引言

前海灣是深圳市寶安區(qū)的中心區(qū)域，河流眾多，水系狹小，分布密集，水流由東至西穿過(guò)西海堤匯入珠江口，在長(zhǎng)約10.5 km的海岸線上由南至北平行分布著15條河道，其中部分河道淤積嚴(yán)重，造成河道斷面過(guò)流能力不足，無(wú)法保證區(qū)域行洪及排水要求，局部支流因淤積使水位抬高，致使流域防洪能力降低，易發(fā)生洪澇災(zāi)害。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，河道水體、底泥“發(fā)黑發(fā)臭發(fā)亮”，部分河道排污口隨處可見(jiàn)；部分河流處于半斷流狀態(tài)，露出烏黑的底泥，使得河道以及河岸的景觀狀況差，不僅影響周邊居民的身心健康，也使河濱帶地塊的土地功能受到制約，嚴(yán)重影響城市的發(fā)展，河道清淤迫在眉睫。針對(duì)河道整治、管網(wǎng)清淤產(chǎn)生的淤泥處置，目前運(yùn)用較廣泛的方法有填埋、海拋等[1-2]，這些處置方法占地面積較大，對(duì)周邊環(huán)境影響較大，對(duì)河道底泥進(jìn)行無(wú)害化處理、資源化利用、制成透水磚和墊層顆粒，得到了廣泛好評(píng)。因此，為實(shí)現(xiàn)前海灣片區(qū)清淤底泥的資源化利用，減輕周邊環(huán)境壓力，就地新建底泥處置廠對(duì)底泥進(jìn)行處置具有較好前景。但目前國(guó)內(nèi)規(guī)模化的河道底泥處理廠較少，可供參考的工藝流程差別較大，各具特色，本研究梳理了前海灣片區(qū)底泥處理工程的設(shè)計(jì)歷程，供同類工程設(shè)計(jì)參考。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程范圍本工程污泥來(lái)源為前海灣片區(qū)9條河流河道清淤工程以及新安片區(qū)、西鄉(xiāng)片區(qū)管道清淤工程，9條河流包括鐵崗水庫(kù)排洪渠、機(jī)場(chǎng)內(nèi)排渠、共樂(lè)涌、固戍涌、西鄉(xiāng)河、新圳河、新涌、南昌涌和咸水涌。

1.2 設(shè)計(jì)規(guī)模本工程范圍內(nèi)各河道、管網(wǎng)清淤量見(jiàn)表1，河道底泥處理量總計(jì)328954 m3，確定河道底泥處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為33萬(wàn)m3。該工程屬于臨時(shí)工程，使用周期為3年。

1.3 工程占地處理本工程占地主要有底泥處理廠，屬于臨時(shí)用地，面積約2萬(wàn)m2。

1.4 余水、余土排放限值余水在正常工況下經(jīng)廢水池回用于調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)泥水量，僅在發(fā)生事故、檢修等特殊情況下排入臨近道路市政管網(wǎng)進(jìn)入固戍污水處理廠進(jìn)一步處理，余水排入市政管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)。《水污染排放限值》(DB44/26-2001)第二時(shí)段三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。本工程建設(shè)目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)河道底泥“穩(wěn)定化、無(wú)害化、減量化”，處理后污泥滿足深圳市《河湖污泥處理廠產(chǎn)出物處置技術(shù)規(guī)范》(SZDB/Z 236-2017)中余土基本檢測(cè)項(xiàng)目限值、污染物控制指標(biāo)III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與限值。

2 河道底泥特征分析

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)及監(jiān)測(cè)方法本工程委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)前海灣片區(qū)水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目9條黑臭水體治理河道底泥污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)具體情況如下：2.1.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)情況共9條河流，分別為機(jī)場(chǎng)南排渠、新涌、南昌涌、固戍涌、共樂(lè)涌、新圳河、咸水涌、西鄉(xiāng)河、鐵崗排洪渠。

2.1.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

(1)底泥理化指標(biāo)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：底泥中的有機(jī)質(zhì)、含水率、pH、總氮、總磷；

(2)顆粒分析監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：底泥中的顆粒粒徑；

(3)底泥重金屬總量及浸出毒性監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：底泥中的總鎘、總汞、總砷、總鉛、總鉻、六價(jià)鉻、總銅、總鎳、總鋅、氟化物(以氟計(jì))、氰化物(以CN計(jì))。

