河道淤泥处理新技术探讨

王海龙

（北京市密云区水务局潮白河道管理所，北京市 101500）

0 引言

潮白河是北京东部地区的主要农业灌溉水源，同时也是北京市的主要水源之一。尽管近年来在绿色发展理念下，潮白河治理已经取得了显著的成效，密云潮白河生态明显好转，但是生态治理仍然任重道远。由于污水直排和无清洁水源补充等原因，潮白河河床底部多年以来积累了大量淤泥和垃圾，严重影响水体质量，河道清淤已经成为潮白河生态建设的重要环节。主要针对有机质含量高、淤泥泥浆颗粒极细的城市河道而设计了相关方案和针对技术措施，在潮白河河道清淤工程中具有极高的应用价值。

1 潮白河的河道生态现状

潮白河水系的水体质量最差时曾经达到中度富营养状态，根据以往的水质调查结果，位于河流上游的白河堡水库一直是潮白河水系中水质较好的水域。自然降水是白河流经山区时的主要水量来源，大约占水体总量的70%，降雨在陡峭的山坡上形成了流速大、冲刷强度高的表面径流，对水质产生了极大地影响。由于白河沿岸发展出众多的旅游区，旅游业对水质不可避免的会产生一定影响。潮河流域的沙场水库和栗榛寨周边水域植被覆盖率较低，导致出现水土流失现象，在近岸地表径流的影响下，每年6月份潮河部分流域的水体富营养化程度将会达到重度状态。此外，农业用地也是造成潮河富营养化的重要因素之一。潮白河沿岸相对集中的人口聚居和大量农业用地导致地表径流在汛期裹挟大量污染物进入河道，加重了河道水体的富营养化。

潮白河水环境质量在北京市近年来实施的南水北调、流域生态修复和引温济潮调水等补水措施的影响下得到了有效改善，与以往相比，水体质量得到了显著提升，处于轻度富营养状态。目前顺义区域内水清岸绿，河岸上有大量绿化植物，令人赏心悦目。在浅滩中能够摸到河蚌，景观带上吸引了不少水鸟。生态景观带建设工程所取得的成效也在不断凸显，正在逐渐形成健康稳定的生态系统。但是从长期来看，潮白河生态系统依然脆弱，目前生态成效随时可能消失殆尽，而且在精准治理等放还需要进一步提高。

2 河道清淤的重要性

河道淤泥污染性较大，尤其是工业时代的河道淤泥危害更大。经年累月积累在河道内的垃圾和淤泥等污染物会影响水质，河道疏浚工程中产生的淤泥中含有大量水分、微生物和有机质，有机质和营养物质形成的耗氧有机物会对底泥造成污染，形成黑色、灰黑色的再悬浮物，导致水体发黑、发臭，淤泥中的重金属、有机残骸、病原菌等污染物质具有较强的污染性。工业、农业高速发展中产生的环境污染物会降低环境的承载能力，导致水体的自净能力基本消失，对水体造成直接污染，严重危害生态系统和生物的生存与繁衍，造成河道淤泥淤积、水体发黑发臭等严重的内源污染。通常情况下，河道底泥95%以上都是水分，因此快速降低淤泥含水率成为了河道淤泥处理的首要任务。

由于河道淤泥成分复杂性高，而且淤泥成分不稳定，既有漂浮物、纤维等很好垃圾，又有大石头、砖块、树枝等杂物，清理难度较大。由于有害的重金属隐患较大，这就给如何处置淤泥加大了难度。潮白河的淤泥总量也比较大，在带水清泥作业中，由于潮白河淤泥含水量特别高，因此淤泥颗粒细、粘度大、脱水困难。加之当前世界上的淤泥处理技术以简单的脱水固结为主，但淤泥的性质经过简单处理后依然活跃，无法达到无害化、稳定化、减量化的处理效果。比如，自然脱水法占用土地面积大，受到天气影响，而且容易对耕地产生影响。传统机械脱水法对大规模疏浚工程有一定的不适应性，很多工程还需要二次处理。真空预压法在黏粒数量较高时容易造成排水口淤积，减低排水能力。普通固化法采用单一处理模式，处理效率较低。土工管袋法会浪费大量的土工管袋资源，目前回收利用方面还是一个难题。因此需要在含水率较高、抗剪强度低、重金属污染的河道淤泥处理中引进新技术，促进河道生态恢复，加速修复被污染的水体。

