一种疏浚淤泥快速脱水工艺及模块式装备开发

周伟春

（湖南奇思环保设备制造有限公司，湖南 岳阳 410500）

0 引言

近年来，随着工业化进程的加快和城镇化水平的提高，很多城市内河、排水管网的淤泥淤积情况日益严重。一方面严重制约了河道与管网的防洪排涝能力；另一方面严重影响了人民的生活环境[1]。目前，相应清淤方式多种多样并日益成熟，但由此产生的大量疏浚淤泥如何“减量化、无害化、稳定化、资源化”处理成为了环保清淤工程顺利实施的关键[2]。

疏浚淤泥通常含有大量的有机物、病原微生物、重金属以及氮、磷等物质，其本身含水率高且黏粒含量高、渗透性差、固结困难[3，4]。目前常用的脱水方法主要有自然脱水法、真空预压法、土工管袋法及传统机械法，各脱水工艺比较见表1[2-4]。自然脱水法、真空预压法与土工管袋法都需要占用大面积的场地，处理效率低，不可避免二次污染；传统机械法则一般采用单一的离心或压滤方式，脱水效果一般，处理后的土方难于资源化利用。因此，设计开发了一种疏浚淤泥快速脱水工艺及模块式装备，其占地面积较小、地理环境受限小、脱水固化高效。

表1 目前常用的脱水工艺比较

1 工艺路线

通过实地调研与充分比较，确定疏浚淤泥快速脱水的工艺路线如图1所示。具体流程为：淤泥来料→滚筒粗分→旋流浓缩→振动脱水→药剂混合→絮凝沉降→压滤脱水→螺旋排料→填埋处理。

图1 疏浚淤泥快速脱水工艺路线图

工艺路线可分解为三大工序：一工序：来料粗分；二工序：旋流浓缩与振动脱水；三工序：絮凝沉降与压滤脱水。各工序的工作原理与实现效果分别如下：

1.1 来料粗分工序

来料粗分工序主要是对疏浚淤泥来料中大于5 mm粒径的大颗粒物或软性带状物进行清洗分离，并保证后续处理工况的稳定运行。本工序主要利用大颗粒物或带状物的翻转跌落与高压冲洗相结合将其冲洗干净并脱水分离。来料中大于5 mm的污物主要为轻质垃圾、卵石、树枝、塑料、瓶罐等，处理后排料的含水率＜40%，达到转运填埋要求。经粗分后混合有5 mm及以下粒径颗粒物的污泥水则由吸污泵泵送至二工序进行旋流浓缩与振动脱水。

1.2 旋流浓缩与振动脱水工序

旋流浓缩与振动脱水工序主要是对上一工序粗分后的混有5 mm及以下粒径颗粒物的污泥水进行处理。旋流浓缩是利用颗粒物的不同粒度差，在其受到离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同时产生的离心沉降原理，让相对大粗颗粒经旋流器的沉砂口排出，而相对细小颗粒由溢流口排出，从而达到分离分级目的[5]。振动脱水是利用往复旋型振动和回转振动相结合的联合复型振动对旋流浓缩后的混合物进行固相的过程[6]。大于振动筛目数（颗粒度＞0.074 mm）的较粗固相颗粒留在筛面上并沿斜面从一端排出。此工序排料主要为含水率＜35%的细砂和含水率＜40%的轻质有机物。其中细砂经加装筛分工艺可以实现资源化利用；轻质有机物则转运填埋处理。粒径小于振动筛目数的微细固态颗粒和泥浆液一起通过筛孔流至污水池，再经泵送至三工序进行絮凝沉降与压滤脱水。

1.3 絮凝沉降与压滤脱水工序

絮凝沉降与压滤脱水工序主要是处理二工序处理后含有0.074 mm粒径以下颗粒物的污水。此工序污水中含有的颗粒物粒径很小，工艺利用相应絮凝剂使污水中的悬浮微粒集聚变大并形成絮团，从而加速污水中粒子的聚沉[7]。絮团在自重的作用下沉降至浓缩池底部后经泵送至压滤机进行压滤。压滤机利用特殊过滤介质对絮团施加一定压力，使得絮团中的水体渗析出来达到固-液分离的目的。经压滤后的泥饼含水率＜60%，可与其他排料混合填埋；絮凝后溢流的清水可循环利用或直接排放市政污水管网；压滤水则循环用于第一工序的来料粗分，实现资源化利用。

