本文摘要：摘要：為驗證水利清淤工程底泥及余水處理一體化設(shè)計的應(yīng)用效果，以某水庫為例，對清淤底泥及余水處理的效果進行分析。該水庫清淤項目擬通過前端添加絮凝劑、助濾劑等對泥漿調(diào)理后，經(jīng)板框壓濾機完成淤泥脫水，實現(xiàn)泥餅含水率45%，同時維持余水的pH值在6~9之間;產(chǎn)生的余
摘 要：為驗證水利清淤工程底泥及余水處理一體化設(shè)計的應(yīng)用效果，以某水庫為例，對清淤底泥及余水處理的效果進行分析。該水庫清淤項目擬通過前端添加絮凝劑、助濾劑等對泥漿調(diào)理后，經(jīng)板框壓濾機完成淤泥脫水，實現(xiàn)泥餅含水率≤45%，同時維持余水的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到驗收要求，余水處理系統(tǒng)總計可分別減少TP、NH4-N、SS排放量高達0.99t、6.10t、70.4t，該系統(tǒng)對于水庫清淤工程具有一定的推廣應(yīng)用價值。
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)計的缺乏，水庫在運行較長時間之后產(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]，并進一步引起灌溉、防洪、供水、發(fā)電等效益的下降[4]，同時還會對壩址的良好水文、地質(zhì)條件造成浪費;另一方面，水庫淤積底泥是氮、磷、有機質(zhì)、重金屬、有機污染物等的“源”與“匯”，外源輸入的這些污染物進入水庫水體后，最終會蓄積在底泥中，同時當外界環(huán)境條件發(fā)生改變時，這些污染物又會通過沉積物-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)源釋放也會造成水庫的水質(zhì)惡化[5-6]。
因此，對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，同時遏制底泥的內(nèi)源污染，是一項十分必要的工作。由于水庫清淤將產(chǎn)生大量的泥漿，這些泥漿具有較強的流動性和較大的含水量，直接外用極易灑、漏而污染環(huán)境，而直接填埋不但會占用大量寶貴的土地資源，遇到暴雨時還很容易引起周邊的山體滑坡和泥石流，因此必須對這些泥漿進行脫水減量處理，與此同時，對脫水過程產(chǎn)生的余水，必須經(jīng)妥善處理后達標排放。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)計研究。為驗證水利清淤工程底泥及余水處理一體化設(shè)計的應(yīng)用效果，以某水庫為例，對清淤底泥及余水處理的效果進行分析。
1 項目概況
某水庫庫區(qū)水體總磷污染程度較為嚴重，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，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)源磷的釋放對水庫水質(zhì)已產(chǎn)生不可忽視的影響。因此，本項目擬在采取控源截污的基礎(chǔ)上，對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)該項目的驗收要求，工藝流程對清淤泥漿及余水進行處理，即前端添加絮凝劑、助濾劑等對泥漿進行調(diào)理后，通過板框壓濾機完成淤泥脫水，實現(xiàn)泥餅含水率≤45%，同時維持余水的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)量標準》III類標準(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)場長時間的實測數(shù)據(jù)：該水庫清淤過程進入余水處理系統(tǒng)的進水氨氮指標范圍在4.87~10.9mg/L，平均氨氮含量為7mg/L;進水pH指標范圍在7.1~7.6之間，平均pH值為7.33;進水SS指標范圍在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)計參數(shù)
沉淀池1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總?cè)莘e2250m3，儲存清淤泥漿，并進行初步泥水分離。待壓罐2個，碳鋼結(jié)構(gòu)，單個容積50m3，調(diào)理泥漿，改善泥性。板框壓濾機2臺，過濾面積600m2，對泥漿進行脫水，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行混凝反應(yīng)，通過三級攪拌后，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 運行效果
參照GB/T50123-2019《土工試驗方法標準》，對壓濾泥餅的含水率進行連續(xù)5d的測定。可以發(fā)現(xiàn)，泥餅含水率均≤45%，已達到驗收要求。在正常生產(chǎn)運行期，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驗室立即測定，進行為期3d的出水水質(zhì)指標監(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，已達到驗收要求。
4 系統(tǒng)運維要素分析
系統(tǒng)運行的主要影響因素有絮凝劑的使用、助濾劑的使用等。對于上述影響因素，運行維護過程中應(yīng)注意以下要點。
4.1 絮凝劑的使用在調(diào)理泥漿時，正式投入使用前，需先通過實驗確定最佳用量，用量過低，絮凝作用不明顯，而用量過高，則會起反作用，超過一定濃度時，甚至?xí)稚⒎�(wěn)定絮體，此外，絮凝劑用量過多還會造成板框壓濾機的泥餅粘布現(xiàn)象。
同時絮凝劑應(yīng)溶解在中性不含鹽的水溶液中，配置比例以1‰~2‰為宜，溶解時先充分攪拌起水體后再緩慢、均勻添加絮凝劑干粉，避免出現(xiàn)大塊絮團及魚眼現(xiàn)象而引起管道、泵的阻塞。絮凝劑需現(xiàn)配現(xiàn)用，但其溶解相對較慢，因此可通過攪拌和適當加溫加速其溶解，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，同時水溫不得超過60℃。
與此同時，輸送絮凝劑溶液時，應(yīng)選用螺桿泵等低剪切泵，不宜選用離心泵。為進一步穩(wěn)定進入板框的泥漿比重，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，通過干粉直接投加，三級攪拌需先快速攪拌3~5min，使藥劑充分反應(yīng)形成明顯絮狀物，再慢速攪拌，進一步使絮狀物相互接觸生成大礬花并由此聚集成團狀沉淀。同時，絮凝劑添加量的參考值為100~200mg/L，現(xiàn)場應(yīng)通過實驗確定最佳用量，用量過低則對TP和SS的去除率不夠，用量過高則會增加處理成本。
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)效率達不到要求，影響工期;助濾劑用量過高則會增加生產(chǎn)成本，同時還會增加泥餅的體積，對后續(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，及時更換不符合使用要求的濾布;定期對過濾器中的濾料進行反沖洗，一般6個月還需更換一次填料等。
4.4 停留時間沉淀池、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)試期通過試驗確定合理的停留時間，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。停留時間過長，則處理效率較低，難以匹配工期;停留時間過短，則反應(yīng)不完全，處理效果較差。
4.5 其他在系統(tǒng)運行過程中，應(yīng)做好應(yīng)急措施，如出水不達標，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)檢測合格后可進行資源化利用或外運，由此可大大減少對土地資源的占用，絮凝劑及助濾劑對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)計水量計算，余水處理系統(tǒng)可分別減少TP、NH4-N、SS排放量高達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%，同時使余水TP、NH4-N、pH等處理達到GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》III類標準(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到驗收要求，該系統(tǒng)對于水庫清淤工程具有一定的推廣應(yīng)用價值。(2)按設(shè)計余水處理量計算，余水處理系統(tǒng)總計可分別減少TP、NH4-N、SS排放量高達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)實際運行過程中，需要對各運維要素多加調(diào)試，并根據(jù)不同泥漿濃度及不同余水水質(zhì)水量對絮凝劑、助濾劑、停留時間等及時做出調(diào)整，在提升系統(tǒng)處理效果和處理效率的同時，控制處理成本。
參考文獻
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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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