毛超杰
（东莞市水利勘测设计院有限公司，广东 东莞 523000）
0 引言
污泥是在对污水处理过程中产生的固体沉淀物。不同污泥的物理化学性质差别较大，为了减少对环境的影响必须进行分类处置。根据污泥产生的来源不同将其分为：市政污泥、管网污泥、工业污泥、河湖底污泥。河湖底污泥主要是江河、湖泊在沉积及疏通过程中产生的[1]。
随着国家城镇化水平的提高，污水处理的水平以及设施都得到了长足的进步，污泥处理年产量逐渐增高。我国的生活生产范围大多集中于水系发达的地方，河湖污泥在底部沉积，严重影响了河湖的生态系统。前期研究发现湖泊底泥的数量巨大且成分复杂，其本质是水体与污水中的其他污染物混合的富集体，必须采取合适且快捷的方法进行处置，达到节能减排的目的[2]。
目前对于河湖底泥的来源、物化性质和处置措施并没有广泛的研究，不成体系。河湖底泥与其余类型的污泥处置有着相似但又有这不同之处，本文以某湖泊为例，对其湖泊底泥进行成分、来源、处置工艺分析，为河湖底泥的处理提供了借鉴。
1 湖底污泥物化特性分析
1.1 水质采样分析结果
本文所选取的研究湖泊其湖水来源主要是上游河流以及高潮水位时候从相邻海域涌入的海水，实现湖泊水体的交换[3]。本次在湖泊周边设置8 个采样点，检测结果如表1 所示。
表1 水样检测结果
根据《地表水环境质量标准》，该湖泊水域水质标准为地表水Ⅳ类水，根据检测报告，东湖的pH 值范围为7.7～8.1，溶解氧质量浓度范围为5.50～7.80 mg/L，化学需氧量（COD）的范围为2.34～4.74 mg/L，生化需氧量（BOD5）的范围为2.92～5.82 mg/L；总磷质量浓度（湖、库）的范围为0.07～0.40 mg/L，平均值0.16 mg/L。其中S1、S2、S4、S5、S6、S7、S8 站点的总磷质量浓度超出地表水Ⅳ类水的水质标准的限值总磷（湖、库）≤0.1；总氮质量浓度（湖、库）的范围为1.31～4.09 mg/L；平均值为1.93 mg/L，其中S1、S2、S5、S6、S7 站点的总氮质量浓度超出地表水Ⅳ类水的水质标准的限值总氮（湖、库）≤1.5。
1.2 底泥采样及物化性质分析
根据《海洋倾倒物质评价规范疏浚物》所要求的采样数目，在湖泊设置24 个采样点进行分析，底泥成分检测项目包括重金属分析（铜、锌、铅、镉、铬、汞、砷、石油类）、总磷分析、总氮分析、含水率分析、有机质分析、颗粒分布。
对其样品进行分析，底泥含水率在30%～70%之间，表层（0～1.0 m）含水率的平均值为60%。含水率各点位底泥中含水率在竖直方向上变化较明显，随深度增加，含水率逐渐降低，且表层底泥的含水率变化范围最大。底泥总氮含量在0.50～7.28 mg/g 之间，平均值为1.53 mg/g；从垂直方向上看，随着深度的增加，总氮逐渐降低。各点位底泥中总氮差异不大。底泥总磷含量在0.3～2.0 mg/g 之间，平均值为0.54 mg/g；从垂直方向上看，随着深度的增加，总磷逐渐降低。各点位底泥中总磷差异不大。底泥有机质含量在0.92%～8.60%之间，平均值为2.96%；从垂直方向上看，除个别点位外，有机质随深度变化的规律一般呈现为中间层有机质含量低，表层和底层有机质含量高。随着水流的方向，有机质的含量逐渐增大。