2.1.3 監(jiān)測(cè)時(shí)間和頻率無(wú)雨日，每個(gè)采樣點(diǎn)檢測(cè)一次，同步監(jiān)測(cè)底泥污染物總量和浸入毒性。底泥污染物總量監(jiān)測(cè)方法：有機(jī)質(zhì)監(jiān)測(cè)及分析方法采用重鉻酸鉀-硫酸消解法，含水率采用重量法、全氮采用凱氏法、總磷采用鉬銻抗分光光度法、其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)及分析方法均按照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-1995)要求的方法進(jìn)行。底泥浸出毒性監(jiān)測(cè)分析方法參照《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-2007)。顆粒分析方法按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123-1999)篩析法。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)底泥理化指標(biāo)及粒徑分析各取樣點(diǎn)樣品表觀性狀呈現(xiàn)為黑/棕黃、潮、無(wú)根系、多雜物、沙壤土/沙土等特征。由理化指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，河道底泥呈弱堿性，有機(jī)質(zhì)含量低，大部分河道取樣點(diǎn)底泥含水率范圍為25 %~62 %，其中S8、S13底泥含水率低于20 %，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)取樣情況黑臭最為嚴(yán)重；S3底泥含水率高于70 %，現(xiàn)場(chǎng)臭氣較弱，符合相關(guān)研究底泥含水率高低對(duì)厭氧過(guò)程微生物代謝影響的結(jié)論[5-6]。各取樣點(diǎn)氮磷差別較大，一般為底泥氮磷含量與河道黑臭呈顯著正相關(guān)[7]，S5、S8、S11、S13污染最為嚴(yán)重，水質(zhì)差，其氮磷值低于其他取樣點(diǎn)較多。通過(guò)對(duì)新涌(S3)、南昌涌(S4)、共樂(lè)涌(S6)、新圳河(S7)、咸水涌(S8)、西鄉(xiāng)河(S12)的底泥粒度進(jìn)行分析，S3、S4、S6底泥粒徑主要呈單峰分布，其中S3、S4粒徑均主要集中在0.15~0.6 mm、S6粒徑主要集中在0.002~0.05 mm；S12粒徑分布范圍較寬，范圍在0.3 mm以上；S7、S8粒徑分布較為均勻呈多級(jí)分布。因河道底泥有機(jī)質(zhì)含量低，含砂量大，無(wú)機(jī)質(zhì)含量高，處理重點(diǎn)在無(wú)機(jī)質(zhì)上，有別于污水處理廠污泥處理。

2.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)底泥重金屬分析9條黑臭水體河道15個(gè)取樣點(diǎn)底泥中總鎳、總鋅、總銅、總鉻、總鉛污染物總量含量相對(duì)較高，但均未超過(guò)深圳市《河湖污泥處理廠產(chǎn)出物處置技術(shù)規(guī)范》(SZDB/Z 236-2017)中余土污染物控制指標(biāo)III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與限值。結(jié)合底泥的理化指標(biāo)分析，底泥pH對(duì)重金屬的存在形式具有重要影響，弱堿性砂質(zhì)底泥有利于穩(wěn)定重金屬離子，不易浸出。綜上所述，涉及河道底泥主要以弱堿性的大粒徑無(wú)機(jī)砂質(zhì)，重金屬含量雖高但較穩(wěn)定不易浸出，適合采用“疏浚+預(yù)處理+脫水干化+外運(yùn)”的方式進(jìn)行處理海灣片區(qū)各地區(qū)河道和管網(wǎng)清淤的淤泥通過(guò)污泥罐車運(yùn)至河道底泥處理站，卸料在調(diào)節(jié)池中加回用水稀釋，通過(guò)安裝在調(diào)節(jié)池前端的粗格柵去除較大塊垃圾和石塊，然后泥砂漿進(jìn)入一級(jí)沉砂系統(tǒng)(振動(dòng)篩、泥砂分離設(shè)備)除去底泥中的較粗顆粒泥砂(粒徑在0.35 mm以上)，接著進(jìn)入二級(jí)沉砂池(平流沉砂池)除去較小顆粒泥沙(粒徑范圍在0.15~0.35 mm)，隨后進(jìn)入固液分離系統(tǒng)池進(jìn)行泥漿沉淀、濃縮，由絞吸船將池體底部含水率約為90 %的清淤污泥泵送至污泥干化系統(tǒng)。通過(guò)投加疏水劑和疏水固化劑對(duì)泥漿進(jìn)行調(diào)理調(diào)質(zhì)后，進(jìn)行脫水處理，分離出含水率≤40 %泥餅和余水，泥餅置于堆土廠待資源化利用。余水經(jīng)沉淀后回用于調(diào)節(jié)泥量用水，在發(fā)生事故、檢修等特殊情況下排入臨近道路市政管網(wǎng)進(jìn)入污水處理廠進(jìn)一步處理。

