快速泥水分離技術應用效果分析

張繼學 余薇薇 焦 勇

（安徽水安建設集團股份有限公司 合肥 230000 安徽淮河環境科技咨詢有限公司 蚌埠 233000江蘇鴻基水源科技股份有限公司 揚州 225000）

1 引言

我國每年都要開展大規模的河湖清淤工程以及港口、航道的建設工程，不可避免地要產生大量的疏浚泥，疏浚泥經常采用堆場存放的處置措施。由于疏浚泥一般具有含水率高、強度低、沉積固結速率慢的特點，采用堆場存放疏浚泥必然帶來兩方面的問題：疏浚泥大面積和長時間的占用土地資源。因此，在現有疏浚工藝技術條件下，如何提高疏浚土排泥場的有效容積、減少占地面積、節省工程造價、減小社會矛盾，是水利工程迫切需要研究和解決的難題[1]。

淮干蚌浮段行蓄洪區調整和建設工程香浮段部分排泥場設計借鑒國內相關專利技術，在工程建設中采用快速泥水分離技術，以期提高排泥場利用率，減少土地占用面積以及縮短占用時間[2]。

2 快速泥水分離技術原理

泥水分離技術是源于固液分離技術，是固液分離技術的一種。固液分離，是將混合物的固液兩相分離，固液分離技術在冶金、化工、輕工、食品、制藥、環境治理等領域得到廣泛應用。

泥水分離是固液分離在疏浚工程、環境工程和市政工程中應用的具體表現。所謂泥水分離就是將淤泥中的土和水兩相分離開，降低淤泥含水量，縮小淤泥體積，為淤泥的后續處理創造條件。泥水分離技術首先應用在處理市政工程施工產生的生活污水污泥、工業廢水污泥和給水污泥。發達國家在20世紀70年代已經開始將泥水分離技術應用到湖河疏浚工程中，并形成一個產業。我國于70年代才開始試驗各種泥水分離機和分離技術，部分成果應用到采礦工程礦液、城市隧道工程泥漿和城市生活糞便脫水，并開始逐漸應用到疏浚工程。

快速泥水分離技術是在排泥場部分區域預先設置排水通道，排水通道包括底部水平排水通道和其上垂直排水通道，底部排水通道為管道式，可分為排水主管和排水支管；垂直排水系統由防淤堵反濾材料和垂直排水體組成，反濾材料的結構特點和孔徑大小依據疏浚土的性質確定，垂直排水系統底部與水平排水管道密閉連接，疏浚土中的水通過該排水系統收集后再由退水口排出，從而實現泥水快速分離，達到消除風浪超高、節約征地的目的。

3 泥水分離處理緣由

淮河干流蚌浮段工程涉及淮河干流河道全長86.62km，河道左岸為淮北大堤和臨北段行洪區，右岸為方邱湖、花園湖和香浮行洪區。工程位于淮河沖積平原中的淮河中下游平原區，灘地自上游向下游地勢一般由高漸變低，地形較為平坦，地面高程一般為15.0～17.0m，為平原地貌景觀，下游為浮山，最高點為50.0m。工程區地層主要為河湖相沉積地層，疏浚河道段疏浚河底高程在6～5m 左右，河道疏浚范圍內土大部分為2、3 級土，局部為1、4 級土。切灘段的土性主要為壤土和砂壤土，土質的開挖級別一般為Ⅱ級。

快速泥水分離技術在南水北調東線金寶航道工程NI 排泥場、江蘇泰州引江河第二期工程排泥場成功應用，大幅度提高了排泥場有效庫容，減少排泥場約30%的征地；排出的尾水含固率較低，達到GB 8978-96 二級排放標準。排泥場內疏浚泥的自由水可以通過排水系統快速排除，不會往圍堰中滲流，圍堰土體的含水率基本不發生顯著變化，保證了圍堰的滲流穩定。

4 泥水分離處理規模

根據已有試驗成果，結合疏浚土體的細顆粒（主要是指粘粒含量）含量大小，單個排泥場采用快速泥水分離技術處理面積為排泥場面積的8%左右，根據排泥場的退水口設置及現場退水條件，分區、分塊合理布設多組快速泥水分離系統，本次香浮段工程PN1-1、PN1-2 排泥場涉及的河道開挖土層平均的粘粒含量為7.0%，依據排泥場調查經驗，排泥場內疏浚土難以自然泥水分離的區域約占整個排泥場面積的7%。為了盡可能利用泥水分離系統快速排水，提高排泥場庫容利用率，該工程泥水分離布設規?？刂圃谂拍鄨隹偯娣e的8%，具體為PN1-1 排泥場泥水分離布設面積24000m2，PN1-2 排泥場泥水分離布設面積42000m2。

