水利清淤工程底泥及余水處理一體化設(shè)計(jì)

　　摘 要：為驗(yàn)證水利清淤工程底泥及余水處理一體化設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果，以某水庫為例，對(duì)清淤底泥及余水處理的效果進(jìn)行分析。該水庫清淤項(xiàng)目擬通過前端添加絮凝劑、助濾劑等對(duì)泥漿調(diào)理后，經(jīng)板框壓濾機(jī)完成淤泥脫水，實(shí)現(xiàn)泥餅含水率≤45%，同時(shí)維持余水的pH值在6~9之間;產(chǎn)生的余水在添加多功能高分子絮凝劑后，經(jīng)高速絮凝反應(yīng)沉淀去除總磷(TP)和大部分懸浮物(SS)，之后再通過脫氮分子篩礦物吸附過濾，進(jìn)一步去除氨氮(NH4-N)和SS，處理后最終要求TP≤0.2mg/L、NH4-N≤1.0mg/L、pH6~9、SS≤30mg/L。結(jié)果表明，一體化處理系統(tǒng)可使泥餅和余水均達(dá)到驗(yàn)收要求，余水處理系統(tǒng)總計(jì)可分別減少TP、NH4-N、SS排放量高達(dá)0.99t、6.10t、70.4t，該系統(tǒng)對(duì)于水庫清淤工程具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：清淤;底泥;脫水;余水處理

　　0 引言

　　截至2019年，我國已建成各類水庫98112座[1]，但由于減少入庫泥砂及排砂設(shè)計(jì)的缺乏，水庫在運(yùn)行較長時(shí)間之后產(chǎn)生淤積已成為普遍現(xiàn)象[2]。水庫淤積一方面會(huì)大大削減其有效庫容，縮短其使用壽命，引起下游河床沖刷[3]，并進(jìn)一步引起灌溉、防洪、供水、發(fā)電等效益的下降[4]，同時(shí)還會(huì)對(duì)壩址的良好水文、地質(zhì)條件造成浪費(fèi);另一方面，水庫淤積底泥是氮、磷、有機(jī)質(zhì)、重金屬、有機(jī)污染物等的“源”與“匯”，外源輸入的這些污染物進(jìn)入水庫水體后，最終會(huì)蓄積在底泥中，同時(shí)當(dāng)外界環(huán)境條件發(fā)生改變時(shí)，這些污染物又會(huì)通過沉積物-水界面向水體釋放而形成二次污染，即使通過控源截污等措施，使外源污染得到有效控制，底泥的內(nèi)源釋放也會(huì)造成水庫的水質(zhì)惡化[5-6]。

　　因此，對(duì)水庫合理開展清淤工作，使其能夠充分發(fā)揮功能并延長使用壽命，同時(shí)遏制底泥的內(nèi)源污染，是一項(xiàng)十分必要的工作。由于水庫清淤將產(chǎn)生大量的泥漿，這些泥漿具有較強(qiáng)的流動(dòng)性和較大的含水量，直接外用極易灑、漏而污染環(huán)境，而直接填埋不但會(huì)占用大量寶貴的土地資源，遇到暴雨時(shí)還很容易引起周邊的山體滑坡和泥石流，因此必須對(duì)這些泥漿進(jìn)行脫水減量處理，與此同時(shí)，對(duì)脫水過程產(chǎn)生的余水，必須經(jīng)妥善處理后達(dá)標(biāo)排放。綜上，有必要開展水利清淤工程底泥及余水處理一體化設(shè)計(jì)研究。為驗(yàn)證水利清淤工程底泥及余水處理一體化設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果，以某水庫為例，對(duì)清淤底泥及余水處理的效果進(jìn)行分析。

　　1 項(xiàng)目概況

　　某水庫庫區(qū)水體總磷污染程度較為嚴(yán)重，且富營養(yǎng)化程度較高，局部區(qū)域伴有水華發(fā)生，其水質(zhì)不能滿足水功能區(qū)劃的要求。與此同時(shí)，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該水庫底泥含磷量是長江中下游湖泊、長江河口水庫、滇池等國內(nèi)湖庫的5~15倍之間，且底泥中內(nèi)源磷的釋放對(duì)水庫水質(zhì)已產(chǎn)生不可忽視的影響。因此，本項(xiàng)目擬在采取控源截污的基礎(chǔ)上，對(duì)水源地水庫開展污染底泥清淤，清淤總量約20.25萬m3，清淤面積約0.95km2，余水深度處理量約88萬m3。

