引言

前海灣是深圳市寶安區的中心區域，河流眾多，水系狹小，分布密集，水流由東至西穿過西海堤匯入珠江口，在長約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重，造成河道斷面過流能力不足，無法保證區域行洪及排水要求，局部支流因淤積使水位抬高，致使流域防洪能力降低，易發生洪澇災害。根據現場踏勘情況，河道水體、底泥“發黑發臭發亮”，部分河道排污口隨處可見；部分河流處于半斷流狀態，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，嚴重影響城市的發展，河道清淤迫在眉睫。針對河道整治、管網清淤產生的淤泥處置，目前運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，對周邊環境影響較大，對河道底泥進行無害化處理、資源化利用、制成透水磚和墊層顆粒，得到了廣泛好評。因此，為實現前海灣片區清淤底泥的資源化利用，減輕周邊環境壓力，就地新建底泥處置廠對底泥進行處置具有較好前景。但目前國內規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底泥處理工程的設計歷程，供同類工程設計參考。

1 項目概況

1.1 工程范圍本工程污泥來源為前海灣片區9條河流河道清淤工程以及新安片區、西鄉片區管道清淤工程，9條河流包括鐵崗水庫排洪渠、機場內排渠、共樂涌、固戍涌、西鄉河、新圳河、新涌、南昌涌和咸水涌。

1.2 設計規模本工程范圍內各河道、管網清淤量見表1，河道底泥處理量總計328954 m3，確定河道底泥處理廠設計規模為33萬m3。該工程屬于臨時工程，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，屬于臨時用地，面積約2萬m2。

1.4 余水、余土排放限值余水在正常工況下經廢水池回用于調節池調節泥水量，僅在發生事故、檢修等特殊情況下排入臨近道路市政管網進入固戍污水處理廠進一步處理，余水排入市政管網標準為廣東省地方標準。《水污染排放限值》(DB44/26-2001)第二時段三級標準執行。本工程建設目標為實現河道底泥“穩定化、無害化、減量化”，處理后污泥滿足深圳市《河湖污泥處理廠產出物處置技術規范》(SZDB/Z 236-2017)中余土基本檢測項目限值、污染物控制指標III級標準與限值。

2 河道底泥特征分析

2.1 監測點布設及監測方法本工程委托第三方檢測機構對前海灣片區水環境綜合整治項目9條黑臭水體治理河道底泥污染物進行監測，監測具體情況如下：2.1.1 監測布點情況共9條河流，分別為機場南排渠、新涌、南昌涌、固戍涌、共樂涌、新圳河、咸水涌、西鄉河、鐵崗排洪渠。

2.1.2 監測項目

(1)底泥理化指標監測項目：底泥中的有機質、含水率、pH、總氮、總磷；

(2)顆粒分析監測項目：底泥中的顆粒粒徑；

(3)底泥重金屬總量及浸出毒性監測項目：底泥中的總鎘、總汞、總砷、總鉛、總鉻、六價鉻、總銅、總鎳、總鋅、氟化物(以氟計)、氰化物(以CN計)。

2.1.3 監測時間和頻率無雨日，每個采樣點檢測一次，同步監測底泥污染物總量和浸入毒性。底泥污染物總量監測方法：有機質監測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、其他監測項目的監測及分析方法均按照《土壤環境質量標準》(GB 15618-1995)要求的方法進行。底泥浸出毒性監測分析方法參照《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-2007)。顆粒分析方法按照《土工試驗方法標準》(GB/T 50123-1999)篩析法。

2.2 監測點底泥理化指標及粒徑分析各取樣點樣品表觀性狀呈現為黑/棕黃、潮、無根系、多雜物、沙壤土/沙土等特征。由理化指標監測數據可知，河道底泥呈弱堿性，有機質含量低，大部分河道取樣點底泥含水率范圍為25 %~62 %，其中S8、S13底泥含水率低于20 %，結合現場取樣情況黑臭最為嚴重；S3底泥含水率高于70 %，現場臭氣較弱，符合相關研究底泥含水率高低對厭氧過程微生物代謝影響的結論[5-6]。各取樣點氮磷差別較大，一般為底泥氮磷含量與河道黑臭呈顯著正相關[7]，S5、S8、S11、S13污染最為嚴重，水質差，其氮磷值低于其他取樣點較多。通過對新涌(S3)、南昌涌(S4)、共樂涌(S6)、新圳河(S7)、咸水涌(S8)、西鄉河(S12)的底泥粒度進行分析，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分布。因河道底泥有機質含量低，含砂量大，無機質含量高，處理重點在無機質上，有別于污水處理廠污泥處理。

