底泥處理技術及應用

袁致文

隨著國家經濟高速發展，城市建設與工業增長取得了前所未有的成就，與此同時，一些生活污水和工業廢水未經處理直接排入市政管網和河湖庫塘，導致河湖庫塘水體受到了嚴重的污染。一些難降解有機物、重金屬、氮磷鉀等營養物質被水體顆粒物吸附、結合、絮凝、沉降而沉積在底泥中，并經過長時間水體傳輸、物理、化學、生物等作用沉積于水體底部，在外源污染得到有效控制后，底泥中這些污染物仍然對水體產生二次污染。面對日益嚴峻的生態形勢，為了有效改善水環境污染狀況，改善環境水體水質，需要對底泥進行清除并進行無害化處理。

目前城市中河湖庫塘以及市政管網清淤底泥處理是各城市水利建設較為突出的矛盾，缺乏處理場所、設施，消納困難。傳統的底泥處理包括填埋、海拋等，這些處置方法由于占地面積較大，或由于對周邊環境造成較大的影響，堆放不當易對周邊環境造成二次污染，危害較大，已不適合城市底泥處理。

為“穩定化、無害化、減量化及資源化”處理底泥，并對處理底泥進行資源化利用，是水利建設極為迫切的需求，因此底泥處理廠的建設是完善城市水利建設配套設施的需要。

一、實際工程案例——深圳光明底泥處理廠

傳統的底泥處理包括填埋、海拋等已不適合光明底泥處理。光明區河道清淤底泥總量11.24 萬m3，未處理的底泥難以找到去處，必須經過合理的處置才能運至周邊城市進行資源化利用，因此，底泥處理廠的建設是順利推進茅洲河水環境綜合整治的需要。

本工程底泥經過底泥處理廠處理后，產生垃圾0.41萬m3、砂料1.16 萬m3、泥餅2.23 萬m3，減量化達到59%。處理后的砂料完全可以資源化利用，泥餅物理力學參數較好，滿足深圳地方標準《河湖污泥處理廠產出物處置技術規范》，可直接資源化利用。

深圳光明底泥處理廠位于深圳市光明區長鳳路與東長路交接處南側約200m 處，總占地面積7811m2，主要建設內容包括主體工程、綠化工程、配套建筑工程、市政工程幾個部分，項目總投資12740.35 萬元。主體工程分為地上4 層、地下1 層建筑物,規劃建筑高度為20.500 米，占地面積達4060 平方米,總建筑面積15252 平方米,其中地上建筑面積14990 平方米，地下建筑面積262 平方米，設計綠化面積1430m2，設計鋪裝面積2465m2，綠化率33%，如圖1。

圖1 光明底泥處理廠

深圳光明底泥處理廠前期主要處理光明區茅洲河水環境綜合整治工程的底泥，之后以處置光明區范圍內市政淤泥為主。前期底泥處置接納范圍包括5 條一級支流及4條排洪渠。5條一級支流分別為大凼水、東坑水、西田水、玉田河、白沙坑；4 條排洪渠分別為馬田排洪渠、樓村社區排洪渠、圳美排洪渠、塘家面前隴，處理底泥總量為11.24 萬m3。未來10 年光明區每年市政淤泥處置量約為10 萬m3，換算成日處置量為274m3，考慮3 倍的不均勻系數，最大日處置量約822m3。本工程布置3 臺600m2板框壓濾機，兩用一備，每臺日處理能力386.55m3（每日生產8 小時）～966.38m3（每日生產20 小時），每臺年處理能力為13.82 萬噸（每日生產8 小時）～34.7 萬噸（每日生產20 小時），能較好地匹配本項目需求。

二、底泥處理工藝

底泥處理工藝包括兩個部分∶底泥處置系統和除臭系統。

1.底泥處置系統

底泥處置系統由泥沙分離系統、固液分離系統、改性拌和系統、均化調理系統、脫水成固系統五大主體部分及洗砂系統、堆場系統等輔助系統組成。項目主體功能核心處理區由納泥池、沉沙池、沉淀池、調理調質區、全水處理區、脫水車間、泥餅庫、設備堆放區等組成。

（1）泥沙分離系統

環保型絞吸式挖泥船疏浚后的底泥通過管道輸送，進入泥沙分離系統，泥沙分離系統主要由格柵機、卸泥池及沉砂池組成。卸泥池長×寬×深為14.8m×10.3m ×2.7m，采用C30 鋼筋混凝土結構，壁厚30cm，底板厚40cm。沉沙池長×寬×深為9.9m×9.3m×4.55m，采用C30 鋼筋混凝土結構，壁厚30cm，底板厚40cm。

