快速泥水分离技术应用效果分析

张继学 余薇薇 焦 勇

（安徽水安建设集团股份有限公司 合肥 230000 安徽淮河环境科技咨询有限公司 蚌埠 233000江苏鸿基水源科技股份有限公司 扬州 225000）

1 引言

我国每年都要开展大规模的河湖清淤工程以及港口、航道的建设工程，不可避免地要产生大量的疏浚泥，疏浚泥经常采用堆场存放的处置措施。由于疏浚泥一般具有含水率高、强度低、沉积固结速率慢的特点，采用堆场存放疏浚泥必然带来两方面的问题：疏浚泥大面积和长时间的占用土地资源。因此，在现有疏浚工艺技术条件下，如何提高疏浚土排泥场的有效容积、减少占地面积、节省工程造价、减小社会矛盾，是水利工程迫切需要研究和解决的难题[1]。

淮干蚌浮段行蓄洪区调整和建设工程香浮段部分排泥场设计借鉴国内相关专利技术，在工程建设中采用快速泥水分离技术，以期提高排泥场利用率，减少土地占用面积以及缩短占用时间[2]。

2 快速泥水分离技术原理

泥水分离技术是源于固液分离技术，是固液分离技术的一种。固液分离，是将混合物的固液两相分离，固液分离技术在冶金、化工、轻工、食品、制药、环境治理等领域得到广泛应用。

泥水分离是固液分离在疏浚工程、环境工程和市政工程中应用的具体表现。所谓泥水分离就是将淤泥中的土和水两相分离开，降低淤泥含水量，缩小淤泥体积，为淤泥的后续处理创造条件。泥水分离技术首先应用在处理市政工程施工产生的生活污水污泥、工业废水污泥和给水污泥。发达国家在20世纪70年代已经开始将泥水分离技术应用到湖河疏浚工程中，并形成一个产业。我国于70年代才开始试验各种泥水分离机和分离技术，部分成果应用到采矿工程矿液、城市隧道工程泥浆和城市生活粪便脱水，并开始逐渐应用到疏浚工程。

快速泥水分离技术是在排泥场部分区域预先设置排水通道，排水通道包括底部水平排水通道和其上垂直排水通道，底部排水通道为管道式，可分为排水主管和排水支管；垂直排水系统由防淤堵反滤材料和垂直排水体组成，反滤材料的结构特点和孔径大小依据疏浚土的性质确定，垂直排水系统底部与水平排水管道密闭连接，疏浚土中的水通过该排水系统收集后再由退水口排出，从而实现泥水快速分离，达到消除风浪超高、节约征地的目的。

3 泥水分离处理缘由

淮河干流蚌浮段工程涉及淮河干流河道全长86.62km，河道左岸为淮北大堤和临北段行洪区，右岸为方邱湖、花园湖和香浮行洪区。工程位于淮河冲积平原中的淮河中下游平原区，滩地自上游向下游地势一般由高渐变低，地形较为平坦，地面高程一般为15.0～17.0m，为平原地貌景观，下游为浮山，最高点为50.0m。工程区地层主要为河湖相沉积地层，疏浚河道段疏浚河底高程在6～5m 左右，河道疏浚范围内土大部分为2、3 级土，局部为1、4 级土。切滩段的土性主要为壤土和砂壤土，土质的开挖级别一般为Ⅱ级。

快速泥水分离技术在南水北调东线金宝航道工程NI 排泥场、江苏泰州引江河第二期工程排泥场成功应用，大幅度提高了排泥场有效库容，减少排泥场约30%的征地；排出的尾水含固率较低，达到GB 8978-96 二级排放标准。排泥场内疏浚泥的自由水可以通过排水系统快速排除，不会往围堰中渗流，围堰土体的含水率基本不发生显著变化，保证了围堰的渗流稳定。

4 泥水分离处理规模

根据已有试验成果，结合疏浚土体的细颗粒（主要是指粘粒含量）含量大小，单个排泥场采用快速泥水分离技术处理面积为排泥场面积的8%左右，根据排泥场的退水口设置及现场退水条件，分区、分块合理布设多组快速泥水分离系统，本次香浮段工程PN1-1、PN1-2 排泥场涉及的河道开挖土层平均的粘粒含量为7.0%，依据排泥场调查经验，排泥场内疏浚土难以自然泥水分离的区域约占整个排泥场面积的7%。为了尽可能利用泥水分离系统快速排水，提高排泥场库容利用率，该工程泥水分离布设规模控制在排泥场总面积的8%，具体为PN1-1 排泥场泥水分离布设面积24000m2，PN1-2 排泥场泥水分离布设面积42000m2。

