淤泥疏浚干化施工技术研究成果报告

1、2022.1.14目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc410 1、立项背景 、立项背景随着我国工业化进程的发展，资源化集中配置和劳动力高度集中，加速了城市化进程的同时，也带来了城市的排放污染物数量急剧增加，并远远超出了城市环境的消化能力，并在一段较长的时间内逐渐向城市周边的河流湖泊转移、积累，使得城市水环境快速恶化。在当前水环境的内源污染治理中，清淤方法已经过多年的应用而趋于成熟，而对淤泥的深度脱水处理近几年才引起广泛关注，同时也因与后续的最终处置紧密相连，干化已经成为最核心的问题。为了有效处理和利用淤泥，不少发达国家以商业化方式对淤泥进行综合开发利用。英国、荷兰

2、、法国、瑞典和澳大利亚等国家，早在20世纪80年代末就开始利用淤泥为主要原料，制造高效净化燃料，其热值比普通煤高出30，而且燃烧过程中不会排放出有害气体。德国目前已有多家淤泥疏浚、处理工厂，每年处理淤泥数百万吨。在日本，淤泥已被用来生产各类建筑材料，以淤泥为主要原料制成的砖块透气性好，重量轻，容易制出不同的色彩，很适宜用于建筑物的装饰，已成为国际市场的畅销货。然而国外关于此项目的研究报道很多，但大规模实际应用的例子甚少。其中的原因大致上是国际上大多数国家属于富土国家，对资源土的要求不甚迫切。他们处置淤泥的方法大多是简单的填埋，因为这些国家不缺乏用于填埋淤泥的填埋场。仅仅只有日本在淤泥的建材化利

3、用方面研究较多，其中大部分是用作资源土予以利用。国内大江大河、重大湖泊的环境治理也都是改革开放三十年后才得到高度重视，这主要来自于我国太湖蓝藻爆发后才引出了人们对江河湖泊环境的治理问题的重视，而对于城市流域中的小江、小河、小湖，尤其是我国沿海经济发达的城市，其经济发展可以说都是利用我国自然水环境的潜在势能来促进社会区域经济的发展，尤其是我国长江三角洲、黄河三角洲、珠江三角洲这些河网水系非常发展的水域，泥水环境的治理修复直到近年来才提到议事日程，也就是说直到近年来才意识到泥水环境问题的治理修复对于区域经济发展和人居生活的重要性。目前，国内多个城市正在围绕河流或湖泊进行疏浚治理改善水环境。但受市内

4、环境限制，这些疏浚工程多为清淤船疏浚、管道输送很长距离至一定区域后堆放，自然沉淀干化。不仅占地面积大，处理周期长，还带来污染转移等风险。近几年，随着人们环保意识的增强和城市化进程的加快，输送距离越来越长且更不容易找到合适的位置堆放，因此需要我们在疏浚的过程中就即时减量，尽可能用最少的占地完成工程的建设。由此，河流湖泊污染淤泥疏浚泥浆深度脱水固化处理技术将会在后期的水环境治理工程中有很好的前景。2、技术指标（1）淤泥通过排泥管输送至疏浚淤泥脱水、固结处理场，通过脱水、固结处理转化为含水率40%的泥饼。（2）污泥处置过程中产生的尾水在排入湖体前，不产生新的污染物，尾水不劣于现状水体，水质 SS20

5、mg/l。（3）脱水泥饼呈现硬塑状态，含水率40%，遇水不二次泥化，满足非结构工程回填土要求。3、技术创新点与难点3.1、技术创新点（1）体积减量大，脱水泥饼含水率35%-40%，呈硬塑状态，体积较水下淤泥自然体积减量65%以上、较疏浚泥浆体积减量50%60%，7d无侧限抗压强度0.2MPa以上，可用作工程回填土，大幅降低处理后淤泥的运输成本和占地费用。（2）处理效率高，可直接与疏浚排泥设备对接。（3）脱水、固结一次完成，流水作业，工厂化生产，不受天气影响。（4) 过滤水清澈，悬浮物指标SS小于20mg/L，达到国家类排放水标准。（5）占地面积小，方面在城市内开展工作。（6) 本系统主体设备已

6、国产化，技术成熟、维护方便。3.2、技术难点（1）在板框压滤机的生产过程中,板框压滤机大部分时间是出于被动状态,效率的高低很大程度取决于进料和压榨时间的长短,而在喂料和压榨这两个阶段的长短取决于喂料泵和空压机，其中喂料阶段一般占整个运行时间的一半以上，一般在60%左右，泵流量和扬程的调节，进料时间的控制。（2）板框压滤机不同于带式机和离心机，需要配置合适的浓度给PAM预留反应空间，板框压滤机对泥浆浓度基本无要求，一般在能够流动的情况下，浓度越高，生产效率越高，但是在泥浆浓度控制的问题上，就需要多个施工队伍的配合，在湖底淤泥疏浚船的工作时间增长，确保泥浆池贮存的泥浆量大，泥浆池的小船向搅拌池输送

