底泥处理技术及应用

袁致文

随着国家经济高速发展，城市建设与工业增长取得了前所未有的成就，与此同时，一些生活污水和工业废水未经处理直接排入市政管网和河湖库塘，导致河湖库塘水体受到了严重的污染。一些难降解有机物、重金属、氮磷钾等营养物质被水体颗粒物吸附、结合、絮凝、沉降而沉积在底泥中，并经过长时间水体传输、物理、化学、生物等作用沉积于水体底部，在外源污染得到有效控制后，底泥中这些污染物仍然对水体产生二次污染。面对日益严峻的生态形势，为了有效改善水环境污染状况，改善环境水体水质，需要对底泥进行清除并进行无害化处理。

目前城市中河湖库塘以及市政管网清淤底泥处理是各城市水利建设较为突出的矛盾，缺乏处理场所、设施，消纳困难。传统的底泥处理包括填埋、海抛等，这些处置方法由于占地面积较大，或由于对周边环境造成较大的影响，堆放不当易对周边环境造成二次污染，危害较大，已不适合城市底泥处理。

为“稳定化、无害化、减量化及资源化”处理底泥，并对处理底泥进行资源化利用，是水利建设极为迫切的需求，因此底泥处理厂的建设是完善城市水利建设配套设施的需要。

一、实际工程案例——深圳光明底泥处理厂

传统的底泥处理包括填埋、海抛等已不适合光明底泥处理。光明区河道清淤底泥总量11.24 万m3，未处理的底泥难以找到去处，必须经过合理的处置才能运至周边城市进行资源化利用，因此，底泥处理厂的建设是顺利推进茅洲河水环境综合整治的需要。

本工程底泥经过底泥处理厂处理后，产生垃圾0.41万m3、砂料1.16 万m3、泥饼2.23 万m3，减量化达到59%。处理后的砂料完全可以资源化利用，泥饼物理力学参数较好，满足深圳地方标准《河湖污泥处理厂产出物处置技术规范》，可直接资源化利用。

深圳光明底泥处理厂位于深圳市光明区长凤路与东长路交接处南侧约200m 处，总占地面积7811m2，主要建设内容包括主体工程、绿化工程、配套建筑工程、市政工程几个部分，项目总投资12740.35 万元。主体工程分为地上4 层、地下1 层建筑物,规划建筑高度为20.500 米，占地面积达4060 平方米,总建筑面积15252 平方米,其中地上建筑面积14990 平方米，地下建筑面积262 平方米，设计绿化面积1430m2，设计铺装面积2465m2，绿化率33%，如图1。

图1 光明底泥处理厂

深圳光明底泥处理厂前期主要处理光明区茅洲河水环境综合整治工程的底泥，之后以处置光明区范围内市政淤泥为主。前期底泥处置接纳范围包括5 条一级支流及4条排洪渠。5条一级支流分别为大凼水、东坑水、西田水、玉田河、白沙坑；4 条排洪渠分别为马田排洪渠、楼村社区排洪渠、圳美排洪渠、塘家面前陇，处理底泥总量为11.24 万m3。未来10 年光明区每年市政淤泥处置量约为10 万m3，换算成日处置量为274m3，考虑3 倍的不均匀系数，最大日处置量约822m3。本工程布置3 台600m2板框压滤机，两用一备，每台日处理能力386.55m3（每日生产8 小时）～966.38m3（每日生产20 小时），每台年处理能力为13.82 万吨（每日生产8 小时）～34.7 万吨（每日生产20 小时），能较好地匹配本项目需求。

二、底泥处理工艺

底泥处理工艺包括两个部分∶底泥处置系统和除臭系统。

1.底泥处置系统

底泥处置系统由泥沙分离系统、固液分离系统、改性拌和系统、均化调理系统、脱水成固系统五大主体部分及洗砂系统、堆场系统等辅助系统组成。项目主体功能核心处理区由纳泥池、沉沙池、沉淀池、调理调质区、全水处理区、脱水车间、泥饼库、设备堆放区等组成。

（1）泥沙分离系统

环保型绞吸式挖泥船疏浚后的底泥通过管道输送，进入泥沙分离系统，泥沙分离系统主要由格栅机、卸泥池及沉砂池组成。卸泥池长×宽×深为14.8m×10.3m ×2.7m，采用C30 钢筋混凝土结构，壁厚30cm，底板厚40cm。沉沙池长×宽×深为9.9m×9.3m×4.55m，采用C30 钢筋混凝土结构，壁厚30cm，底板厚40cm。