2 装备开发

基于以上工艺路线，本疏浚淤泥快速脱水装备采用模块式设计，组合后的整体外形示意如图2所示。主要由来料粗分模块、旋流浓缩与振动脱水模块、絮凝沉降与压滤脱水模块、螺旋输送模块及管路附件等模块组成。如施工不要求现场处理含有0.074 mm粒径及以下颗粒物的污水，则絮凝沉降与压滤脱水模块可以不选用。装备动力源可根据实际施工情况选择交流供电或柴油发电机组。各模块间通过管路、油路及电缆连接，由吸污泵、清洗泵、药剂泵、液压泵等将相应液体输送至各模块。装备采用模块式设计，确保了其适应性强、拆装便捷、运输方便。

图2 模块式疏浚淤泥快速脱水装备整体外形示意图

整套装备施工布局如图3所示。施工场地只达到进出车辆方便、部分硬化处理即可，受地理环境影响较小。在实际应用过程中，当采用全部模块施工时，整套装备所需作业面积为357 m2；当不采用絮凝沉降与压滤脱水模块时，装备只需作业面积为197 m2。为卸料方便，装备安装时来料粗分模块需沿工作地平下沉2.2 m。以下重点介绍来料粗分模块、旋流浓缩与振动脱水模块、絮凝沉降与压滤脱水模块三个主要模块。

图3 模块式疏浚淤泥快速脱水装备施工布局图

2.1 来料组分模块

来料粗分模块整体结构组成如图4所示，外形尺寸（长×宽×高）为：7 m×2.5 m×3 m。其主要由进料斗、污泥池、粗分滚筒、防护罩、筛孔防堵装置、驱动马达、吸污泵、清洗水路等组成。粗分滚筒为核心部件，其上开有ϕ5 mm的透水孔并配有防堵反冲装置，设计最大转速为20 r/min，实际运行转速为6～10 r/min。来料污泥自倾至卸料斗后直接过渡到粗分滚筒内，滚筒在驱动马达的带动下旋转，进入滚筒的来料随之翻转跌落。在污物翻转跌落的同时，利用高压清洗水对其表面附着的污泥进行反复冲洗，冲洗后的污水通过滚筒上的透水孔进入污泥池。大于5 mm粒径的颗粒物、带状物等由筒体内的螺旋叶片连续送出并落至螺旋输送机，最终被送至出料自卸车内。而污泥池中含有5 mm及以下粒径颗粒物的污水将由吸污泵泵送至旋流浓缩与振动脱水模块。

图4 来料组分模块结构组成

2.2 旋流浓缩与振动脱水模块

旋流浓缩与振动脱水模块整体结构组成如图5所示，外形尺寸（长×宽×高）为：7 m×2.8 m×2.6 m。其主要由旋流器、振动筛、液压泵站、电控柜、污水池、清水池、工具箱、外围防护、底架等组成，动力源柴油发电机组与该模块一体化设计。旋流器和振动筛为模块的核心部件。旋流器由进浆管、溢流管、圆柱蜗壳、锥体、沉砂口等组成。振动筛由振动器、筛箱、支承或悬挂装置、传动装置等组成。一工序处理后的污水经泵送进入旋流器进行浓缩后，其较大颗粒浓缩物通过旋流器底部的沉砂口排落至振动筛上。浓缩物中含有的间隙水在振动筛的不断振动作用下透过筛网孔进入污水池。振动脱水后产生＞0.074 mm粒径的排料通过螺旋输送机被收集至出料自卸车内。而含有0.074 mm及以下粒径颗粒物的污水将被收集在振动筛正下方的污水池中，由吸污泵泵送至絮凝沉降与压滤脱水模块。

