城市河湖環(huán)保清淤及底泥處理廠設(shè)計與運(yùn)行

劉時旸 董江濤 周 政 羊樟發(fā) 陳雨生

（1．中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2．杭州市富陽區(qū)河道水庫管理中心，浙江 杭州 311400）

隨著城市化建設(shè)的速度加快，河道污染嚴(yán)重影響了城市環(huán)境，城市河湖水體水質(zhì)下降、水體景觀與生態(tài)功能缺失，同時也影響了城市水體生態(tài)功能和環(huán)境[1]。目前，在國內(nèi)外已發(fā)生多起由于底泥導(dǎo)致的魚類食品污染問題[2]。因此，在城市建設(shè)過程中需要重視環(huán)保工作。環(huán)保清淤是治理城市河湖底泥的重要手段，通過對污染底泥的疏浚，可清除污染水體的內(nèi)源污染物[3]。底泥疏浚將污染物從水域系統(tǒng)中徹底去除，可以較大程度地降低底泥對上覆水體的污染貢獻(xiàn)率，進(jìn)而解決由生物或物理等作用下內(nèi)源釋放所造成的二次污染。

富春江的北支江進(jìn)行環(huán)保清淤，帶水疏浚作業(yè)，通過管道吹填，經(jīng)排泥場地沉泥后，底泥余水流經(jīng)沉淀池初步沉淀，由于余水量大，沉淀時間短，余水依然渾濁，水量有80000m3/d，主要污染物成分為泥砂懸浮物，需要經(jīng)過處理后，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)，其中SS限值為20mg/L，處理達(dá)標(biāo)后返還支流進(jìn)行補(bǔ)水。泥經(jīng)排泥場沉淀并后期真空預(yù)壓后作為全域土地平整工程的回填土使用。

1 工程背景

杭州市召開亞運(yùn)會，比賽內(nèi)容包括賽艇皮劃艇比賽，為了保證比賽河流的水質(zhì)和環(huán)境，遂對比賽場地的北支江進(jìn)行清淤，清淤后的土方進(jìn)入張家村消納場進(jìn)行土方消納，以作為該地區(qū)全域土地平整工程的回填土。

水下清淤量100萬m3自然方，絞吸船處理1m3水下方底泥須絞吸10m3水量。結(jié)合水下清淤量，共產(chǎn)生約1000萬m3余水排放，日余水排放處理量約8萬m3/d。

2 清淤及處理廠工藝

底泥處理與處置采用排泥場+真空預(yù)壓，余水處理采用沉淀池→高效絮凝及浮選凈水設(shè)備→清水池工藝方案，具體清淤工程生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 底泥處理工藝流程框圖

河湖底泥采用絞吸式挖泥船清淤后，并通過接力泵經(jīng)輸泥管線（含管道混合器）運(yùn)輸至排泥場（含真空預(yù)壓），經(jīng)排泥場初步沉淀后，余土沉積在排泥場內(nèi)，余土積累至排泥場滿負(fù)荷時，對排泥場進(jìn)行封場、真空預(yù)壓處理進(jìn)一步降低排泥場中污泥含水率，余水則進(jìn)入沉淀池繼續(xù)進(jìn)行沉淀處理。余水經(jīng)沉淀池去除比重較大的泥沙顆粒以后，沉淀池上清液通過浮筒式水泵提升至高效絮凝及浮選凈水設(shè)備，通過投加PAC、PAM藥劑進(jìn)行混凝反應(yīng)，并經(jīng)氣浮分離后，清水通過出水區(qū)自流進(jìn)入清水池，達(dá)標(biāo)后排至北支江進(jìn)行還河補(bǔ)水。氣浮過程產(chǎn)生的浮渣通過刮渣機(jī)刮出進(jìn)入浮渣池，再通過浮渣泵抽吸至排泥場。該項目各處理單元總平面布置如圖2所示。

圖2 總平面布置圖

北支江底泥采用絞吸式挖泥船清淤后，并依次通過1#接力泵站（630kW）、2#接力泵站（630+630kW）、2#-1接力泵站（630kW）、3#接力泵站（630+630kW）、4#接力泵站（630+630kW）、5#接力泵站（630+630kW）、經(jīng)輸泥管線（2根DN500管道，并列敷設(shè)）運(yùn)輸至張家村排泥場（含真空預(yù)壓），余土積累至排泥場滿負(fù)荷時，對排泥場進(jìn)行封場、真空預(yù)壓處理。淤泥處理過程中產(chǎn)生的余水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后依次通過DN800管道、當(dāng)?shù)嘏艥城琅欧胖帘敝ЫM(jìn)行還河補(bǔ)水。