（2）洗砂系统

洗砂系统采用全自动化施工，包括泥沙分离池砂砾收集设备及洗砂设备两部分：

①泥沙分离池砂砾收集设备

砂砾收集设备主要为刮板机，刮板机将分布在一、二级泥沙分离池底的粒径大小不一的砂砾分别收集至储沙坑，每级泥沙分离池配备一套刮板机，储沙坑中的砂砾再进入洗砂设备。

②洗砂设备

由于茅洲河及其支流底泥中砂砾较细，为彻底将分离的砂砾清洗干净，采用挖斗式洗砂机+轮斗式洗砂机的两次洗砂设备组合，挖斗式洗砂机在前，轮斗式洗砂机在后。

（3）固液分离系统

泥浆经过泥沙分离系统后自行流入固液分离系统进行浓度调节，固液分离池容积与底泥处理厂处理规模匹配。

经过固液分离池浓缩的底泥采用小型绞吸式挖泥船或排沙泵入搅拌器中，绞吸式挖泥船的铰刀头必须置于疏浚底泥的中间，以便保持泥浆溶度。沉淀池面积约为610m2，容积约为2440m3，池壁采用C30 钢筋混凝土结构，池底采用C30 素混凝土底板。

（4）改性拌和系统

改性拌和系统包括调理池、 搅拌器、 料罐、自动泡药机等设备。调理池长× 宽× 深为14.3m×10.3m×3.5m，包括调理池和泵房，采用C30钢筋混凝土结构，壁厚30cm，底板厚30cm。

（5）均化调理系统

每个底泥处理厂配备一个均化调理池，采用C30钢筋混凝土结构。为了保持调理后底泥的流动性，均化调理池底部保持倾斜状，靠近分离固化系统侧低，固液分离池侧高，倾斜坡度约为1 ∶7，并在靠近脱水成固系统侧设置曝气管，在均化调理池靠近脱水成固系统侧铺设曝气管对调理后的泥浆进行充分曝气，达到提高泥水分离效果。

（6）脱水成固系统

脱水成固系统包括喂料设备、空气压缩机及板框压滤机等。

调理完成后泥浆泵送至脱水成固系统进行泥水分离，脱水成固系统主要设备为板框压滤机，泥浆脱水后形成含水率（水比总质量）在不高于40%左右的硬塑状泥饼，硬塑状泥饼通过打散系统打散，以便快速改变底泥黑臭现象，打散后的底泥通过皮带输送机输送至堆料场养护2～3 天。布置3 台600m2的板框压滤机（两用一备）。

（7）堆场系统

堆场包括余土库和余砂库，布置在底泥厂内部。余土库主要用于堆存余土，余砂库主要用于堆放砂砾、垃圾等。

底泥处置厂采用工艺流程如图2：

图2 底泥处理工艺流程图

（8）首先河湖库塘以及市政管网清淤底泥通过自卸汽车或密封罐车运至底泥处置厂，倾倒在纳泥池中，通过补水池补水，将底泥调制成含水率90%的泥浆。

（9）泥浆一部分通过立式格栅初步分选垃圾后流入泥浆池，一部分通过抓斗抓至杂物分离一体机，分选15mm 以上的砾石，再通过液下渣浆泵提升经过三级固液分离装置后进入沉砂池，并进一步去除砂砾。分离的垃圾、砾石采用皮带机输送至垃圾堆场。

（10）分离垃圾、砾石后的泥浆在沉砂池中进行初步水力沉淀，分离粒径在0.1mm 以上砂砾，砂砾被沉淀送到螺旋洗砂机，洗出砂粒，通过余砂皮带输送机送至余砂库。

（11）分离垃圾、砂砾后的泥浆溢流至沉淀池，进行泥水分离，浓泥浆采用排沙泵入搅拌机，排沙泵采用桁车进行固定，添加调理药剂后溢流至调理池。余水经电动滗水器进入补水池，作为泥浆周转池循环水，补水池多余水直接排入市政污水管网。

