(jù)通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)、光纖，傳輸至監(jiān)控中心。

穿纜裝置具有流線型外形，配備了多個(gè)推進(jìn)器，可在泥下運(yùn)動(dòng)，牽引細(xì)繩索從膜下一個(gè)孔至另一個(gè)孔，通過(guò)細(xì)繩索帶動(dòng)鋼絲繩完成孔之間的泥下穿越，完成絞吸裝置和岸上牽引裝置的連接，以相同方式完成絞吸裝置的管纜和管纜收放裝置的連接。穿纜裝置配備了多種傳感器，可檢測(cè)穿纜裝置的位置、深度等，同時(shí)記錄行駛路徑。

管纜收放裝置可根據(jù)泥下絞吸裝置的位置自動(dòng)調(diào)節(jié)管纜的回收或送出，以確保泥下合理的管纜長(zhǎng)度，避免過(guò)長(zhǎng)纏繞和過(guò)短阻礙絞吸裝置推進(jìn)的問(wèn)題。管纜收放裝置出繩口設(shè)置沖水管，用于沖洗管壁污泥。

絞吸系統(tǒng)還配備高強(qiáng)度電纜、排泥軟管、接力泵站等輔助設(shè)備。電纜及排泥管綁扎在一起，通過(guò)管纜收放裝置牽引，跟隨絞吸裝置移動(dòng)。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況

絞吸裝置設(shè)計(jì)清水流量600 m3/h，實(shí)際95%含水率污泥漿流量約300 m3/h，折合80%含水率污泥產(chǎn)量約75 m3/h，日工作時(shí)間按8 h 計(jì)算，單套設(shè)備日產(chǎn)量為600 t/d。

實(shí)際投入設(shè)備4 套，實(shí)際平均日處理能力1900～2400 t/d，保證了施工總體進(jìn)度。

2 出庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)布置

由于污泥暫存庫(kù)區(qū)每個(gè)污泥暫存庫(kù)均為一個(gè)獨(dú)立的施工單元，各單元間隔寬度2～6 m 不等，多個(gè)單元同時(shí)作業(yè)施工時(shí)需避免交叉施工的影響，特別是自由移動(dòng)裝置的布置和排泥管、高壓沖水管道的布設(shè)。相鄰作業(yè)點(diǎn)可共用除雜池，通過(guò)除雜格柵隔離過(guò)濾污泥漿中的雜質(zhì)，如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)布置示意圖

2.1 便道布置

場(chǎng)地利用庫(kù)區(qū)現(xiàn)有間隔區(qū)域進(jìn)行通道布置，通過(guò)鋪設(shè)鋼板、路基箱進(jìn)行拓寬加固處理，道路寬度5 m，承載力可滿足設(shè)備運(yùn)輸和施工基本要求。

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2.2 岸上設(shè)備布置

岸上設(shè)備主要包括自由移動(dòng)裝置、自動(dòng)控制裝置，主要布置于庫(kù)區(qū)中間由東往西的主工作便道邊，配置的管道線路隨處理的污泥暫存庫(kù)位置變化而調(diào)整。岸上設(shè)備工作位置的場(chǎng)地平整后，整體澆筑30 cm厚C30 混凝土，作為設(shè)備基礎(chǔ)。

2.3 污泥漿調(diào)節(jié)池

根據(jù)需要施工的污泥暫存庫(kù)的位置，選擇場(chǎng)地中心區(qū)域原有的一個(gè)浜塘，進(jìn)行抽水、清淤、鋪膜，形成一個(gè)14000 m3的污泥漿調(diào)節(jié)池，用于絞吸取出的污泥漿調(diào)節(jié)，確保設(shè)備檢修期間、夜間等特殊時(shí)段，后端污泥干化處理能夠連續(xù)運(yùn)行。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)施工用電

施工用電引自國(guó)家電網(wǎng)提供的臨時(shí)施工電源，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置變電站一處，現(xiàn)場(chǎng)電源由變電站接入，容量為2500 kV·A。另外，現(xiàn)場(chǎng)配備1 臺(tái)640 kW 靜音性柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急供電措施。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用水

現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用水主要為生活用水和設(shè)備冷卻用水，采取臨時(shí)運(yùn)水車運(yùn)輸市政用水至項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置10 m3臨時(shí)儲(chǔ)水罐等設(shè)施進(jìn)行儲(chǔ)存和使用。

2.6 現(xiàn)場(chǎng)施工排水

現(xiàn)場(chǎng)污水主要為設(shè)備檢修維保沖洗用水，通過(guò)集水箱，定期排入待處理的污泥暫存庫(kù)區(qū)膜下，與污泥混合后一并處理。