排泥場及余水處理系統(tǒng)平面布置如圖3所示。該項目平面布置為近三角形，主要水處理構(gòu)筑物從南至北依次為排泥場（一級）、排泥場（二級）、排泥場（三級）、沉淀池、余水處理系統(tǒng)，使淤泥及淤泥處理過程中產(chǎn)生的余水按照處理工藝流程從南至北依次通過各處理構(gòu)筑物，處理過程中產(chǎn)生的清水，達(dá)標(biāo)后排至北支江進(jìn)行還河補(bǔ)水。

圖3 排泥場及余水處理系統(tǒng)平面布置

3 環(huán)保清淤設(shè)計

3.1 清淤施工方式

在綜合考慮施工區(qū)水文、水深（水深較大）、水量、水環(huán)境、行洪調(diào)蓄、通航、交通、河道寬度（水面開闊）、岸坡穩(wěn)定等條件基礎(chǔ)上，并經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，確定采用水下清淤的方式。

3.2 環(huán)保清淤設(shè)備

清淤設(shè)備采用2臺絞吸式挖泥船，其型號規(guī)格：YC6TD650L-C20，WN300，N=478kW。

3.3 底泥運(yùn)輸方式

運(yùn)輸距離約12km，遠(yuǎn)距離管道輸送時須嚴(yán)防輸送管道破裂泄漏。采用接力泵串聯(lián)運(yùn)行，加壓輸送，具體兩條管線參數(shù)見表1。

表1 兩條管線參數(shù)表

4 底泥處理與處置設(shè)計

4.1 處理與處置工藝

河道底泥含水率高，傳統(tǒng)的脫水技術(shù)不達(dá)標(biāo)，只能將淤泥濃縮，盡量減少其中水分含量，不能滿足淤泥處理要求。該項目中，底泥處理與處置采用排泥場+真空預(yù)壓，余土根據(jù)污染物控制指標(biāo)與限值，進(jìn)行資源化利用。采用的消納途徑為全域土地平整工程的回填用土，但需要通過試驗及檢測，確保其承載力、壓實度等物理指標(biāo)符合利用要求。

進(jìn)入排泥場前的輸泥管路安裝管道混合器，在此投加混凝劑PAC，通過管道等混凝反應(yīng)，形成絮體，加速泥漿在排泥場的沉淀，從而減輕后續(xù)余水處理的壓力。

4.1.1 排泥場設(shè)計

排泥場主要功能是儲存淤泥處理過程中產(chǎn)生的余土。

排泥場采用土工防滲結(jié)構(gòu)，排泥場內(nèi)部開挖坡度1∶2，開挖邊界距離圍堰坡腳4.5m，排泥場分三級，一級面積約73000m2，二級面積約84000m2，三級面積約48000m2。

配備4套溶加藥裝置（2用2備），2個DN500管道混合器。

4.1.2 真空預(yù)壓設(shè)計

真空預(yù)壓法是將不透氣的薄膜鋪設(shè)在需要加固的軟基表面上，借助射流泵和埋設(shè)水平管道，將膜下土體間的空氣抽出，形成真空，使土體排水而壓密。

設(shè)計采用3套55kW水環(huán)式真空泵進(jìn)行無砂墊層真空預(yù)壓處理，鋪設(shè)無紡?fù)凉げ迹闅馐鼓は抡婵斩炔恍∮?5kPa。插設(shè)防淤堵塑料排水板，打設(shè)深度為4.3m，真空預(yù)壓完成后地基處理范圍內(nèi)十字板剪切強(qiáng)度τ≥15kPa。

4.2 余水處理與排放

4.2.1 余水處理設(shè)計規(guī)模及出水要求

余水處理設(shè)計規(guī)模：80000m3/d，余水主要成分以粉粒懸浮物為主。

出水要求：《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)限值，主要指標(biāo)要求SS≤20mg/L。