2.3 監測點底泥重金屬分析9條黑臭水體河道15個取樣點底泥中總鎳、總鋅、總銅、總鉻、總鉛污染物總量含量相對較高，但均未超過深圳市《河湖污泥處理廠產出物處置技術規范》(SZDB/Z 236-2017)中余土污染物控制指標III級標準與限值。結合底泥的理化指標分析，底泥pH對重金屬的存在形式具有重要影響，弱堿性砂質底泥有利于穩定重金屬離子，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機砂質，重金屬含量雖高但較穩定不易浸出，適合采用“疏浚+預處理+脫水干化+外運”的方式進行處理海灣片區各地區河道和管網清淤的淤泥通過污泥罐車運至河道底泥處理站，卸料在調節池中加回用水稀釋，通過安裝在調節池前端的粗格柵去除較大塊垃圾和石塊，然后泥砂漿進入一級沉砂系統(振動篩、泥砂分離設備)除去底泥中的較粗顆粒泥砂(粒徑在0.35 mm以上)，接著進入二級沉砂池(平流沉砂池)除去較小顆粒泥沙(粒徑范圍在0.15~0.35 mm)，隨后進入固液分離系統池進行泥漿沉淀、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。通過投加疏水劑和疏水固化劑對泥漿進行調理調質后，進行脫水處理，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。余水經沉淀后回用于調節泥量用水，在發生事故、檢修等特殊情況下排入臨近道路市政管網進入污水處理廠進一步處理。

3河道底泥集中處理流程及設計

3.1 工藝流程選擇及說明

3.2 處理構筑物及設備參數設計河道底泥處理設施設計清淤周期為2年，結合設計清淤周期內不降雨天數(其中全年不降雨日占比約0.66)計算得到全年設計每天處理清淤污泥規模為700 m3，設計清淤污泥含水率約為40 %，經調節池調節后含水率調節至95 %，則實際處理污泥量8000 m3/d。本設計主要處理構(建)筑物包括：底泥調節系統、沉砂系統、固液分離系統、貯泥池、底泥脫水系統、污泥干化系統、堆場系統、余水處置系統。

3.2.1 底泥調節系統河道清淤的底泥來料含水率約為43 %，當來料濃度較高情況下，不利于其中無機物質的分離，需要對底泥進行稀釋，使其含水率增加至95 %左右，以滿足后續處理工藝和設備的要求。在底泥處置最前端設置粗格柵和調節池，粗格柵隔除污泥中較大塊狀垃圾和石塊，調節池起到了稀釋調節泥量的作用。當遇到突發情況來泥量較多時，調節池可作為暫時底泥儲池。粗格柵和調節池布置合建，1座，格柵部分渠道尺寸為L×B×H=5.5 m×1.6 m×1.4 m，分2格，一用一備，每組設計規模8000 m3/d，調節池平面尺寸L×B=7 m×6 m，有效水深3.5 m。

3.2.2 沉砂系統

3.2.2.1 一級沉砂系統一級沉砂采用一體化沉砂設備進行處理。一級沉砂系統主要由振動篩、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。一級沉砂系統利用機械振蕩去除較大顆粒物質后進入泥漿罐，然后通過砂泵將泥漿罐內泥漿泵入到泥漿清潔器中，通過旋流作用除砂。一級沉砂系統采用一體化設備，數量1臺，設計規模8000 m3/d。

3.2.2.2 二級沉砂池底泥經過一級沉砂處理后，進入二級沉砂池。二級沉砂池由平流沉砂池和挖斗式+輪斗式洗砂機組成，二級除砂系統主要除去粒徑在0.15~0.35 mm范圍的砂礫。二級沉砂池采用鋼筋砼渠道，數量1座，設計規模8000 m3/d，土建和設備均一次性建成并安裝。平流沉砂設計池長12.3 m，尾端設2.0 m儲沙坑，寬4.0 m，停留時間為60 s，水平流速為0.2 m/s。

3.2.3 固液分離系統泥漿通過泥砂分離系統后重力流入固液分離系統進行沉淀，固液分離池容積與底泥處理廠處理規模匹配。經過固液分離池沉淀后含水率約為90 %的污泥通過絞吸船泵入后續貯泥池中。固液分離部分采用平流沉淀池設計，對泥漿進行沉淀分離，泥漿由二級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，上清液通過潷水器進入廢水池。固液分離池設計規模8000 m3/d，數量1座，土建和設備均一次性建成并安裝。固液分離池平面尺寸為L×B=60 m×35 m，有效水深5.0 m，超高1.0 m。