7、的泥浆浓度大。在现有的工艺下，生产的脱水泥饼在短时间内呈碱性，只适合用于工程回填土，随着时间的变化，观测泥饼的pH值变化以及土壤营养成分的变化，总结出一些可实现的泥饼资源化利用途径，在实际生产中为保证湖底淤泥的参数变化不大，疏浚船清淤的位置不能变化太大 ，在长时间生产实验过程中，疏浚船位置控制上增加难度。4、研究总体思路在疏浚淤泥机械深度脱水的技术中，板框压滤机以其效率高、效果好、自动化程度高、施工过程环保等优点占据着机械脱水的技术领先地位，但还是有些关键技术环节仍需进一步的提高，以实现成本更低、效率更高、自动化水平更高的流水作业生产线，并提升污泥板框脱水的设计、施工理论水平。5、研究方法、措

8、施及实施情况5.1、污泥固化程序疏浚淤泥固化程序：河道底泥挖泥船疏浚（抓斗船挖泥） 管道运输或封底船运输 淤泥上岸（淤泥泵送） 淤泥预处理（振动筛除渣） 淤泥脱水固结处理（泥浆浓度调节、输送、加材料、搅拌均匀、板框脱水泥水分离） 固化土运输 回填造地，技术工艺流程如图1所示。5.2、污泥处理系统组成及流程污泥脱水固化同位处理系统是由除渣系统、调节系统、调理系统、分离系统组成，疏浚泥浆通过绞吸船疏浚管道输送后进入除渣系统，通过分级沉淀去除大颗粒沉渣，通过格栅机去除浮渣，泥浆除渣后自行流入调节系统进行浓度调节，表层溢流清水进入尾水池处理后还湖，调节好浓度的泥浆经绞吸船泵送至调理系统，调理系统作为整

9、套技术的核心，在泵送过程中根据要求添加材料对泥浆进行调理、调质，以改变浆体内部微观结构，快速提升后续脱水固化效果，调理完成后的泥浆泵送至分离系统进行泥水分离，分离后的清水SS值小于20后通过管道回到调节系统循环利用，泥浆脱水后形成含水率35%40%硬塑状泥饼，直接用于园林绿化或堆放固化后形成具有一定强度不再泥化的土体，可用于工程回填。污泥固化脱水系统布设见图2所示。图1 污泥疏浚固化脱水处理工艺流程图解除渣系统分离系统调节系统调理系统图2 污泥固化系统场内布置示意图除渣系统分离系统调节系统调理系统5.3、污泥处理技术控制要点污泥疏浚固化关键技术在于脱水调理系统处理，根据XX湖、南太子湖工程的经

10、验，脱水添加剂材料主要为粉煤灰、石灰、黄色PAC絮凝剂（固化剂专利产品）、黑色PAC絮凝剂（固化剂专利产品）。添加剂材料添加量为河道底泥绝干物质的8%12%；施工前通过室内试验确定添加范围和比例，生产线调试时进行微调。材料添加量直接影响到造价，影响因素主要有水下方底泥的含固率（干土/总重）、底泥的颗粒组成（粘性、透水性）。含固率越高，绝干土越多，添加材料越多；颗粒越细，粘度越大，透水性越差，材料添加量越大。施工前需要检测河道底泥的含固率、颗粒分析、有机质含量等等。生产过程中对每个环节的浓度、含水率、调理性质等指标进行检测，为内控检测指标。外委检测主要有生产泥饼浸出液的重金属含量检测，这项指标达

11、标可以安全回填。淤泥处理调理系统工艺见图3。均化池调节池固液混合器泥浆泵自动泡药机渣浆泵固液压滤分离泥饼堆场皮带机外运利用配料系统配料系统紊流搅拌沉淀池泥浆排渣处置表面溢流尾水处理达标排放搅拌图3 淤泥脱水工艺流程目前，污泥脱水固化同位处理系统已实现流水化、自动化作业，处理过程环保、不受天气气候影响。系统技术接口多、占场地面积小，处理效率高，质量稳定可靠，工厂化运行对周边环境无干扰，特别合适城市内的河湖污泥处理处置工程。5.4、设备配置案例XX湖疏浚工程脱水固结一体化工地现场面积约0.5万m2，河道底泥疏挖配置了1艘柴油发电机功率为296kw（长31米、型深1.5米、39吨）的斗轮式挖泥船，沿

