城镇黑臭淤泥GT管袋治理
2022-07-18邹同阳童思喆
孟 佳 李 锐 刘 雨 邹同阳 张 超 童思喆
中建五局第三建设有限公司 湖南 长沙 410004
1 城镇黑臭淤泥治理施工技术研究现状
1.1 研究背景
城镇水体是城市生态系统的重要组成部分,具有水体循环、水土保持、水质涵养、调节温湿度、改善城市气候等多种功能。但是当前在我国一些地区,水环境质量差、水生态受损重、环境隐患多等问题突出,影响和损害了群众健康,不利于经济社会持续发展。
黑臭水体是水体污染的一种极端现象,它的出现不仅造成生态破坏,严重影响居民的生活及身心健康,同时还严重影响城市的良好发展。我国城镇黑臭水体的综合治理已经刻不容缓。
国务院于2015年4月正式发布的《水污染防治行动计划》明确提出:到2020年,地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内;到2030年,全国城市建成区黑臭水体总体得到消除。由此可见城市黑臭水体治理的紧迫性和艰巨性。
1.2 研究现状
目前,国内外针对城镇河道的黑臭水体治理均遵循“控源—净化—修复”的思路。传统河道清淤治理工艺主要为生态疏浚技术[1]、截污纳管技术[2]、曝气增氧技术[3]、微生物技术[4]、生物膜技术[5]等。
在大量工程实践过程中,发现以上工艺的现场处理较为复杂,存在破坏水体原有生态、产生二次污染、容易造成工期和成本浪费等现象。
2 城镇黑臭淤泥GT管袋治理施工技术研究分析
2.1 城镇黑臭淤泥GT管袋治理施工技术分析
城镇河道黑臭淤泥GT管袋治理技术是根据目前传统河道清淤治理工艺,结合GT土工管袋新工艺的实用性和便捷性,进行大力开发和创新的新型河道黑臭淤泥处理技术。本技术主要包括排干清淤、淤泥抽排、淤泥加药降解、淤泥脱水固化和管袋覆土堆存这5个步骤。
GT管袋治理技术集清淤抽排、淤泥加药降解、淤泥管袋脱水固化处理于一体,与传统工艺相比较,其处理性能更稳定、工艺更简单、效果更优越,且总投入及处理成本更具竞争力。
2.2 城镇黑臭淤泥GT管袋治理施工技术原理
城镇河道黑臭淤泥治理技术是在河道疏干后,淤泥经水力冲淤后成为淤泥浆,在管道中经水力作用与药剂搅拌充分后,进入管袋中脱水,过程中添加特有的固化剂、稳定化药剂,对淤泥进行改性,使淤泥的物理性质、化学性质趋于稳定。
GT管袋中的淤泥固结以后,对管袋进行覆土绿化,实现了淤泥的原位处理、安全环保堆存,同时也创造出生态绿地。
2.3 城镇黑臭淤泥GT管袋治理施工技术流程及操作要点
2.3.1 施工工艺流程
城镇河道黑臭淤泥GT管袋治理工艺流程如图1所示。
图1 城镇河道黑臭淤泥GT管袋治理施工工艺流程
2.3.2 主要工艺操作要点
1)河道淤泥原样分析。对河道不同点位原始淤泥进行检测,分析污染成分、污染源及污染方式。
2)河道水质原样分析。对河道不同点位原始水质进行检测,分析污染成分、污染源及污染方式。
3)药剂配比分析/淤泥填充试验/试验渗滤液检测。