3河道底泥集中處理流程及設(shè)計(jì)

3.1 工藝流程選擇及說(shuō)明

3.2 處理構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)設(shè)計(jì)河道底泥處理設(shè)施設(shè)計(jì)清淤周期為2年，結(jié)合設(shè)計(jì)清淤周期內(nèi)不降雨天數(shù)(其中全年不降雨日占比約0.66)計(jì)算得到全年設(shè)計(jì)每天處理清淤污泥規(guī)模為700 m3，設(shè)計(jì)清淤污泥含水率約為40 %，經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后含水率調(diào)節(jié)至95 %，則實(shí)際處理污泥量8000 m3/d。本設(shè)計(jì)主要處理構(gòu)(建)筑物包括：底泥調(diào)節(jié)系統(tǒng)、沉砂系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)、貯泥池、底泥脫水系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)、堆場(chǎng)系統(tǒng)、余水處置系統(tǒng)。

3.2.1 底泥調(diào)節(jié)系統(tǒng)河道清淤的底泥來(lái)料含水率約為43 %，當(dāng)來(lái)料濃度較高情況下，不利于其中無(wú)機(jī)物質(zhì)的分離，需要對(duì)底泥進(jìn)行稀釋，使其含水率增加至95 %左右，以滿足后續(xù)處理工藝和設(shè)備的要求。在底泥處置最前端設(shè)置粗格柵和調(diào)節(jié)池，粗格柵隔除污泥中較大塊狀垃圾和石塊，調(diào)節(jié)池起到了稀釋調(diào)節(jié)泥量的作用。當(dāng)遇到突發(fā)情況來(lái)泥量較多時(shí)，調(diào)節(jié)池可作為暫時(shí)底泥儲(chǔ)池。粗格柵和調(diào)節(jié)池布置合建，1座，格柵部分渠道尺寸為L(zhǎng)×B×H=5.5 m×1.6 m×1.4 m，分2格，一用一備，每組設(shè)計(jì)規(guī)模8000 m3/d，調(diào)節(jié)池平面尺寸L×B=7 m×6 m，有效水深3.5 m。

3.2.2 沉砂系統(tǒng)

3.2.2.1 一級(jí)沉砂系統(tǒng)一級(jí)沉砂采用一體化沉砂設(shè)備進(jìn)行處理。一級(jí)沉砂系統(tǒng)主要由振動(dòng)篩、泥漿清潔器、泥漿罐組成。主要去除顆粒在0.35 mm以上的泥砂。一級(jí)沉砂系統(tǒng)利用機(jī)械振蕩去除較大顆粒物質(zhì)后進(jìn)入泥漿罐，然后通過(guò)砂泵將泥漿罐內(nèi)泥漿泵入到泥漿清潔器中，通過(guò)旋流作用除砂。一級(jí)沉砂系統(tǒng)采用一體化設(shè)備，數(shù)量1臺(tái)，設(shè)計(jì)規(guī)模8000 m3/d。

3.2.2.2 二級(jí)沉砂池底泥經(jīng)過(guò)一級(jí)沉砂處理后，進(jìn)入二級(jí)沉砂池。二級(jí)沉砂池由平流沉砂池和挖斗式+輪斗式洗砂機(jī)組成，二級(jí)除砂系統(tǒng)主要除去粒徑在0.15~0.35 mm范圍的砂礫。二級(jí)沉砂池采用鋼筋砼渠道，數(shù)量1座，設(shè)計(jì)規(guī)模8000 m3/d，土建和設(shè)備均一次性建成并安裝。平流沉砂設(shè)計(jì)池長(zhǎng)12.3 m，尾端設(shè)2.0 m儲(chǔ)沙坑，寬4.0 m，停留時(shí)間為60 s，水平流速為0.2 m/s。