　　根據(jù)該項(xiàng)目的驗(yàn)收要求，工藝流程對(duì)清淤泥漿及余水進(jìn)行處理，即前端添加絮凝劑、助濾劑等對(duì)泥漿進(jìn)行調(diào)理后，通過板框壓濾機(jī)完成淤泥脫水，實(shí)現(xiàn)泥餅含水率≤45%，同時(shí)維持余水的pH值在6~9之間;產(chǎn)生的余水在添加多功能高分子絮凝劑后經(jīng)高速沉淀池沉淀，去除TP和大部分SS，之后再通過脫氮分子篩過濾器的礦物吸附過濾，進(jìn)一步去除NH4-N和SS，余水處理后最終要求按照GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》III類標(biāo)準(zhǔn)(即TP≤0.2mg/L、NH4-N≤1.0mg/L、pH值在6~9之間，另外還要求SS≤30mg/L)直接排放至原水庫。

　　根據(jù)現(xiàn)場長時(shí)間的實(shí)測數(shù)據(jù)：該水庫清淤過程進(jìn)入余水處理系統(tǒng)的進(jìn)水氨氮指標(biāo)范圍在4.87~10.9mg/L，平均氨氮含量為7mg/L;進(jìn)水pH指標(biāo)范圍在7.1~7.6之間，平均pH值為7.33;進(jìn)水SS指標(biāo)范圍在22.5~335mg/L之間，平均SS含量為95mg/L;總磷含量在1.00~1.32mg/L之間，平均總磷含量為1.18mg/L。

　　2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

　　沉淀池1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總?cè)莘e2250m3，儲(chǔ)存清淤泥漿，并進(jìn)行初步泥水分離。待壓罐2個(gè)，碳鋼結(jié)構(gòu)，單個(gè)容積50m3，調(diào)理泥漿，改善泥性。板框壓濾機(jī)2臺(tái)，過濾面積600m2，對(duì)泥漿進(jìn)行脫水，降低其含水率。

　　調(diào)節(jié)池1座，碳鋼結(jié)構(gòu)，尺寸為10.0m×9.0m×4.0m，有效水深3.5m，用于穩(wěn)定余水的進(jìn)水水量和水質(zhì)。高速絮凝反應(yīng)沉淀池1座，碳鋼結(jié)構(gòu)，尺寸為9.8m×4.8m ×4.0m，配合多功能高分子絮凝劑進(jìn)行混凝反應(yīng)，通過三級(jí)攪拌后，采用斜管沉淀，去除余水中的懸浮物和總磷。中間水池1座，碳鋼結(jié)構(gòu)，尺寸為5.0m×5.0m×4.0m，中轉(zhuǎn)高速絮凝反應(yīng)沉淀池的余水進(jìn)一步至后續(xù)脫氮分子篩過濾器。污泥池1座，碳鋼結(jié)構(gòu)，尺寸為5.0m×5.0m×4.0m，儲(chǔ)存高速絮凝反應(yīng)沉淀池的污泥。脫氮分子篩過濾器2座，碳鋼結(jié)構(gòu)，尺寸為Ф4.0m×4.0m，采用礦物吸附過濾，去除余水中的氨氮和懸浮物。

　　3 運(yùn)行效果

　　參照GB/T50123-2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)壓濾泥餅的含水率進(jìn)行連續(xù)5d的測定�？梢园l(fā)現(xiàn)，泥餅含水率均≤45%，已達(dá)到驗(yàn)收要求。在正常生產(chǎn)運(yùn)行期，參照HJ/T91-2002《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》于總排口采集水樣并帶回實(shí)驗(yàn)室立即測定，進(jìn)行為期3d的出水水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測�？梢园l(fā)現(xiàn)，TP≤0.2mg/L、NH4-N≤1.0mg/L、SS≤30mg/L、pH值在6~9之間，已達(dá)到驗(yàn)收要求。

　　4 系統(tǒng)運(yùn)維要素分析

　　系統(tǒng)運(yùn)行的主要影響因素有絮凝劑的使用、助濾劑的使用等。對(duì)于上述影響因素，運(yùn)行維護(hù)過程中應(yīng)注意以下要點(diǎn)。

　　4.1 絮凝劑的使用在調(diào)理泥漿時(shí)，正式投入使用前，需先通過實(shí)驗(yàn)確定最佳用量，用量過低，絮凝作用不明顯，而用量過高，則會(huì)起反作用，超過一定濃度時(shí)，甚至?xí)�分散穩(wěn)定絮體，此外，絮凝劑用量過多還會(huì)造成板框壓濾機(jī)的泥餅粘布現(xiàn)象。

　　同時(shí)絮凝劑應(yīng)溶解在中性不含鹽的水溶液中，配置比例以1‰~2‰為宜，溶解時(shí)先充分?jǐn)嚢杵鹚�體后再緩慢、均勻添加絮凝劑干粉，避免出現(xiàn)大塊絮團(tuán)及魚眼現(xiàn)象而引起管道、泵的阻塞。絮凝劑需現(xiàn)配現(xiàn)用，但其溶解相對(duì)較慢，因此可通過攪拌和適當(dāng)加溫加速其溶解，攪拌速度可控制在50~250r/min，攪拌速度不能過快，避免產(chǎn)生較大的剪切力，使絮凝劑分子鏈斷裂而影響其絮凝性能，同時(shí)水溫不得超過60℃。

