车载式模块化底泥脱水设备的应用及发展分析

杜惠明 唐官鹏 李银

（作者单位：杜惠明、唐官鹏，中国电建集团武汉重工装备有限公司；李银，中电建生态环境集团有限公司）

一、引言

我国幅员辽阔，城市众多，城市里的河道具有防洪排水、景观文化、生态环境等不可替代的功能，然而现阶段大多数河道已经出现了严重的污染，危及人们的生产和生活安全。全长31公里的茅洲河是深圳第一大河，两岸一级支流众多，近年来，由于城市人口不断增加，生活工业排放日益增多，使得茅洲河水域污染、底泥淤积十分严重，水体生态遭到破坏，影响区域内生活环境和旅游业发展。因此，改善茅洲河水环境污染现状具有紧迫性和必要性，而河道清淤及底泥污染物处置则是此次工程的重要研究内容和重要组成部分。河道底泥是由粘土、粉砂、砂子、有机物或矿物质组成，底泥的有害物质直接影响水体及生物健康。底泥的减量化处理需采用多元化处理处置模式，应充分考虑到分散与集中、传输临界距离、处理临界规模等因素。

二、车载式模块化底泥脱水设备介绍

基于以上背景，湖北某装备有限公司成功研发出一套车载式模块化底泥快速脱水一体化设备，这是一套底泥的就地处理设备，将其负载在集装箱式底座中，通过卡车运输至作业地点，实现底泥的垃圾分离、除砂和脱水一体化处理。日前在深圳水环境治理项目中成功运行，取得了较好的使用效果。

设备主要由四大模块组成，分别为：除渣除砂模块、絮凝模块、脱水干化模块、自动配药模块。每个模块均为20呎集装箱大小（长宽高6058*2438*2438mm），设备总功率为60kW，底泥处理能力为50～70m3/h，处理后泥饼含固率不低于35%，各模块间通过快接接头连接，可根据现场灵活摆放，所需占地面积约200m2。现场运行表明，该设备具有模块化、自动化、节约资源、绿色环保等优势，具体有以下优点：

1．施工工期大幅缩短。该设备相比传统的晾晒和土工管带脱水法，不受天气和现场占地环境影响，配合自动运行程序，脱水效率大幅提高，实现施工工期可预估，施工工期有保障。

2．提高底泥利用率。通过设备的筛分功能，可将底泥中的垃圾、石块、砂石分离开来，便于分类处理，提高了底泥利用率，增加了经济效益。

3．实现安全无事故生产。相比于传统的现场脱水方式，可基本实现人不沾泥，远离噪音、气味等污染，极大地改善了人员的作业环境，保障人员的人身安全。

4．节约土地建筑面积。相比底泥处理厂的建设，该设备可在河道就地处理，基本不长期占用地表面积，不影响城市的整体布局和环境美观。

三、工艺流程介绍

底泥脱水一体化设备主要应用于城市河道底泥脱水，处理对象为城市河道底泥，一般由清淤船或吸泥泵将其泵入底泥脱水设备；底泥泵入设备后，首先进入除渣除砂模块进行垃圾、石块、砂石等大颗粒的去除，随后底泥进入絮凝模块，通过絮凝反应进一步浓缩，最后进入脱水干化模块将浓缩后的底泥脱水成泥饼，完成底泥的脱水干化；自动配药模块则为其提供絮凝剂。该设备工艺物料平衡见下图。

工艺物料平衡图（百分比为含水率）

四、设备优化和改进

现有底泥脱水设备基本能够满足现场脱水要求。通过现场运行总结，可在各模块优化设计，模块的优化组合等方面，进一步完善设备性能，提高运行效率和优势。

1．除渣除砂模块的优化

除渣除砂模块主要功能是清除底泥中的有害固相，如细砂、石块、树根、生活垃圾等。现有的除渣除砂模块虽然基本满足使用需求，但具有除砂能力偏弱、容易堵塞、体积庞大等缺点。基于此，故需优化设计该模块。

新型除渣除砂模块主要包括五部分：底泥净化装置、底泥存储箱、链式搅拌装置、底泥泵系统和螺旋丝杆升降装置。底泥净化装置下端下方设置有泥砂分离单元，可以用来存储经底泥净化装置分离过的底泥。底泥净化装置四角设置有丝杆升降装置，用以实现底泥净化装置在泥砂分离单元中的升降动作。当底泥净化装置工作时，设备通过丝杆升降装置上升至箱体顶部。当设备停止工作需要运输时，底泥净化装置可通过丝杆升降装置下落至箱体内部，与底泥储存箱成一体，便于系统整体运输。圆环链式刮板搅拌系统设置于泥砂分离单元底部，圆环链条在三合一减速机的驱动下循环运动，两条圆环链之间安装有底泥刮板，底泥刮板随同链条运动，将底泥刮送到底泥泵的吸口位置，防止底泥在箱体下部沉淀。经过优化后的除渣除砂模块处理能力大，可达200m3/h，除砂效率高，且通过配备丝杆升降装置，方便运输、占地面积小。

2．脱水干化模块的选择

脱水干化模块主要设备是带式压滤机，它的主要优势是泥饼含水率较低，技术相对成熟，但缺点是占地面积较大，维护困难，难以实现24小时运行。通过市场调研发现，现阶段可以应用于底泥脱水的主要脱水设备有：带式压滤机、离心式脱水机、板框压滤机、叠螺式脱水机，它们的优缺点见下表。

主要脱水设备优缺点

从表上可以看出，不同的脱水设备具有各自的优势和缺点，故在实际应用中，应充分考虑现场的实际需求，多元化针对性选择脱水设备，以达到最优的处理效率。如若对泥饼含水率要求不高，仅需满足方便运输需要，则可选择叠螺脱水机，该脱水设备不仅脱水效率较高，而且具有维护简便，现场环境噪音低，省水省电等优势。若对底泥含水率要求较高，则可考虑选择板框脱水机，但需要克服该设备无法连续运行，处理效率较低，占地面积较大等缺陷。

3．各模块的优化组合设计

现有模块化底泥脱水设备共四个模块，一共由发电机、除渣除砂系统、浓缩罐、带式压滤机、自动配药装置共5种设备组成，模块数量较多，现场用地需求有较大的局限性。故可优化整体设计，紧凑布置各设备，将发电机与除渣除砂模块组合为一个模块，将自动配药与带式压滤机组合为一个模块，模块总数缩减为3大模块，便于现场管线连接。各模块摆放方式上可平面布置，也可立体布置，节约现场土地资源，提高设备适应能力。

五、总结

1．车载式模块化底泥脱水一体化设备成功地解决了城市河道底泥现场脱水干化处理难的问题，节约了工程成本，缩短了工期，极大地降低了劳动强度和施工难度，保证了作业的安全和质量。

2．该设备采用车载式、模块化设计，节约建筑面积，符合我国国情和城市底泥处理发展趋势，具有极大的推广价值和发展前景。

3．底泥处理由集中变为分散，提高了工作效率，但也带来了监管分散化的难题，需制定有效的监管措施保障设备运行的安全和环保。