2.7 接力泵站設(shè)置

由于污泥漿輸送至干化處理區(qū)域最遠(yuǎn)距離為1900 m，需在主輸泥管道上增設(shè)接力泵。接力泵站設(shè)置于泵前壓力為0.1 MPa 處，約10 m 水頭。經(jīng)計(jì)算L=503.86 m，即需按照500 m 輸送距離配備相應(yīng)的接力泵站進(jìn)行污泥漿輸送。

3 清庫(kù)揭底膜方案

3.1 清庫(kù)工藝安排

每個(gè)污泥暫存庫(kù)在污泥絞吸至基本完成，底膜表層厚度約20 cm 的浮泥及污泥中垃圾雜質(zhì)已無(wú)法通過(guò)絞吸裝置取出，且頂膜部位一般會(huì)出現(xiàn)約4 m大幅度下陷時(shí)，需要緊隨進(jìn)行清庫(kù)作業(yè)。清庫(kù)作業(yè)主要采用長(zhǎng)臂挖機(jī)集成絞吸頭的方式進(jìn)行底部污泥的清理。該方式具有可視化、移動(dòng)方便、清理能力強(qiáng)、堵泵后易清理、開(kāi)膜口小等優(yōu)點(diǎn)。庫(kù)底清理時(shí)采用分條分區(qū)塊進(jìn)行清理。

清庫(kù)作業(yè)前先對(duì)暫存庫(kù)之間的便道的寬度、轉(zhuǎn)彎半徑、承載加固情況進(jìn)行檢查，確保滿足挖掘機(jī)和土方車輛行走需要。清庫(kù)作業(yè)首先進(jìn)行局部切割開(kāi)膜作業(yè)，開(kāi)膜口大小為6 m×30 m。

開(kāi)膜完成后，從開(kāi)膜口將集成絞吸頭送入庫(kù)區(qū)進(jìn)行可視化快速清除殘余污泥后，最后對(duì)殘存垃圾雜質(zhì)進(jìn)行沖洗作業(yè)。長(zhǎng)臂挖機(jī)臂長(zhǎng)25 m，展開(kāi)后能直接清理至庫(kù)區(qū)底部中間位置。待該部分庫(kù)底清理完畢后，移至下個(gè)分塊進(jìn)行庫(kù)底清理作業(yè)，直至完成整個(gè)庫(kù)區(qū)的清理工作。全部清理完成后，將沖洗后的垃圾雜質(zhì)挖運(yùn)出庫(kù)。最后人工揭除底膜，并切塊疊放，最終交專業(yè)回收單位回收處理。

3.2 臭氣控制

清庫(kù)作業(yè)中產(chǎn)生的臭味物質(zhì)一般有以下四類：（1）還原性硫化物，如硫化氫（H2S）、甲硫醇（CH3SH）、有機(jī)硫化物（CH3-S-CH3）等；（2）氮化物，如氨（NH3）、胺化物（CH3NH2）等；（3）揮發(fā)性脂肪酸，如醛和酮[3]。臭氣控制工作主要分為3 個(gè)部分進(jìn)行：

（1）控制臭氣源頭，減少臭氣泄露點(diǎn)面積。在施工過(guò)程中，開(kāi)膜口形式為分塊劃區(qū)、逐步開(kāi)膜，清理完成一個(gè)區(qū)域再進(jìn)行下一個(gè)區(qū)域的開(kāi)膜。最大限度減少開(kāi)膜口的大小，控制臭氣泄漏點(diǎn)的面積，減少臭氣泄漏量。

（2）控制臭氣擴(kuò)散，及時(shí)除臭。在施工作業(yè)時(shí)，開(kāi)膜口附近布設(shè)一臺(tái)移動(dòng)霧炮噴射除臭藥劑（空氣凈化寶及植物提取液）。該霧炮噴射半徑為20 m，能有效覆蓋施工時(shí)的開(kāi)膜區(qū)域，其余區(qū)域進(jìn)行封閉，有效控制臭氣擴(kuò)散。

（3）出現(xiàn)大規(guī)模臭氣泄露時(shí)，通過(guò)大功率霧炮車對(duì)擴(kuò)散范圍進(jìn)行緊急除臭。霧炮車靜風(fēng)覆蓋距離50 m，確保廠界范圍內(nèi)臭氣濃度符合《惡臭（異味）污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/1025—2016）要求[4]。根據(jù)需要備用措施采用在清庫(kù)作業(yè)的污泥暫存庫(kù)周邊布設(shè)立桿式噴淋設(shè)施，以將臭氣有效控制在開(kāi)膜庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)。