底泥中铜的含量在14.0～86.3 mg/kg，平均值为39.87 mg/kg；底泥中锌的含量在81.5～233 mg/kg，平均值为128.70 mg/kg；底泥中铅的含量36～86.3 mg/kg之间，平均值为40.92 mg/kg；底泥中镉的含量在0.06～0.53 mg/kg 之间，平均值为0.21 mg/kg；底泥中铬的含量在36～130 mg/kg 之间，平均值为65.97 mg/kg；底泥中汞的含量在0.03～0.145 mg/kg 之间，平均值为0.122 mg/kg；底泥中砷的含量在6.3～19.4 mg/kg 之间，平均值为12.25 mg/kg；底泥中石油类的含量在7.8～3 170 mg/kg 之间，平均值为1 174 mg/kg。根据统计分析，底泥颗粒分布为：底泥粉砂含量22.4%～67.2%，平均含量52.8%；底泥粘土含量8.36%～29.7%，平均含量19.3%；底泥砂含量6.79%～49.5%，平均含量26.7%。
底泥检测结果显示：重金属含量个别点位的铜超过下限外（不超过上限），其余点位的检测物的含量都低于下限值；有机碳含量大部分高于下限值但低于上限，少部分低于下限值，在标准范围内；而在表层淤泥，油类的含量大部分超过上限，油类污染严重。
2 污染底泥处理工艺
淤泥处理技术主要分为原位处理和异位处理两大类，根据湖泊地理位置特点，该湖泊主要位于城区，交通繁忙，用地紧张，是重要的防洪通道，因此不宜采用原位处理的方案。本工程主要采用异位处理方案。异位处理处理主要分为固化法、机械脱水法、物理脱水固结法、晾晒场晾晒法；经过对比后最终选择机械脱水法[4]。
2.1 固化法
淤泥固化法采用在淤泥中加入固化材料，对淤泥进行固化、改性，形成有一定工程力学强度、可供利用的淤泥改性土，大幅度减少有害物质交换。根据淤泥固化时是否采取了脱水处理措施，固化法可分为直接搅拌固结和脱水固结一体化处理两大类，其差异的核心在于是否对淤泥中的水分进行了“减量化”处理。
2.1.1 直接搅拌固结法
淤泥搅拌固结处理是直接在开挖淤泥或经过自然沉淀的疏浚泥浆中加入固结剂，对淤泥进行搅拌、改性，并将处理后的高含水淤泥进行堆放、存储的方法。淤泥直接搅拌固结处理法没有对淤泥进行脱水减量，而是直接对淤泥采用了添加固化剂搅拌的处理方式，它比较适合于处理含水率较低的排水干挖淤泥。
本方法价格低廉、效果优良，且能实现废物再利用，目前已成为河道底泥处理较有竞争力的技术方案之一。但是需要时间进行养护，耗时较长，且占地面积较大[5]。
2.1.2 脱水固结一体化
脱水固结一体化处理系统是根据城市河道、湖泊污泥中有机质及泥浆的特性，向其中加入固结剂进行处理，专门设计和制造的即时泥水分离处理系统。
对其中有害物质进行固结、沉淀，最终实现淤泥“减量化、无害化、稳定化”处理的目标。此方法能彻底处理淤泥中有害物质，所需施工地较小，环境适应性强。
投加固化剂处理工艺的原理主要是固化材料自身的水化反应，水化反应减少了淤泥中自由水的含量，同时水化反应的产物能够提高产物整体强度，同事由于质地致密可以阻止离子交换等反应，降低重金属离子的活性，有效阻隔了污染疏浚泥对环境的影响。
2.2 机械脱水法
机械浓缩脱水一体化处理工艺是将疏浚泥浆经管道输送至底泥处理系统，泥浆经格栅机拦污、粗颗粒自行沉淀后，在“浓缩脱水一体化”处理系统中进行泥水即时分离。该工艺是能够处理强力污染、占地面积小，在某些湖泊地区中对疏浚泥浆的处理中具有广泛的应用。目前，离心脱水和压滤脱水是浓缩脱水的两种主要方式。
2.2.1 离心脱水
离心脱水的原理是利用其密度不同，在高速旋转下，底泥由于重力较大，由于离心力的作用会吸附在内壁上，而水的密度比较小，则会与底泥分离。
这种方式可以降低底泥中的含水率，并使疏浚泥浆颗粒中的大部分固态化为泥饼。
2.2.2 压滤脱水
利用压力作用对污泥施加压力，迫使水分通过介质，实现污泥与水分的分离。常用的压滤方法带式压滤、鼓式压滤和板框压滤等，目前带式压滤机和板框压滤机被广泛应用。