3.2.3 固液分離系統(tǒng)泥漿通過(guò)泥砂分離系統(tǒng)后重力流入固液分離系統(tǒng)進(jìn)行沉淀，固液分離池容積與底泥處理廠處理規(guī)模匹配。經(jīng)過(guò)固液分離池沉淀后含水率約為90 %的污泥通過(guò)絞吸船泵入后續(xù)貯泥池中。固液分離部分采用平流沉淀池設(shè)計(jì)，對(duì)泥漿進(jìn)行沉淀分離，泥漿由二級(jí)沉砂池重力流入沉淀池后，由絞吸船將污泥絞吸送入貯泥池，上清液通過(guò)潷水器進(jìn)入廢水池。固液分離池設(shè)計(jì)規(guī)模8000 m3/d，數(shù)量1座，土建和設(shè)備均一次性建成并安裝。固液分離池平面尺寸為L(zhǎng)×B=60 m×35 m，有效水深5.0 m，超高1.0 m。

3.2.4 貯泥池設(shè)置貯泥池可以調(diào)節(jié)、緩沖底泥量，有利于調(diào)理池和反應(yīng)池的運(yùn)轉(zhuǎn)。貯泥池設(shè)置兩座，池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵鳎苊獾啄喑练e。

3.2.5 底泥脫水系統(tǒng)底泥從貯泥池進(jìn)入底泥脫水間，經(jīng)調(diào)理池調(diào)理完成后泥漿泵送至污泥干化系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離，污泥干化系統(tǒng)主要設(shè)備為雙隔膜壓濾機(jī)，泥漿脫水后形成含水率在不高于40 %左右的硬塑狀泥餅，硬塑狀泥餅通過(guò)打散系統(tǒng)打散，以便快速改變底泥黑臭現(xiàn)象，打散后的底泥通過(guò)皮帶輸送機(jī)輸送至堆料場(chǎng)養(yǎng)護(hù)2~3天。

3.2.5.1 調(diào)理池A 設(shè)置調(diào)理池A可以增強(qiáng)絮凝作用，改善底泥的脫水性能。調(diào)理池A設(shè)置四座，投加聚丙烯酰胺(PAM)、聚合氯化鋁(PAC)，池內(nèi)設(shè)攪拌器，提高調(diào)理均勻性，增大反應(yīng)接觸面積，避免底泥沉積。進(jìn)泥含水率92.0 %，濕底泥體積4000 m3/d，有效深度3.75 m，停留時(shí)間2 h，單座調(diào)理池平面尺寸為L(zhǎng)×B=4.8 m×4.6 m，共4座，并聯(lián)運(yùn)行。

3.2.5.2 調(diào)理池B 設(shè)置調(diào)理池B可以增強(qiáng)底泥的脫水和密實(shí)性。調(diào)理池B設(shè)置四座，投加石灰(CaO)，池內(nèi)設(shè)攪拌器，提高調(diào)理均勻性，增大反應(yīng)接觸面積，避免底泥沉積。進(jìn)泥含水率92.0 %，濕底泥體積4000 m3/d，有效深度3.75 m，停留時(shí)間2 h，單座調(diào)理池平面尺寸為L(zhǎng)×B=4.8 m×4.6 m，共4座，并聯(lián)運(yùn)行。

3.2.5.3 反應(yīng)池設(shè)置反應(yīng)池可以調(diào)節(jié)底泥量，有利于調(diào)理池反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。反應(yīng)池設(shè)置兩座，池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵鳎梢蕴岣叻磻?yīng)效率，避免底泥沉積。預(yù)留重金屬捕捉劑投加空間。干底泥量320 t·DS/d，進(jìn)泥含水率92.0 %，濕底泥體積4000 m3/d，有效深度3.75 m，停留時(shí)間2 h，平面尺寸為L(zhǎng)×B=9.5 m×6.0 m。