图5 旋流浓缩振动脱水模块结构组成

2.3 絮凝沉降与压滤脱水模块

絮凝沉降与压滤脱水模块整体结构组成如图6所示，主要由絮凝沉降罐、自动加药机、药剂混合池、底架、压滤机、压滤水池等组成。其中压滤池及带式压滤机整体外形尺寸（长×宽×高）为：5.6 m×2.6 m×2.8 m；絮凝沉降罐外形尺寸（长×宽×高）为：2.6 m×2.8 m×4.85 m；药剂混合池外形尺寸（长×宽×高）为：4.2 m×2.1 m×2.15 m。二工序处理后的污水经泵送进入絮凝沉降罐，通过采集入水口的流量和溢流水的浊度信息，反馈给自动加药机以控制絮凝的投加量。自动加药机按设定配比和投加量加入适应的絮凝剂以加速污水中细小颗粒物絮凝抱团，并在其自身重力的作用下自然沉降到絮凝沉降池底部，由此污水逐渐变清澈并通过絮凝沉降池的溢流口溢出。其中一部分溢流至清水池储存，用于滤带或污泥池的清洗；另一部分则溢流至药剂混合池，用于稀释絮凝剂；其他多余清水则可直接排放市政污水管网。含水絮团则经泵送后至带式压滤机进行压滤脱水，压滤产生的泥饼由螺旋输送机送至出料自卸车内；压滤水则经压滤水池流至一工序的污泥池以循环利用于来料粗分。

图6 絮凝沉降与压滤脱水模块结构组成

本装备絮凝过程主要采用聚丙烯酰胺（polyacrylamide，PAM）高分子絮凝剂。多年来，聚丙烯酰胺作为絮凝剂在污水絮凝处理、污泥调质脱水领域得到了广泛应用。根据来料成份与特性确定絮凝剂的种类与投加量，如来料含有机物较多，一般选应阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）；如来料含无机物较多，一般选用阴离子聚丙烯酰胺（APAM）。絮凝剂的投加量一般在2‰～3‰，可根据絮凝效果做适应调整。综合考虑处理效果与运行成本，在实际应用过程中聚丙烯酰胺的投加量一般控制在≤5‰。应用表明，因为当投加量超过5‰后，投加量与絮凝效果未必成正比，但运行成本则增加。为避免絮凝剂降解而影响处理效果，须当天配剂须当日使用[8-11]。

2.4 应用与特点分析

本模块式疏浚淤泥快速脱水装备已实际生产并应用，其实物组装如图7所示，经产品测试与施工验证，各参数满足工艺流程与设计要求。装备额定处理淤泥量为80 m3/h。按每日8 h作业时间计算，装备日处理能力为640 m3/d。该装备的主要技术参数见表1。

图7 模块式疏浚淤泥快速脱水装备实物组装图

表1 模块式疏浚淤泥快速脱水装备主要技术参数

相较于原有沉淀或简易压滤等传统处理方式而言，该工艺针对疏浚淤泥的特性，改进完善并有机结合了多种工业分级、高效脱水的方法，使得工艺与装备很好地适应于疏浚淤泥的快速脱水处理，既大大降低了淤泥的运输成本，减少财政支出，又有效避免了二次污染，符合环保要求，为后续处理或资源化提供了有利条件。根据客户的应用反馈和项目的实际验证，此工艺路线及应用装备具有如下技术特点：

（1）排料达标。装备对市政疏浚淤泥可以快速脱水处理，现场实现固-液的有效分离。经装备处理后，固态排料的综合含水率≤60%，达到填埋要求。

（2）效率较高。装备额定处理来料淤泥的能力为80 m3/h，达到了对市政疏浚淤泥快速减量化的设计要求，满足一定区域内市政清淤施工的应用需要。

（3）效益明显。装备的应用大大节省了淤泥的转运成本，有效避免了二次污染，且处理过程中资源得到循环利用，其经济效益与社会效益都较明显。

（4）运营简单。装备采用模块式设计，可以根据施工要求合理匹配模块且转场便捷。装备地理受限较小、结构简单、操作方便、运营成本相对较低。

3 结语

基于疏浚淤泥快速脱水的工艺系统模块式装备设计满足疏浚淤泥快速脱水处理的实际需要，大大降低了转运费用，避免了二次污染，为高效、经济、环保的处理疏浚淤泥提供了参考。