1）带式浓缩脱水机。利用滤布施加压力进行脱水，可以保证脱水率达到80%。主要分为三个步骤：重力脱水、压力脱水及加压脱水。重力脱水区能够将污泥与高分子混合后的产物，细小悬浮颗粒能够通过高分子的絮凝作用而凝聚，然后在重力的作用下进入后续流程。压力脱水区则是在上下滤布的加压作用下污泥开始脱水。加压脱水区，则是为了达到更好的效果，利用直径不同的滚轮进行加压，对污泥中毛细管中的结合水进行处理，从而得到较干燥的污泥饼。这种工艺能够实现长时间运行，且自动控制，成本低廉，效率高，方便管理，未添加额外的化学试剂[6]。
2）板框压滤机。交替排列的滤板和滤框是其主要结构。悬浮液、洗涤水等液体可以有组装后的滤框和滤板形成的完整的通道通过。通过压紧装置压紧板、框并添加滤布保障气体密封性。悬浮液进入滤室后通过滤布过滤形成滤渣。滤液则通过边角通道集中排出。过滤完毕后利用清水进行清过滤完毕，可通入清水洗涤滤渣。然后清楚滤渣，更换滤布，组装设备，开始下一工作循环。
机械脱水施工工艺主要由除渣系统、调节系统、调理系统和分离系统组成。
2.3 物理脱水固结法
2.3.1 土工管袋脱水法
土工管袋脱水法是基于自然脱水的方法，简单便捷、易于实现。土工管袋技术脱水耗能小，无需设备维护，可以循环利用，节约占地面积。缺点是需要大面积的场地进行脱水施工作业，且对粘性土脱水处理效果不理想[7]。
土工管袋脱水法的步骤如下：首先将絮凝剂于底泥进行混合，加快固体颗粒固结；然后利用土工管袋的压差，添加脱水剂加快脱水速率；最终将固体颗粒填满后将土工管袋及其填充物移走。
2.3.2 真空预压干化法
真空预压固化法是基于真空预压法的思想。真空脱水干化处理工艺主要由排水系统和加压系统两部分组成。排水系统主要包括竖向排水体和水平排水体，竖向排水体常用塑料排水板、袋装砂井等；水平排水体常用砂垫层、土工合成材料（如滤管、塑料排水板等）。排水系统能够改善排水边界条件，传递压力，加快水的排出速度，土体固结，完成预定的软土固化效果，满足工程建设需要。
加压系统主要是指抽真空装置，该方法适用于处理土质主要为软弱土、黏性土，一般加固脱水深度可达为15～20 m，占用场地为5～6.7 万m2。
2.4 自然干化处理工艺
自然干化处理工艺即将泥浆通过疏浚设备输送至底泥堆场，在自然状态下泥水分离。自然干化主要通过日照蒸发、风干等途径完成，干化期周期较长，取决于气候条件，碰到降水时间会更长，而且大风会吹散细微颗粒，造成粉尘污染，资源浪费，存在一定的安全隐患[8]。
3 污染底泥处理工艺方案比选
因该湖泊所设计淤泥干化场位于大门山西南侧，面积约18 万m2，较为充裕，同时考虑淤泥干化后作为绿化用土、回填用土，泥饼含水率要求小于40%，故本次采用板框压滤机脱水符合要求。因此，通过对常见淤泥脱水设备进行比选，拟选择板框压滤机作为的淤泥固化设备。板框压滤机脱水的特点为效率高、工期短，采用高压板框压榨技术，其处理效率是传统方法的2～3 倍，对节约工期有利。场地占用少，有利于节约场地。标准化施工，脱水后的泥饼便于收集、管理。处理效果好，高压板框压榨机处理后的泥饼含水率能降到50%以下，处理后泥饼的强度显着提高，同时运输工作量也大大减小。具体见表2。
表2 污泥脱水工艺比选表
4 结语
近年来环保以及排放标准要求越来越高，对湖底污泥的处理也越来越受到广泛的重视。在当前节能减排、资源紧缺的大背景下，必须要对污泥以“资源化”为导向，实现物质能源的最大化回收。基于湖底污泥组成和物理化学特点，对其综合处理利用技术进行标准化研究和推广，使用板框压滤脱水工艺能够使处理过程有依据、有方法、可实现产业化。