3 高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术

3.1 技术概述

淤泥处理对周边环境可能造成的影响以及处理量、处理效率、处理周期和处理成本等是淤泥处理技术的主要选择依据，高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术针对含有大量有机物、重金属污染物的城市河道、城市湖泊以及水利工程研制出了用于淤泥脱水固化的高压压滤脱水固结一体化处理系统，通过聚丙烯酰胺脱水剂（PAM）、以MgO-CaO-SiO2为主要成分的TNM1固结剂、高压压滤脱水机的研究开发和成熟运用形成核心技术，在泥浆调理中运用药剂迅速实现内外排水，形成含水率低于40%且遇水不会发生泥化的硬塑状脱水泥饼，方便进行后续处理和转运，可以直接用于回填。高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术在施工中具有占地面积小、投资成本低等优势，能够迅速实现河道淤泥的脱水固化，在流经城区的河段的清淤固化工程中表现出良好的适用性。和传统方法相比，该技术的效率较高，干燥周期较短，在减量化、无害化、稳定性和资源化利用的方面都较好的体现出了自身的优势。其固化污泥土力学性能比传统方面有显著提升，对二次污染也有着较为良好的控制。

3.2 工艺流程

高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术在运用泥浆泵和特定机械脱水装置进行淤泥脱水的过程中需要经过清理河底淤泥，管道输送，施加脱水固结剂，高压压滤机深度脱水，处置、运输脱水淤泥等工艺流程，通过快速流水作业实现淤泥的开挖、输送、脱水，直至形成最终的泥饼。在处理中还要注意减少对水体的扰动，使用精准定位设备进行处理，采用全套可靠的淤泥输送管道设备提升送达能力。清淤船必须可以分体、拆卸、拼装，方便调遣。淤泥采用水上运输的方式，综合考虑要降低处理量、施工周期、提高效率和降低成本。

河底淤泥主要采用绞吸式清淤设备进行开挖疏浚，该设备高效环保，可以通过全封闭式输送管道将疏浚后的淤泥运输到淤泥处理站。进入处理站后的淤泥通过沙石分离系统和固体垃圾分拣系统的分离机分拣出粗颗粒状的沙石和垃圾，在进水前池经过初次沉淀后在加压状态下依次进入泥水脱离厂房施加絮凝剂，在淤泥脱水絮凝间通过带式浓缩机后进入淤泥固结剂间加固化剂进行脱水固结，最后采用弹性板框压滤机作为高压压滤设备进行深度脱水。经过一系列技术处理后，淤泥中的含水率已经从最初的80%～90%下降至40%，最终形成的干污泥可以外运进行二次利用。其减量率也大幅提高到55%，设备运行投资也相应降低。

3.3 淤泥处理站

采用高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术处理的淤泥应当达到无害化、稳定化和减量化的处理效果，最终形成的固化体应具有良好的整体性，达到稳定的理化性质。淤泥处理站是由进水前池、作为核心处理车间去的处理厂房共同组成的单体构筑物。高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术主要包括高压压滤脱水系统以及絮凝剂与固化剂两项核心技术。先将淤泥经过沙石分离机处理后进入进水前池，沉淀后进入下一个工序，含水率可达95%，在进入处理厂房处理，进一步改善其化学性质和物理性质。

将泥浆混合物与具备脱水作用的絮凝剂和具备固结作用的固化剂按照一定配比进行充分混合搅拌，然后采用高压板框压滤机对经过一系列充分水化反应的混合物进行深度脱水，从而实现淤泥物理和化学性质的改良，达到降低淤泥含水率、提高抗压强度、降低重金属污染物含量、改善泥土性质等方面的改良效果。无机混凝剂包括铁盐和铝盐，有机絮凝剂一般是PAM高分子材料，铁盐一般是三氯化铁，适用的pH值6.8～8.4，需要投加石灰作为助凝剂，但对管道有腐蚀性。铝盐一般是硫酸铝，效果比三氯化铁差，但是无腐蚀性。PAM适用效果好，但是使用严格。无机絮凝剂使用后含水量可降低至79.17%，邮寄絮凝剂可降至74.4%，后者的效果更为明显。