　　與此同時(shí)，輸送絮凝劑溶液時(shí)，應(yīng)選用螺桿泵等低剪切泵，不宜選用離心泵。為進(jìn)一步穩(wěn)定進(jìn)入板框的泥漿比重，可在沉淀池、待壓罐等多處投加絮凝劑。在余水處理使用多功能高分子絮凝劑時(shí)，通過干粉直接投加，三級(jí)攪拌需先快速攪拌3~5min，使藥劑充分反應(yīng)形成明顯絮狀物，再慢速攪拌，進(jìn)一步使絮狀物相互接觸生成大礬花并由此聚集成團(tuán)狀沉淀。同時(shí)，絮凝劑添加量的參考值為100~200mg/L，現(xiàn)場應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定最佳用量，用量過低則對(duì)TP和SS的去除率不夠，用量過高則會(huì)增加處理成本。

　　4.2 助濾劑的使用合理使用助濾劑可大幅提高板框的壓濾效率，應(yīng)通過小試和中試試驗(yàn)確定助濾劑的最佳用量，助濾劑用量過低，壓濾效率提升不明顯，生產(chǎn)效率達(dá)不到要求，影響工期;助濾劑用量過高則會(huì)增加生產(chǎn)成本，同時(shí)還會(huì)增加泥餅的體積，對(duì)后續(xù)泥餅的消納產(chǎn)生影響。此外，助濾劑的種類也應(yīng)謹(jǐn)慎選擇，避免因使用助濾劑而顯著改變余水pH值，從而提高后續(xù)余水處理的成本。

　　4.3 材料、設(shè)施更換為保證生產(chǎn)效率及處理效果，應(yīng)及時(shí)更換材料及相關(guān)設(shè)施，如定期檢查濾布的使用情況，及時(shí)更換不符合使用要求的濾布;定期對(duì)過濾器中的濾料進(jìn)行反沖洗，一般6個(gè)月還需更換一次填料等。

　　4.4 停留時(shí)間沉淀池、調(diào)節(jié)池、高速絮凝反應(yīng)沉淀池及脫氮分子篩過濾器等均應(yīng)在調(diào)試期通過試驗(yàn)確定合理的停留時(shí)間，如高速絮凝反應(yīng)沉淀池的靜置沉淀可在10min左右完成，過濾器中的濾速應(yīng)維持在4~6m/h左右等。停留時(shí)間過長，則處理效率較低，難以匹配工期;停留時(shí)間過短，則反應(yīng)不完全，處理效果較差。

　　4.5 其他在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)做好應(yīng)急措施，如出水不達(dá)標(biāo)，可通過管路將出水回流至調(diào)節(jié)池重新處理等。

　　5 環(huán)境效應(yīng)分析

　　通過清淤可大大降低該水庫底泥內(nèi)源磷的釋放，避免其進(jìn)一步引起水質(zhì)惡化，甚至發(fā)生水華。此外，清淤泥漿通過處理后含水率≤45%，經(jīng)檢測合格后可進(jìn)行資源化利用或外運(yùn)，由此可大大減少對(duì)土地資源的占用，絮凝劑及助濾劑對(duì)泥餅的固化作用還可以避免其泥化產(chǎn)生二次污染。根據(jù)設(shè)計(jì)水量計(jì)算，余水處理系統(tǒng)可分別減少TP、NH4-N、SS排放量高達(dá)0.99t、6.10t、70.4t，保障了還庫水的水質(zhì)，環(huán)境效應(yīng)十分明顯。

　　6 結(jié)論

　　(1)實(shí)踐應(yīng)用表明，底泥及余水處理一體化系統(tǒng)可以有效地將清淤泥漿處理至含水率≤45%，同時(shí)使余水TP、NH4-N、pH等處理達(dá)到GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》III類標(biāo)準(zhǔn)(即TP≤0.2mg/L、NH4-N≤1.0mg/L、pH6~9)、使余水SS處理至≤30mg/L。一體化處理系統(tǒng)可使泥餅和余水均達(dá)到驗(yàn)收要求，該系統(tǒng)對(duì)于水庫清淤工程具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。(2)按設(shè)計(jì)余水處理量計(jì)算，余水處理系統(tǒng)總計(jì)可分別減少TP、NH4-N、SS排放量高達(dá)0.99t、6.10t、70.4t，保障了還庫水的水質(zhì)，環(huán)境效應(yīng)十分明顯。(3)實(shí)際運(yùn)行過程中，需要對(duì)各運(yùn)維要素多加調(diào)試，并根據(jù)不同泥漿濃度及不同余水水質(zhì)水量對(duì)絮凝劑、助濾劑、停留時(shí)間等及時(shí)做出調(diào)整，在提升系統(tǒng)處理效果和處理效率的同時(shí)，控制處理成本。

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　　作者：蘇海龍1，劉祥兵1，王 毅2*，陳益人2，曾凡榮1，李 瀚1，曹 洪1

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