（12）调理池底泥通过喂料泵送至脱水车间，通过脱水车间的板框压滤机进行浓缩脱水，脱水后形成泥饼，后续将泥饼外运。

2.除臭系统

除臭系统由密封工程、臭气收集输送系统、预处理系统、生物除臭一体化装置等构成。在保证臭气达标排放的前提下，根据厂房实际情况，选择处理技术成熟、效果好、投资低、运行费用低的处理工艺，并最大限度地避免二次污染；充分考虑厂房的工况要求，人性化设计；设计的处理工艺流程应力求运行稳定可靠，可调节性强，操作管理方便。除臭范围：泥浆周转池、沉砂池、沉淀池、调理池、余水池、余土库 、补水池（只做封闭处理）、压滤卸料区、皮带机、板框压滤机。根据本工程特点，本次除臭设计范围为预处理集约化主体构筑物，对其中臭气产生较多，对周围环境影响较大的地方再进行局部加盖，减小脱臭气体体积，并对加盖密封后，产生的臭气进行收集、处理。经调查研究，集约化主体构筑物内需加盖的处理构筑物单元主要有：（1）纳泥池+泥浆池；（2）沉砂池；（3）调理池+泵房；（4）沉淀池；（5）余水池+缓冲池；（6）板框压滤机；（7）余土库。

因为生物除臭法投资适中且运行管理简单，且具有除臭效率高、使用寿命长、能耗低和运行费用低等优点，国内外已有大量成功应用的实例和经验，深圳市29 个污水处理厂及众多污泥处理厂基本都采用生物除臭法，并辅以预处理。故本项目处理工艺为预处理+生物除臭。生物除臭法是通过微生物的生理代谢将恶臭物质加以转化，达到除臭的目的。目前多采用生物滤池法。生物滤池法是把收集的臭气先经过加湿处理,再通过长满微生物、湿润多孔的生物滤层,利用微生物细胞对恶臭物质的吸附、吸收和降解功能以及微生物细胞个体小、表面积大、吸附性强和代谢类型多样的特点,将恶臭物质吸附后分解成CO2和其他无机物。预处理系统是生物除臭塔的进气浓度调节环节，主要通过水洗法，将臭气中易溶于水的异味气体溶解除去，预处理系统包括喷淋塔、给排水系统及溶液pH 控制系统组成。

除臭系统处理规模：60000m3/h+30000m3/h。为保障除臭效果，为余土库（风量：30000m3/h）设独立喷淋处理系统，可根据生物塔填料负荷和余土库含尘量，通过风量调节阀控制余土库收集气体处理方式，实现喷淋处理和生物塔处理交替运行。处理标准经过处理后，《恶臭污染物排放标满足准》中的排放二级标准。

其中生物除臭塔：为系统集成设备，主体结构为固定式矩形全封闭结构，并设有合理的检修孔、进气孔、出气孔等。除臭塔体的主要材料为玻璃钢，连接件采用不锈钢，塔体内部采用不饱和环氧树脂和乙烯基树脂进行防腐处理，防腐措施为三布五油。塔体分为四个区域：上层的雾化喷淋区，中间的生，物填料过滤区，下部的生物填料支撑系统以及配气系统与废液收集系统。预处理塔：塔体PP，塔体附带喷淋水箱，含填料、内部喷淋系统、支撑结构、布气系统、进气孔、出气孔、进水孔、排水孔、溢流孔和检修人孔。

三、资源化利用

目前该技术在深圳茅洲河流域水环境综合整治中得到应用，中国电建在深圳、东莞、佛山等地利用该技术取得了较大的环保效益和经济效益，工程建成后提高了当地的固废处置能力，改善了当地水环境，带动和提高了地方社会经济的发展，促进人民群众生活水平的提高。河湖库塘以及市政管网的底泥经过处理，可以用于以下几方面：

（1）河湖库塘以及市政管网中的底泥经过处理可以筛出里面的砂和石子等建筑材料，尤其市政管网中的底泥含砂率较高，筛出的砂可直接用于市政道路人行道铺装、管网回填等，石子可直接作为路基回填材料、市政围挡基础混凝土预制块的材料等，砂和石子经过进一步清洗处理可作为商混站混凝土原材料。

（2）经过脱水和无害化处理后的底泥被压缩成泥饼，在泥饼中参加其他材料可生产轻质透水砖、陶粒、活性炭、瓦片以及工艺品等材料。

（3）经过脱水和无害化处理后的污泥被压缩成泥饼，泥饼结构稳定，遇水不会泥化，无侧限强度可以达到200Kpa 以上，渗透系数跟自然土差不多，可以用作工程回填土，如路基回填、管网回填以及填海等工程。

（4）底泥中含有丰富的有机物和氮、磷、钾等营养元素以及植物生长必需的各种微量元素钙、镁、铁等，适用于农田并能够改良土壤结构、增加土壤肥沃力、促进农作物的生长。经过脱水和无害化处理后的污泥被压缩成泥饼，可用于农田、林地、园林绿化以及废弃矿场修复的种植土。