高压压滤机是主要工作环节，其主要作用是进一步对已经与絮凝剂和固化剂发生充分水化反应的淤泥进行深度脱水，是淤泥脱水固结工艺中的一项重要流程。压滤机在脱水过程中容易受到砂石、固体废物等粗大物体的直接冲撞，因此淤泥处理的第一道工序就是采用垃圾分拣设备对泥浆中的一般粗大颗粒进行分拣处理，然后在搅拌设备中向经过垃圾分拣的泥浆混合物添加脱水固结剂，待水化反应充分后方可在高压压滤设备中进行深度脱水。在有机质含量较高的情况下，可加入5%～10%的固化剂，室外养护7天，可将含水率控制到40%。且固化后体积一般不发生变化，污染物被环境消纳的效果较好。

3.4 工艺优势

为了确定高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术的应用价值，本文对该项技术与土工管袋、机械高压压滤脱水一体机和带式脱水一体机等脱水固结技术的工艺性能展开横向对比。对比结果显示，高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术与其他主要采用水泥系固化剂的淤泥固化处理技术相比能够显著降低淤泥的含水率，相较于其他常规处理技术更加高效，对重金属具有明显的束缚能力，经此方法固化后的淤泥具有更高的泥土特性，因此在抗压强度、回填利用等方面表现出更加明显的前端优势；在采用高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术处理淤泥的过程中，淤泥处理站内全部采用输送管道进行一体化连接，淤泥在垃圾分拣、沙石水分离、淤泥脱水、加药、泥水分离、固化、外运等全套淤泥处理过程中的输送和处理全部在系统内部完成，实现了淤泥的一体化脱水和固结，无需进行二次处理；高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术通过与疏浚淤泥的有效耦合可以实现淤泥的快速脱水，降低了由于运输和管理淤泥产生的大部分费用，在提高出泥效率、节约占地面积、降低出泥含水率、淤泥减量化等方面具有显著的前端技术优势；高压压滤脱水固结一体化处理系统具备优越的使用性能，占地面积较小，能耗低，经该系统处理后的淤泥能够获得比较稳定的理化性质。系统的运行过程安全可控，自动化程度高，而且几乎不会产生异味，最终产生的干污泥可以进行二次利用，是良好的农耕地复垦用料、园林绿化覆土和场地填筑材料。可以对淤泥利用进行针对的创新利用，比如可以将泥土在处理后用作花土肥料，加入助剂材料后用作绿化结构土等。

4 环境效益评价

4.1 修复景观生态环境

应用高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术能够有效改善水质和水环境，将防洪排涝能力为5年一遇洪水的河道提升到20年一遇。采用河涌驳岸加固、优化和植物提升与高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术相结合的治理方式能够对脏、黑、臭等河流污染问题进行根本性解决。由此可见，高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术的应用有利于河道生态环境的修复和空气质量的改善，并且能够促进原有生态景观面貌的恢复。

4.2 改善当地整体形象

高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理系统工程建成以后能够在当地形成特色河涌生态景观，成为当地一座全新的地标性景观构筑物，配合特色水乡景观建设和具有宣传、游览价值的博物馆等游览设施能够有效改善当地的城市品位和整体形象，从而获得更高的影响力和竞争力。特别是融入到潮白河生态走廊中，能够显著提升生态形象。

4.3 改善居住环境

高压压滤脱水固结一体化河道淤泥处理技术的应用能够有效改善河流两岸的生态环境，当地政府和有关部门可以将河流疏浚工程建设与市政景观绿化工程进行有机结合，从而达到提升居民生活质量的效果，丰富当地居民的物质和精神文化生活。

5 结语

高压压滤系统可以通过机械脱水固结处理将淤泥中的含水率降至低于50%，有效改善淤泥遇水泥化的特性。通过固化材料封闭、包裹的重金属会发生形态改变，从而实现污染物质的稳定化。淤泥中有害物质的浓度在较好的无侧限抗压强度条件下会出现明显下降，能够有效束缚住固化淤泥中的重金属。处理达标的淤泥能够为植物的正常生长提供充分条件，种子在经过处理的淤泥中比原生淤泥中的发芽率提高了3倍，由此可见该项新技术的有效性。