12、线采用接力式淤泥输送泵，固化场内布置了1艘抛锚船（长31米、型深1.3米）、2套格栅机（型号：BWEY110391)、2台过滤面积为600m2的板框压滤机（型号：HUZGE600/2000-U），同时布设有空压机、料罐等附属设施。武汉XX湖淤泥疏浚整治各流程示意见图4、图5。 图4 XX湖污泥疏浚绞吸船、管道输送、固化处理系统、脱水车间照片5.5、设备处理能力XX湖疏浚采用的是环保绞吸式挖泥船，该船理论排浆量在2500m33000m3/小时，折算为水下自然方的绞挖能力约为600800m3/小时；干化设备采用景津厂生产的板框压滤机，过滤面积600m2，单机日出泥产量300m3（24小时），每套设

13、备每天可处理水下自然方污泥约800m3，一般1m3底泥脱水固化变成0.5m3泥饼土，即2m3底泥生产1m3泥土，2套板框压滤机及整套系统则月处理污泥水下方月4万m3。图5 XX湖疏浚污泥经深度脱水各车间实地照片6、主要研究成果6.1、喂料泵选型与参数（1）泥浆喂料泵一般选用渣浆泵，是离心泵的一种。在喂料泵的选型时，要关注以下问题：泵送泥浆的粘度、颗粒；合适的流量扬程曲线，流量扬程曲线范围大点更好；对于本类泵来讲，流量和扬程是一对矛盾。在叶片形式、角度、转速一定的情况下，一般来讲，叶轮与泵壳缝隙越小，流量越小，扬程越高；缝隙越大，流量越高，扬程越小。这与选择的叶轮直径有关；本类型泵有单级泵，也有

14、双级泵、多级泵，根据情况选择。（2）设备参数流量喂料泵的流量关系到物料进料时间的长短，如流量太小，充满时间过长，影响产能；如流量太大，进料阶段后期发挥不出优势，而且浪费能源。扬程喂料泵的扬程也关系到进料时间的长短，主要影响阶段是进料阶段，如扬程太低，在渗透路径和渗透系数一定的情况下，渗透速率也很低，也就是说滤水速度低，则会导致进料阶段时间过长，影响产能；如扬程太大，滤板的寿命受影响，而且能耗也高，浪费能源。设备选型经上述分析后最终XX湖确定泵型为LZ2H型压滤机专用入料泵，参数如下：型号：LZ2H-100 电机功率：90KW 额定电压：380V 转速1480r/min 扬程：91米流量279m

15、/h6.2、泥浆浓度对压滤效率的影响计算（1）运行参数目前泥浆浓度5%；进料时间：7200s；气压榨时间：1200s；卸压时间：60s；反吹时间：30s；卸料时间：300s；闭合时间：120s；干泥比重为2.7。当进料时间为1200s时，扬程基本保持稳定；总进料量148.92m3。压榨压力12kg。单循环时间共用时148分钟30秒。（2）运行结果泥饼厚度：28mm；泥饼含水率：38%；平均每循环生产泥饼8.40m3。（3）改进措施采取措施，将泥浆浓度从5%提高至15%，设备配置和泥饼含水率不变。（4）改进后的产能计算进料阶段a 进料阶段滤室容积为12m3，流量为180m3/h，充满滤室需要时间

16、为240s。进料量为12m3。b 进料阶段2401200s，进料泵扬程达到最高，保持基本稳定(根据压力变化曲线测得)。进料时间为360s，本阶段进料量为56m3(根据实测曲线算得或者根据电磁流量计累积数据)。累计进料量68m3。c 进料阶段本阶段进料时间6000s，进料量97.47m3，累计进料量165.47m3。d 浓度提高后用时如将泥浆浓度提高至15%，其他条件不变，则由于比重和粘度增加的原因，进料流量会降低15%左右，进料阶段延长至280s左右。进料阶段用时可缩短至原浓度的38%左右，即365s；进料阶段用时可缩短至原浓度的34%左右.2040s。则进料时间可缩短至280+365+204

17、0=2685s。压榨阶段a 浓度5%时如泥饼厚度28mm，则需压滤出的水和压榨时用气空间钧为3.6m3。b 浓度15%时进料量为12+560.380.95+97.470.340.98=64.69m3，干泥含量增大到10.72吨，如泥饼的含水率保持不变，泥饼厚度变为35mm，则需压滤出的水和压榨时用气空间均减小为1.5m3。c 压榨用时如不考虑膈膜板内气体压力升高过程的用时、滤室内水的位置、渗透系数等因素的影响，可近似的认为需压榨的时间与出水量成线性关系。因此压榨时间可缩短至：s总用时在其它时间不变的情况下，单循环时间可缩短至2685+625+60+30+300+120=3820s，也就是63分