3.3 雨天措施

清庫(kù)作業(yè)如遇降雨天氣，立即用防雨篷布及塑料薄膜對(duì)開(kāi)膜區(qū)域進(jìn)行遮閉，防止雨水進(jìn)入。在周邊加設(shè)擋水設(shè)施，防止外部水倒灌。同時(shí)采用抽水設(shè)備對(duì)膜上積水進(jìn)行應(yīng)急抽排。

3.4 垃圾清理措施

污泥暫存底部在清庫(kù)作業(yè)末期一般會(huì)殘留垃圾雜質(zhì)，多為石塊、建筑垃圾、土工布、塑料織物等。此類垃圾無(wú)法通過(guò)絞吸裝置處理，需改用挖掘機(jī)進(jìn)行清理。清理時(shí)在已開(kāi)膜分區(qū)內(nèi)將垃圾先歸堆集中，利用高壓沖水系統(tǒng)對(duì)垃圾進(jìn)行沖洗，清除表面大部分附著的污泥。再使用挖機(jī)鏟斗焊接刮板對(duì)歸堆垃圾雜質(zhì)進(jìn)行出庫(kù)外運(yùn)。刮板前端利用軟性橡膠包裹，防止損壞底膜。

4 安全管理措施

所有現(xiàn)場(chǎng)施工人員必須佩戴正壓式呼吸器、防護(hù)手套等勞防用品。同時(shí)在作業(yè)周邊配備便攜式復(fù)合氣體監(jiān)測(cè)儀，隨時(shí)監(jiān)測(cè)有毒有害氣體濃度。

清庫(kù)作業(yè)階段需要在污泥暫存庫(kù)四周設(shè)置警戒圍欄，防止人員跌入。

開(kāi)膜時(shí)應(yīng)先測(cè)量好開(kāi)膜范圍，在膜上做好開(kāi)膜標(biāo)記。開(kāi)膜時(shí)嚴(yán)格按照開(kāi)膜范圍進(jìn)行開(kāi)膜，不得私自擴(kuò)大開(kāi)膜范圍。開(kāi)膜時(shí)應(yīng)先劃短邊，再根據(jù)短邊長(zhǎng)度通長(zhǎng)開(kāi)膜。開(kāi)膜時(shí)應(yīng)緩慢開(kāi)膜并隨時(shí)監(jiān)測(cè)有毒有害氣體濃度，避免快速劃開(kāi)后，膜口附近有毒有害氣體急劇上升，造成安全隱患。

庫(kù)區(qū)膜上積水需及時(shí)抽排，膜下污泥厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的氣體需要定期抽取后集中處理，防止造成膜損壞。

清庫(kù)完成后需要及時(shí)進(jìn)行土方回填，以避免庫(kù)區(qū)滑坡。

5 結(jié)語(yǔ)

暫存污泥處理是目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的環(huán)保工作任務(wù)。在污泥取出的過(guò)程中既要滿足后端處理接收的需要，又要避免對(duì)環(huán)境造成二次污染，因此需要結(jié)合污泥特性、暫存的情況綜合考慮取泥方案。通過(guò)研發(fā)污泥絞吸系統(tǒng)，并采用絞吸方法在不揭膜的情況下進(jìn)行大規(guī)模取泥，結(jié)合清庫(kù)階段實(shí)施的相應(yīng)除臭措施，保證了整個(gè)作業(yè)過(guò)程環(huán)境因素受控，實(shí)現(xiàn)了工程目標(biāo)。絞吸出庫(kù)過(guò)程中有以下注意要點(diǎn)：

（1）作業(yè)過(guò)程中應(yīng)通過(guò)遮蓋、擋水、抽水、降水等措施做好庫(kù)區(qū)周邊的排水降水工作，以免地下水和雨水混入，造成污泥漿總量增加。

（2）污泥絞吸作業(yè)與清庫(kù)作業(yè)應(yīng)及時(shí)銜接，在絞吸出泥量不連續(xù)的狀態(tài)下應(yīng)及時(shí)分析原因，具備清庫(kù)條件時(shí)及時(shí)切換作業(yè)設(shè)備，避免時(shí)間過(guò)長(zhǎng)頂膜下陷后拉動(dòng)壓頂土體松動(dòng)坍塌。

（3）清庫(kù)作業(yè)應(yīng)分區(qū)分塊，穩(wěn)步推進(jìn)，每個(gè)作業(yè)面暴露不宜超過(guò)180 m2,避免大面積暴露后造成臭氣外泄無(wú)法控制。