5 監測點詳細布置概況

該排泥場簡圖及儀器布置如圖1。

PN1-1 排泥場共分三個區域，場地泥面標高約為15.20m，吹填從兩側區域進行，通過區域之間的隔埂缺口流入中間區域，如圖1中箭頭所示。監測共分五個項目：泥面高度監測、場地疏浚泥漿含水率監測、圍堰浸潤線監測、尾水含固率監測及十字板強度監測。

圖1 PN1-1 排泥場儀器布置簡圖

6 泥水分離處理結論

6.1 實時含水率監測

PN1-1 排泥場數據顯示，距離底面0.5m 處含水率在30%～70%，距離底面1.5m 處含水率在130%左右；PN1-2-1 排泥場數據顯示，距離底面0.5m 監測數據較低，含水率在20%左右。含水率都處于相對來說較低的水平，表明快速泥水分離系統對于排出退水口附近疏浚泥中水的作用十分明顯。

6.2 泥面高度

PN1-1 排泥場1#斷面所在排泥區域泥面最終平均高度210cm，2#、3#、4#斷面所在排泥區域泥面最終平均高度約180cm，5#斷面所在排泥區域泥面最終平均高度200cm；PN1-2-1 排泥場1#標尺最終高度135cm，2#標尺最終高度約105cm。泥面高度反應了泥水走向，越靠近退水口泥面越低。

6.3 浸潤線觀測

PN1-1 排泥場和PN1-2-1 排泥場的圍堰浸潤線監測數據顯示，在圍堰中不存在穿過圍堰的滲流，圍堰滲流穩定，并且圍堰外坡的復耕土堆區更能保證圍堰的穩定性。表明泥水分離技術有效地降低了排泥場圍堰內的水頭高度，可快速排除排泥場內表面水。

6.4 含固率測試

PN1-1 排泥場含固率在35～230mg/L，質量比約為0.035/1000～0.23/1000 之間，遠小于快速泥水分離系統的設計要求（1/1000）；PN1-2-1 排泥場含固率在65～226.6mg/L，質量比約為0.065/1000～0.226/1000之間，同樣遠小于快速泥水分離系統的設計要求（1/1000）。快速泥水分離系統對于控制尾水含固量有著很好的控制作用。

6.5 承載力測試

PN1-1 排泥場和PN1-2-1 排泥場退水口處表層十字板強度為20～30kPa，PN1-1 排泥場（吹填完成4 個月）退水口處的表層十字板強度約為3～5kPa,場地內80%以上的區域可以上人，PN1-2-1 排泥場（吹填完成9 個月）退水口處表層十字板強度約10～15kPa，場地內區域可以上人。泥水分離技術能夠有效降低疏浚泥含水率、提高疏浚泥的強度和承載力。

6.6 布設情況對比

PN1-1 采用集中布置泥水分離系統，PN1-2 分散布置于每個退水口，根據監測及吹填后場地情況：PN1-1 排泥場一區、三區為粗顆粒集中區，吹填完后即可還耕，PN1-2 排泥場出泥口承載力較高，吹填結束后即可還耕?？焖倌嗨蛛x設計時應根據疏浚泥的特性及排泥場區域設計、退水高差綜合選定布置方式。

7 結語

該排泥場疏浚土體主要為粉質壤土，在水力分選作用下，泄水口附近形成了大面積淤泥質粉質黏土富集區域，該區域疏浚泥飽含自由水，基本處于懸浮狀態，且隨水流動。項目策劃時按照技術處理特點，結合疏浚泥水力分選規律，泥水分離系統布設在細顆粒富集區，疏浚工程實施完成后，泥水分離系統依然持續發揮排除固結析水作用，能夠促進細顆粒富集區的固結速度。在疏浚完成后4 個月左右，細顆粒富集區已經具備上人條件，此時的泥水分離系統依然在排除場內深層孔隙水?？焖倌嗨蛛x效果明顯。

隨著社會發展和城市化進程，土地資源嚴重緊缺，城市河道及景觀湖泊的淤積和受城市生活廢水污染日趨嚴重，大規模的疏浚整治勢在必行，疏浚淤泥堆場的設置以及處置尤為困難。同時，隨著社會發展，內陸河道、湖泊的水質污染十分嚴重，國家重大水系調整項目的建設，需要優質水源和免受沿線河道二次污染等社會需求。這些社會壓力和需求，迫切需要解決疏浚淤土的存儲和循環利用問題，而“快速泥水分離技術研究”切合了這一社會主題，也為自身的發展和推廣應用贏得了空間，決定了該項研究成果具有良好的推廣應用前景，并具有良好的經濟和社會效益■