5 监测点详细布置概况

该排泥场简图及仪器布置如图1。

PN1-1 排泥场共分三个区域，场地泥面标高约为15.20m，吹填从两侧区域进行，通过区域之间的隔埂缺口流入中间区域，如图1中箭头所示。监测共分五个项目：泥面高度监测、场地疏浚泥浆含水率监测、围堰浸润线监测、尾水含固率监测及十字板强度监测。

图1 PN1-1 排泥场仪器布置简图

6 泥水分离处理结论

6.1 实时含水率监测

PN1-1 排泥场数据显示，距离底面0.5m 处含水率在30%～70%，距离底面1.5m 处含水率在130%左右；PN1-2-1 排泥场数据显示，距离底面0.5m 监测数据较低，含水率在20%左右。含水率都处于相对来说较低的水平，表明快速泥水分离系统对于排出退水口附近疏浚泥中水的作用十分明显。

6.2 泥面高度

PN1-1 排泥场1#断面所在排泥区域泥面最终平均高度210cm，2#、3#、4#断面所在排泥区域泥面最终平均高度约180cm，5#断面所在排泥区域泥面最终平均高度200cm；PN1-2-1 排泥场1#标尺最终高度135cm，2#标尺最终高度约105cm。泥面高度反应了泥水走向，越靠近退水口泥面越低。

6.3 浸润线观测

PN1-1 排泥场和PN1-2-1 排泥场的围堰浸润线监测数据显示，在围堰中不存在穿过围堰的渗流，围堰渗流稳定，并且围堰外坡的复耕土堆区更能保证围堰的稳定性。表明泥水分离技术有效地降低了排泥场围堰内的水头高度，可快速排除排泥场内表面水。

6.4 含固率测试

PN1-1 排泥场含固率在35～230mg/L，质量比约为0.035/1000～0.23/1000 之间，远小于快速泥水分离系统的设计要求（1/1000）；PN1-2-1 排泥场含固率在65～226.6mg/L，质量比约为0.065/1000～0.226/1000之间，同样远小于快速泥水分离系统的设计要求（1/1000）。快速泥水分离系统对于控制尾水含固量有着很好的控制作用。

6.5 承载力测试

PN1-1 排泥场和PN1-2-1 排泥场退水口处表层十字板强度为20～30kPa，PN1-1 排泥场（吹填完成4 个月）退水口处的表层十字板强度约为3～5kPa,场地内80%以上的区域可以上人，PN1-2-1 排泥场（吹填完成9 个月）退水口处表层十字板强度约10～15kPa，场地内区域可以上人。泥水分离技术能够有效降低疏浚泥含水率、提高疏浚泥的强度和承载力。

6.6 布设情况对比

PN1-1 采用集中布置泥水分离系统，PN1-2 分散布置于每个退水口，根据监测及吹填后场地情况：PN1-1 排泥场一区、三区为粗颗粒集中区，吹填完后即可还耕，PN1-2 排泥场出泥口承载力较高，吹填结束后即可还耕。快速泥水分离设计时应根据疏浚泥的特性及排泥场区域设计、退水高差综合选定布置方式。

7 结语

该排泥场疏浚土体主要为粉质壤土，在水力分选作用下，泄水口附近形成了大面积淤泥质粉质黏土富集区域，该区域疏浚泥饱含自由水，基本处于悬浮状态，且随水流动。项目策划时按照技术处理特点，结合疏浚泥水力分选规律，泥水分离系统布设在细颗粒富集区，疏浚工程实施完成后，泥水分离系统依然持续发挥排除固结析水作用，能够促进细颗粒富集区的固结速度。在疏浚完成后4 个月左右，细颗粒富集区已经具备上人条件，此时的泥水分离系统依然在排除场内深层孔隙水。快速泥水分离效果明显。

随着社会发展和城市化进程，土地资源严重紧缺，城市河道及景观湖泊的淤积和受城市生活废水污染日趋严重，大规模的疏浚整治势在必行，疏浚淤泥堆场的设置以及处置尤为困难。同时，随着社会发展，内陆河道、湖泊的水质污染十分严重，国家重大水系调整项目的建设，需要优质水源和免受沿线河道二次污染等社会需求。这些社会压力和需求，迫切需要解决疏浚淤土的存储和循环利用问题，而“快速泥水分离技术研究”切合了这一社会主题，也为自身的发展和推广应用赢得了空间，决定了该项研究成果具有良好的推广应用前景，并具有良好的经济和社会效益■