（2）洗砂系統

洗砂系統采用全自動化施工，包括泥沙分離池砂礫收集設備及洗砂設備兩部分：

①泥沙分離池砂礫收集設備

砂礫收集設備主要為刮板機，刮板機將分布在一、二級泥沙分離池底的粒徑大小不一的砂礫分別收集至儲沙坑，每級泥沙分離池配備一套刮板機，儲沙坑中的砂礫再進入洗砂設備。

②洗砂設備

由于茅洲河及其支流底泥中砂礫較細，為徹底將分離的砂礫清洗干凈，采用挖斗式洗砂機+輪斗式洗砂機的兩次洗砂設備組合，挖斗式洗砂機在前，輪斗式洗砂機在后。

（3）固液分離系統

泥漿經過泥沙分離系統后自行流入固液分離系統進行濃度調節，固液分離池容積與底泥處理廠處理規模匹配。

經過固液分離池濃縮的底泥采用小型絞吸式挖泥船或排沙泵入攪拌器中，絞吸式挖泥船的鉸刀頭必須置于疏浚底泥的中間，以便保持泥漿溶度。沉淀池面積約為610m2，容積約為2440m3，池壁采用C30 鋼筋混凝土結構，池底采用C30 素混凝土底板。

（4）改性拌和系統

改性拌和系統包括調理池、 攪拌器、 料罐、自動泡藥機等設備。調理池長× 寬× 深為14.3m×10.3m×3.5m，包括調理池和泵房，采用C30鋼筋混凝土結構，壁厚30cm，底板厚30cm。

（5）均化調理系統

每個底泥處理廠配備一個均化調理池，采用C30鋼筋混凝土結構。為了保持調理后底泥的流動性，均化調理池底部保持傾斜狀，靠近分離固化系統側低，固液分離池側高，傾斜坡度約為1 ∶7，并在靠近脫水成固系統側設置曝氣管，在均化調理池靠近脫水成固系統側鋪設曝氣管對調理后的泥漿進行充分曝氣，達到提高泥水分離效果。

（6）脫水成固系統

脫水成固系統包括喂料設備、空氣壓縮機及板框壓濾機等。

調理完成后泥漿泵送至脫水成固系統進行泥水分離，脫水成固系統主要設備為板框壓濾機，泥漿脫水后形成含水率（水比總質量）在不高于40%左右的硬塑狀泥餅，硬塑狀泥餅通過打散系統打散，以便快速改變底泥黑臭現象，打散后的底泥通過皮帶輸送機輸送至堆料場養護2～3 天。布置3 臺600m2的板框壓濾機（兩用一備）。

（7）堆場系統

堆場包括余土庫和余砂庫，布置在底泥廠內部。余土庫主要用于堆存余土，余砂庫主要用于堆放砂礫、垃圾等。

底泥處置廠采用工藝流程如圖2：

圖2 底泥處理工藝流程圖

（8）首先河湖庫塘以及市政管網清淤底泥通過自卸汽車或密封罐車運至底泥處置廠，傾倒在納泥池中，通過補水池補水，將底泥調制成含水率90%的泥漿。

（9）泥漿一部分通過立式格柵初步分選垃圾后流入泥漿池，一部分通過抓斗抓至雜物分離一體機，分選15mm 以上的礫石，再通過液下渣漿泵提升經過三級固液分離裝置后進入沉砂池，并進一步去除砂礫。分離的垃圾、礫石采用皮帶機輸送至垃圾堆場。

（10）分離垃圾、礫石后的泥漿在沉砂池中進行初步水力沉淀，分離粒徑在0.1mm 以上砂礫，砂礫被沉淀送到螺旋洗砂機，洗出砂粒，通過余砂皮帶輸送機送至余砂庫。

（11）分離垃圾、砂礫后的泥漿溢流至沉淀池，進行泥水分離，濃泥漿采用排沙泵入攪拌機，排沙泵采用桁車進行固定，添加調理藥劑后溢流至調理池。余水經電動潷水器進入補水池，作為泥漿周轉池循環水，補水池多余水直接排入市政污水管網。