① 药剂配比分析。通过试验,观测淤泥和水质在不同药剂、添加量下的淤泥絮团大小、破碎程度、沉淀速度和水样清澈度,确定淤泥适用药剂及淤泥药剂的添加量。药剂分为调节剂、絮凝剂这2种。调节剂的主要作用是除掉泥浆中的有害矿物质,使淤泥得以净化,实现淤泥的重复利用(可用作种植土)。结合项目特点,通过试验得到调节剂及絮凝剂配合比如下。调节剂:聚合氯化铝兑水溶解成质量分数为15%的溶液,配合比为溶液∶泥浆(含水80%,质量分数,下同)=1∶50(体积比);除磷剂兑水溶解成质量分数为20%的溶液,配合比为溶液∶泥浆=1∶12.5(体积比);COD(化学需氧量)降解剂直接投加到泥浆处理池中,每立方米泥浆加入100 g;硫酸亚铁兑水溶解成质量分数为30%的溶液,配合比为溶液∶泥浆(含水80%)=1∶50(体积比)。絮凝剂:聚丙烯酰胺阳离子河道水按质量分数6‰进行溶解,配合比为溶液∶泥浆=1∶5(体积比)。PC助凝剂用河道水按质量分数10%进行溶解,配合比为溶液∶泥浆=1∶12.5(体积比)。
② 淤泥填充试验。管袋充填试验目的,是观察絮凝沉淀后的淤泥在充填过程中的脱水固化情况。根据前期现场试验,1号取样点淤泥、2号取样点淤泥、3号取样点淤泥性状相同,适用的药剂相同,1号、2号、3号取样点采取合并取样,进行了管袋充填试验。根据前期现场试验结果,水下方淤泥含水率约为85%,预计脱水固化的变化情况为:经试验,10 d后管袋的淤泥固化后的含水率为80%左右,15 d后,含水率为75%左右。据管袋填充试验结果,淤泥固结GT管袋选用高韧聚丙烯GT管袋,管袋基本材质要求等效孔径0.5 mm,渗透率25 L/(m3·s);CBR顶破强度10 kN。
③ 试验渗滤液检测。经检测,滤液COD为107 mg/L,总磷为2.69 mg/L,总氮为22 mg/L,BOD(生化需氧量)为40 mg/L,符合GB 8978—1996《污水综合排放标准》中的三级标准以及GB/T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》规定的A级规定,可排入市政污水管网。
4)固结堆场建设/滤液沟、滤液池建设。堆场主要用于置放淤泥固结管袋进行脱水,并对渗出污水进行收集、导排,防止造成二次污染。堆场周围设有环形的集水沟,淤泥固结管袋滤出的水通过集水沟汇集后进入滤液收集池。为避免淤泥固结管袋渗滤液渗入地下或对周边土壤造成二次污染,堆场地基表层需进行防渗处理。防渗系统构造由上至下为:管袋→厚200 mm的碎石滤水层→600 g/m2无纺土工织物→厚1.5 mm的HDPE防渗膜→地基。
5)修筑施工过河围堰/河道(岸)垃圾清理。
① 修筑施工过河围堰。根据施工方案中对河道分段施工划分的顺序,一次修筑施工拦河围堰(图2)。围堰修筑完成后,对分段范围内的河道河水进行导流、抽排。
图2 拦河围堰断面示意(单位:m)
② 河道(岸)垃圾清理。河道排干后,通过机械辅以人工的方式,将河道中的白色垃圾、孤石、树枝、动物尸体等异物清理干净。
6)管道安装、加药装置安装、调试。为保证河道淤泥浆抽排的连续作业,研发一种浮动式水泵工作平台,在施工前对浮动式水泵工作平台进行架设,使平台处于河道低洼处,采用DN100的PE淤泥浆输送管连接浮动式水泵工作平台中的泥浆泵(泥浆泵的流量为120 m3/h),在PE淤泥浆输送管靠末端部位,增设三通和防逆流阀,与加药装置三通相连,PE淤泥浆输送管末连接GT淤泥管袋。在泥浆泵前设置500 mm×500 mm方形镀锌格栅(孔隙大小50 mm×50 mm),去除泥浆中的碎石、砌块、树枝等异物。调节剂与絮凝剂药水溶药罐共计设置3台,大小均为8 m3。每个罐体顶部均设1台不锈钢双层搅拌器。
药剂溶解后,由机械隔膜加药泵输送至加药混合管道,注入事先在堆场铺设好的管袋内。产生的滤液排入回水池,被用于水力清淤。