3.2.6 污泥干化系統(tǒng)通過(guò)渣漿泵將反應(yīng)池內(nèi)底泥抽送至PASSAL雙隔膜壓濾機(jī)，底泥進(jìn)過(guò)壓濾含水率降至40 %左右，出泥由傳送設(shè)備送至底泥堆場(chǎng)。PASSAL雙隔膜壓濾機(jī)、傳送設(shè)備各設(shè)置三臺(tái)，同時(shí)設(shè)置檸檬酸輸送泵，反沖洗水泵，空氣壓縮機(jī)等清洗設(shè)備清洗壓濾機(jī)。進(jìn)泥含水率92.0 %，濕底泥體積4000 m3/d；出泥含水率40.0 %；單臺(tái)PASSAL雙隔膜壓濾機(jī)尺寸為L(zhǎng)×B=17.18 m×2.88 m，H=4.98 m，共3臺(tái)，并聯(lián)運(yùn)行。

3.2.7 堆場(chǎng)系統(tǒng)本工程設(shè)計(jì)一個(gè)泥餅堆場(chǎng)及一個(gè)砂堆場(chǎng)，泥餅堆場(chǎng)布置在處置廠西北側(cè)，占地面積650 m2，砂堆場(chǎng)占地面積1245 m2。堆場(chǎng)采用混凝土硬化地面，具有防滲功能，廠內(nèi)堆土、堆砂應(yīng)及時(shí)運(yùn)往指定受納點(diǎn)，保證設(shè)計(jì)堆場(chǎng)堆高小于1.5 m，坡度小于1︰3。

3.2.8 余水處置系統(tǒng)本工程設(shè)計(jì)類型為臨時(shí)工程，余水產(chǎn)生量為8000 m3/d。余水在正常工況下經(jīng)廢水池回用于調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)泥水量，僅在發(fā)生事故、檢修等特殊情況下排入臨近市政管網(wǎng)進(jìn)入污水處理廠進(jìn)一步處理，余水排入市政管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染排放限值》(DB44/26-2001)第二時(shí)段三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，污泥處置工程余水中污染物主要為SS，上清液SS濃度約為40~80 mg/L，小于廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染排放限值》(DB44/26-2001)第二時(shí)段三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)SS限值400 mg/L，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。余水處置系統(tǒng)設(shè)置廢水池1座，用于回收固液分離池產(chǎn)生的余水，然后通過(guò)潛污泵輸送到預(yù)處理系統(tǒng)調(diào)節(jié)泥水量，調(diào)節(jié)固液分離池出水量與回用水量之間的差額，減少?gòu)U水對(duì)處理構(gòu)筑物的沖擊負(fù)荷，同時(shí)對(duì)余水進(jìn)行沉淀去除部分SS。廢水池有效容積600 m3，有效水深2 m，平面尺寸為L(zhǎng)×B=20 m×15 m，停留時(shí)間2 h。

4 結(jié)語(yǔ)(1)為治理前海灣片區(qū)水質(zhì)黑臭問(wèn)題，采用河道底泥環(huán)保清淤的方式消除河道的內(nèi)源污染，本工程疏浚底泥含水率高、流動(dòng)性大、總量多，需處理底泥預(yù)估總量約為33萬(wàn)m3，為避免對(duì)周邊環(huán)境造成二次影響，需對(duì)底泥進(jìn)行“無(wú)害化、穩(wěn)定化、減量化、資源化”處理處置。(2)前海灣片區(qū)河道底泥主要以弱堿性的大粒徑無(wú)機(jī)砂質(zhì)為主，重金屬含量雖高但較穩(wěn)定不易浸出，適合采用“預(yù)處理+脫水干化+外運(yùn)”的集中處理方式。(3)本工程底泥預(yù)處理采用底泥調(diào)節(jié)系統(tǒng)+二級(jí)泥砂分離系統(tǒng)+絞吸船固液分離系統(tǒng)，底泥脫水采用雙隔膜壓濾機(jī)械脫水工藝，具有緩沖能力強(qiáng)、效率高，脫水底泥物理力學(xué)參數(shù)較好、環(huán)保指標(biāo)基本能滿足要求，是底泥處理處置較優(yōu)的方法之一。(4)本工程產(chǎn)生的干泥餅約8.40萬(wàn)m3，泥砂分離產(chǎn)生的干凈砂清洗后資源化利用(參照《建筑用砂》(GB/T14684-2011)標(biāo)準(zhǔn))；干化后產(chǎn)生的泥餅滿足深圳市《河湖污泥處理廠產(chǎn)出物處置技術(shù)規(guī)范》(SZDB/Z 236-2017)中余土污染物控制指標(biāo)III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與限值，運(yùn)往余泥渣土受納場(chǎng).

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