（12）調理池底泥通過喂料泵送至脫水車間，通過脫水車間的板框壓濾機進行濃縮脫水，脫水后形成泥餅，后續將泥餅外運。

2.除臭系統

除臭系統由密封工程、臭氣收集輸送系統、預處理系統、生物除臭一體化裝置等構成。在保證臭氣達標排放的前提下，根據廠房實際情況，選擇處理技術成熟、效果好、投資低、運行費用低的處理工藝，并最大限度地避免二次污染；充分考慮廠房的工況要求，人性化設計；設計的處理工藝流程應力求運行穩定可靠，可調節性強，操作管理方便。除臭范圍：泥漿周轉池、沉砂池、沉淀池、調理池、余水池、余土庫 、補水池（只做封閉處理）、壓濾卸料區、皮帶機、板框壓濾機。根據本工程特點，本次除臭設計范圍為預處理集約化主體構筑物，對其中臭氣產生較多，對周圍環境影響較大的地方再進行局部加蓋，減小脫臭氣體體積，并對加蓋密封后，產生的臭氣進行收集、處理。經調查研究，集約化主體構筑物內需加蓋的處理構筑物單元主要有：（1）納泥池+泥漿池；（2）沉砂池；（3）調理池+泵房；（4）沉淀池；（5）余水池+緩沖池；（6）板框壓濾機；（7）余土庫。

因為生物除臭法投資適中且運行管理簡單，且具有除臭效率高、使用壽命長、能耗低和運行費用低等優點，國內外已有大量成功應用的實例和經驗，深圳市29 個污水處理廠及眾多污泥處理廠基本都采用生物除臭法，并輔以預處理。故本項目處理工藝為預處理+生物除臭。生物除臭法是通過微生物的生理代謝將惡臭物質加以轉化，達到除臭的目的。目前多采用生物濾池法。生物濾池法是把收集的臭氣先經過加濕處理,再通過長滿微生物、濕潤多孔的生物濾層,利用微生物細胞對惡臭物質的吸附、吸收和降解功能以及微生物細胞個體小、表面積大、吸附性強和代謝類型多樣的特點,將惡臭物質吸附后分解成CO2和其他無機物。預處理系統是生物除臭塔的進氣濃度調節環節，主要通過水洗法，將臭氣中易溶于水的異味氣體溶解除去，預處理系統包括噴淋塔、給排水系統及溶液pH 控制系統組成。

除臭系統處理規模：60000m3/h+30000m3/h。為保障除臭效果，為余土庫（風量：30000m3/h）設獨立噴淋處理系統，可根據生物塔填料負荷和余土庫含塵量，通過風量調節閥控制余土庫收集氣體處理方式，實現噴淋處理和生物塔處理交替運行。處理標準經過處理后，《惡臭污染物排放標滿足準》中的排放二級標準。

其中生物除臭塔：為系統集成設備，主體結構為固定式矩形全封閉結構，并設有合理的檢修孔、進氣孔、出氣孔等。除臭塔體的主要材料為玻璃鋼，連接件采用不銹鋼，塔體內部采用不飽和環氧樹脂和乙烯基樹脂進行防腐處理，防腐措施為三布五油。塔體分為四個區域：上層的霧化噴淋區，中間的生，物填料過濾區，下部的生物填料支撐系統以及配氣系統與廢液收集系統。預處理塔：塔體PP，塔體附帶噴淋水箱，含填料、內部噴淋系統、支撐結構、布氣系統、進氣孔、出氣孔、進水孔、排水孔、溢流孔和檢修人孔。

三、資源化利用

目前該技術在深圳茅洲河流域水環境綜合整治中得到應用，中國電建在深圳、東莞、佛山等地利用該技術取得了較大的環保效益和經濟效益，工程建成后提高了當地的固廢處置能力，改善了當地水環境，帶動和提高了地方社會經濟的發展，促進人民群眾生活水平的提高。河湖庫塘以及市政管網的底泥經過處理，可以用于以下幾方面：

（1）河湖庫塘以及市政管網中的底泥經過處理可以篩出里面的砂和石子等建筑材料，尤其市政管網中的底泥含砂率較高，篩出的砂可直接用于市政道路人行道鋪裝、管網回填等，石子可直接作為路基回填材料、市政圍擋基礎混凝土預制塊的材料等，砂和石子經過進一步清洗處理可作為商混站混凝土原材料。

（2）經過脫水和無害化處理后的底泥被壓縮成泥餅，在泥餅中參加其他材料可生產輕質透水磚、陶粒、活性炭、瓦片以及工藝品等材料。

（3）經過脫水和無害化處理后的污泥被壓縮成泥餅，泥餅結構穩定，遇水不會泥化，無側限強度可以達到200Kpa 以上，滲透系數跟自然土差不多，可以用作工程回填土，如路基回填、管網回填以及填海等工程。

（4）底泥中含有豐富的有機物和氮、磷、鉀等營養元素以及植物生長必需的各種微量元素鈣、鎂、鐵等，適用于農田并能夠改良土壤結構、增加土壤肥沃力、促進農作物的生長。經過脫水和無害化處理后的污泥被壓縮成泥餅，可用于農田、林地、園林綠化以及廢棄礦場修復的種植土。