7)泥浆抽排、加药降解、管袋充填。
① 泥浆抽排。清水泵启动后,河水通过高压水袋、水枪形成高压力,冲击河床的淤泥,使淤泥呈悬浮状流入集水坑,通过浮动式水泵工作平台连接的PE淤泥浆输送管进入GT管袋中,过程中药水通过加药装置,采用管道注射投加的方式,向淤泥浆输送管道中添加药剂,注入事先在堆场铺设好的管袋内。
② 加药降解。添加絮凝固化药剂在城镇黑臭淤泥GT管袋治理施工技术中是一个必要措施,不仅可以使固液快速分离,加速固体沉淀和液体滤出,还能使淤泥的性状固化稳定。淤泥需要先制备较高含水率的淤泥浆才适合投加药剂,然后进行管袋的充填脱水作业。淤泥加药过程:通过一体化加药设备,采用管道注射投加方式,向淤泥浆输送管道中添加药剂。加药用的清水来自附近市政管道,用水量为5~10 m3/h。药剂采用阳离子絮凝剂,药剂根据淤泥性质不同确定相应的投加量。
③ 管袋充填。抽排的淤泥浆通过明敷泥浆输送管道,中途经过加药装置添加药物,再输送至GT管袋固结堆场填充,泥浆输送管可根据现场情况调整走向,施工完可以回收利用。管袋分层充填,每次充填至管袋无法再充入泥浆后停止,脱水2 d后再次充填,每个管袋共计充填3次。
8)淤泥脱水固化。淤泥固结管袋在脱水过程中,细小的淤泥会因为黏性逐渐附着在管袋的内表面,该层附着物的存在虽然能够进一步降低出水中的悬浮物,但也会降低排水速度。所以需要工人每隔一定时间对管袋进行拍击或者刷洗管袋表面,提高出水速度。脱水过程中有大量渗滤液产生,渗滤液经过碎石层和滤液收集沟,进入滤液收集池,经过检测、沉淀,合格后排入就近市政污水管网中。
9)淤泥管袋固结与堆存/覆土回填。经过一段时间的沉淀和排水,超过99%的固体颗粒将被存留在管袋中逐渐固结,整个管袋构成了一个巨大的固体胶囊。待GT淤泥管袋高度稳定不再变化时,对管袋中的淤泥进行取样送检,检测淤泥含水率低于75%,并无二次污染的情况下,可利用管袋堆存场地基建时挖掘出的土方进行覆土(图3)。为避免管袋堆场后期沉降,覆土回填后的管袋上不可承重,不可种植根系发达苗木,建议种植中小型灌木或地被进行美化处理。
图3 覆土回填断面示意
2.4 效益分析
与传统城镇河道黑臭淤泥处理方式相比,本方法减少了大量的机械开挖和外运处理,实现了淤泥的绿色无害化原位处理。以处置100 m3淤泥为标准,传统工艺施工成本为5 750元,采用本工艺施工成本为2 594元,节余成本为3 156元,平均每立方米淤泥降低成本31.56元。
3 结语
本文通过工程实例,研究分析城镇河道黑臭水体处理技术,创造性地提出城镇河道黑臭水体GT管袋治理施工工艺。该工艺具有以下几方面的优势:
1)安全环保:在河道疏干后,用高压水枪冲击淤泥使其成为淤泥浆后抽排进GT管袋内,加入配比药剂,使其固化、堆存,既实现了淤泥的安全环保堆存,又创造出生态和谐绿地。
2)泛用性:适用于城镇各类河道黑臭淤泥治理工程。
3)提质增效:工程处理灵活,无需脱水机械设备投入,无需移动,实现了淤泥无害化原位处理,避免了淤泥处理的二次污染,降低了施工成本,提高了施工工效,实现了绿色环保施工,具有先进性、适用性、经济性,适用于各种污染环境、各种社会环境下的河道黑臭淤泥治理。
河道黑臭水体治理是城镇地区一个常见且棘手的问题,由于各城市黑臭水体的复杂性、不确定性,导致采用本文所述方法治理时出现治理质量不确定的情况,因此还需要在以后工作中进行分析、总结、优化、实践,最终求得解决之法。