4.2.2 余水處理工藝流程

4.2.2.1 技術(shù)原理

余水處理采用的主要技術(shù)為混凝技術(shù)和氣浮技術(shù)，混凝投加藥劑為PAC，助凝投加藥劑為PAM，聚（合）氯化鋁溶于水后，即形成聚合陽離子，對水中膠粒發(fā)揮電性中和及吸附架橋作用，其效能優(yōu)于硫酸鋁。聚（合）氯化鋁在投入水中前的制備階段即已發(fā)生水解聚合，投入水中后也可能發(fā)生新的變化，但聚合物成分基本確定。余水中難沉降的懸浮物質(zhì)及膠體物質(zhì)，與PAC發(fā)生混凝反應(yīng)脫穩(wěn)后，再經(jīng)過PAM助凝劑的助凝形成較大的礬花絮體。

氣浮采用部分回流加壓溶氣氣浮，產(chǎn)生直徑小的微細(xì)氣泡，使混凝產(chǎn)生的細(xì)小懸浮物黏附在空氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，形成浮渣，刮除出水面達(dá)到去除水中懸浮物，凈化水質(zhì)的目的。

4.2.2.2 工藝流程框圖

余水處理工藝工藝流程框圖如圖4所示。

圖4 余水處理工藝流程框圖

流程說明：排泥場初步沉淀后的余水進(jìn)入沉淀池繼續(xù)進(jìn)行沉淀，沉淀上清液通過浮筒水泵提升至高效絮凝及浮選凈水設(shè)備，設(shè)備反應(yīng)區(qū)投加藥劑進(jìn)行混凝反應(yīng)，礬花通過微小氣泡托起，在表面形成一層浮渣層，通過刮渣機(jī)刮出至溝渠進(jìn)而進(jìn)入浮渣池，再通過浮渣泵抽吸至排泥場。設(shè)備下層集的清水通過出水區(qū)自流進(jìn)入清水池，達(dá)標(biāo)后返還河湖進(jìn)行補(bǔ)水。

4.2.3 主要建、構(gòu)筑物、設(shè)備及設(shè)計參數(shù)

4.2.3.1 沉淀池

功能：利用重力沉降，去除密度較大的泥沙等顆粒。

土工防滲結(jié)構(gòu)，平均有效面積14000m2，池深5.3m，有效深4m，有效容積56000m3，停留時間22.4h，表面負(fù)荷0.238m3/h。配置設(shè)備：4臺浮筒水泵Q=833m3/h，H=12m，N=45kW，4只電磁流量計。

4.2.3.2 高效絮凝及浮選凈水設(shè)備

功能：通過混凝、助凝及氣浮處理，去除余水中比重較輕，難以去除的懸浮物質(zhì)。

4套鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備，單套設(shè)計流量為20000m3/d，單套設(shè)備裝機(jī)功率75.9kW，分離室下向流速13.16m/h，內(nèi)含配套8套溶加藥裝置。

4.2.3.3 清水池

功能：儲存余水處理系統(tǒng)產(chǎn)水，平衡產(chǎn)水量與排水量之間差值。

混凝土結(jié)構(gòu)，平均有效面積1000m2，池深4m，有效深3m，有效容積3000m3，停留時間1.2h。

4.2.3.4 浮渣池

功能：收集儲存余水處理系統(tǒng)排出浮渣，并將浮渣均勻抽吸排至排泥場。

鋼砼結(jié)構(gòu)，池表面積178m2，池深3.3m，池容積587m3，配置設(shè)備：2臺排渣泵Q=135m3/h，H=28m，N=18.5kW，2只液位計。

4.2.3.5 藥劑堆房

鋼結(jié)構(gòu)，用于堆放余水處理藥劑，長度16m，寬度16m，高度5m。

4.2.4 處理效果

處理后出水控制指標(biāo)（SS、COD）能夠穩(wěn)定達(dá)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)，各處理單元關(guān)鍵性控制指標(biāo)處理見表2。

表2 各處理單元關(guān)鍵性控制指標(biāo)表

5 結(jié)語

該工程泥水協(xié)同處理，清淤后很好的提升了河流的水質(zhì)環(huán)境，改善了床底淤積情況，底泥還作為回填土進(jìn)行了資源化利用，余水水質(zhì)既達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)，又達(dá)到了《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—2020）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)行回用，為其他類型的疏浚作業(yè)提供了新的借鑒思路。