18、钟40秒。与原来的单循环用时148分钟30秒相比，单循环用时节约了57.1%，效率是原来的2.9倍。说明a 在采用不同泵型、不同浓度下、调理效果不同时泥浆流量扬程随进料时间的变化曲线均有所不同，不过均可现场测得；b 在计算压榨时间时，有些因素与空压机、气罐的配置有关，在此计算时认为气罐、空压机无限大，简化了计算过程。不过在空压机、气罐选型中有详细计算可供参考；c 本计算未考虑滤板内凸起点和管道占用的空间。（5）结论泥浆的浓度对于脱水固结同位处理技术的生产效率来讲至关重要；在提高脱水效率的同时还节约了材料用量和尾水处理量；泥饼的厚度大对卸料和对滤板的保护均有利，不过由于缺少数据暂时无法量化。 6

19、.3、武汉XX湖泥饼的资源化利用武汉XX湖淤泥处理处置效果依据标准城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质GBT23485-2009、地表水环境质量标准GB3838-2002、城镇污水处理厂污染物排放标准GB189182002、土壤环境质量标准GB15618-2008进行检查，按工程达到环境质量标准验收。压滤尾水检测指标：pH、SS、TN、TP、BOD、COD；脱水泥饼的检测项目：含水率，pH，总氮，总磷，总镉，总汞，总铅，总铬，总砷，总镍，总锌，总铜，六六六，DDT，矿物油，挥发酚，总氰化物。脱水干化后泥饼检测结果见表检测项目检测结果（单位：除PH外均为mg/kg）污泥填埋泥质标准GB23485

20、-2009限值要求土壤环境质量标准GB15618-1995N-01N-02含水率39.918.560pH10.756.525-106.5总氮344.8259.45挥发酚0.002（L）0.002（L）40总氰化物0.01（L）0.01（L）10矿物油52743000总铬57.6094.401000400（水田），300（旱地）总镉0.83（L）0.83（L）201.0总铅84.9161.321000500总镍32.0215.34200200总锌362.94283.914000500总铜22.4267.311500400总磷655.46482.99总砷10.012.57530（水田），40（旱地

21、）总汞0.0520.054251.5六六六未检出未检出1.0滴滴涕未检出未检出1.0注：N-01为干化泥饼出产当日送检结果，N-02为泥饼自然环境放置三日后的检测结果。淤泥处理处置种植效果淤泥经过调理脱水和调质固化后得到的淤泥资源土，经检测可直接用于园林植被用土，对植物生长有助长作用。XX湖干化泥饼种植的蔬菜6.4、水压榨、气压榨效率对比计算（1）压榨方式的选择在压榨压力超过12bar的作用条件时一般选用水压榨，在压榨压力小于12bar时可根据效率、耗能、安全等条件选取。一般来讲，气压榨效率较高，水压榨耗能较低。（2）效率对比如采用600m2过滤面积的板框压滤机，滤板尺寸20002000mm，

22、滤室厚度40mm，泥饼厚度30mm，压榨水泵选用20m3/h，扬程120m，功率37kw。如选用排量8m3/min、排气压力在12bar的空压机，功率70kw，配置15min的气罐。水压榨时间压力上升用时：也就是鼓膜至1cm厚用时：9min；压榨：5min；高压卸荷：3min；总耗时：17min。气压榨时间压力上升用时：2min；压榨：6min；高压卸荷：1min；总耗时：9min。效率对比气压比水压压榨时间单循环可节约8min。当然，压榨的效率取决于选取的水压榨和气压榨的设备配置。如设备配置较大，就有利于缩短压榨的时间，也就是有利于提高生产效率。（3）结论上述分析后XX湖项目最终选择的气压榨

23、，型号如下：空压机EEG-150A 储气罐 LD150530B1-0096 6.5、淤泥脱水固化剂配方及配比淤泥脱水固化剂配方及配比的主要组分为：金属氧化物Al2O3、Fe2O3、CaO；非金属氧化物SiO2、SO3；以及聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDADMAC）。淤泥脱水调理剂配比一般按质量的3-8%掺加，影响配比的主要因素有淤泥初始含水率、淤泥颗粒大小、酸碱度和有机质含量等，经过试件试验后作出调整，必要时适度添加水泥、石灰和高钙粉煤灰，确定最佳配比后应用与工程之中。7、经济效益和社会效益通过本课题的研究，XX湖二期项目在施工进度与质量上，满足了业主与亚行的要求，并提前120天完成了施工任务，同时与武汉市水资源发展投资有限公司建立了良好的合作关系，为今后在该地区承担类似工程，提供了依托。（1）本工程经济效益主要表现在：这里我们按提前完工120天来计算，人员工资节省20万。设备节省80万。场地租赁费节省了25万。人员20万+设备80万+场地租赁25万=125万。（2）本工程项目环境效益主要表现在：疏浚受污淤泥，改善江河湖泊水质，营造水生态修复环境。快速即时无害资源化处理处置体积庞大的疏浚受污淤