3.2.4 貯泥池設置貯泥池可以調節、緩沖底泥量，有利于調理池和反應池的運轉。貯泥池設置兩座，池內設潛水攪拌器，避免底泥沉積。

3.2.5 底泥脫水系統底泥從貯泥池進入底泥脫水間，經調理池調理完成后泥漿泵送至污泥干化系統進行泥水分離，污泥干化系統主要設備為雙隔膜壓濾機，泥漿脫水后形成含水率在不高于40 %左右的硬塑狀泥餅，硬塑狀泥餅通過打散系統打散，以便快速改變底泥黑臭現象，打散后的底泥通過皮帶輸送機輸送至堆料場養護2~3天。

3.2.5.1 調理池A 設置調理池A可以增強絮凝作用，改善底泥的脫水性能。調理池A設置四座，投加聚丙烯酰胺(PAM)、聚合氯化鋁(PAC)，池內設攪拌器，提高調理均勻性，增大反應接觸面積，避免底泥沉積。進泥含水率92.0 %，濕底泥體積4000 m3/d，有效深度3.75 m，停留時間2 h，單座調理池平面尺寸為L×B=4.8 m×4.6 m，共4座，并聯運行。

3.2.5.2 調理池B 設置調理池B可以增強底泥的脫水和密實性。調理池B設置四座，投加石灰(CaO)，池內設攪拌器，提高調理均勻性，增大反應接觸面積，避免底泥沉積。進泥含水率92.0 %，濕底泥體積4000 m3/d，有效深度3.75 m，停留時間2 h，單座調理池平面尺寸為L×B=4.8 m×4.6 m，共4座，并聯運行。

3.2.5.3 反應池設置反應池可以調節底泥量，有利于調理池反應的進一步進行。反應池設置兩座，池內設潛水攪拌器，可以提高反應效率，避免底泥沉積。預留重金屬捕捉劑投加空間。干底泥量320 t·DS/d，進泥含水率92.0 %，濕底泥體積4000 m3/d，有效深度3.75 m，停留時間2 h，平面尺寸為L×B=9.5 m×6.0 m。

3.2.6 污泥干化系統通過渣漿泵將反應池內底泥抽送至PASSAL雙隔膜壓濾機，底泥進過壓濾含水率降至40 %左右，出泥由傳送設備送至底泥堆場。PASSAL雙隔膜壓濾機、傳送設備各設置三臺，同時設置檸檬酸輸送泵，反沖洗水泵，空氣壓縮機等清洗設備清洗壓濾機。進泥含水率92.0 %，濕底泥體積4000 m3/d；出泥含水率40.0 %；單臺PASSAL雙隔膜壓濾機尺寸為L×B=17.18 m×2.88 m，H=4.98 m，共3臺，并聯運行。

3.2.7 堆場系統本工程設計一個泥餅堆場及一個砂堆場，泥餅堆場布置在處置廠西北側，占地面積650 m2，砂堆場占地面積1245 m2。堆場采用混凝土硬化地面，具有防滲功能，廠內堆土、堆砂應及時運往指定受納點，保證設計堆場堆高小于1.5 m，坡度小于1︰3。

3.2.8 余水處置系統本工程設計類型為臨時工程，余水產生量為8000 m3/d。余水在正常工況下經廢水池回用于調節池調節泥水量，僅在發生事故、檢修等特殊情況下排入臨近市政管網進入污水處理廠進一步處理，余水排入市政管網標準為廣東省地方標準《水污染排放限值》(DB44/26-2001)第二時段三級標準執行。根據類似工程經驗，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，小于廣東省地方標準《水污染排放限值》(DB44/26-2001)第二時段三級標準SS限值400 mg/L，滿足排放標準。余水處置系統設置廢水池1座，用于回收固液分離池產生的余水，然后通過潛污泵輸送到預處理系統調節泥水量，調節固液分離池出水量與回用水量之間的差額，減少廢水對處理構筑物的沖擊負荷，同時對余水進行沉淀去除部分SS。廢水池有效容積600 m3，有效水深2 m，平面尺寸為L×B=20 m×15 m，停留時間2 h。

4 結語(1)為治理前海灣片區水質黑臭問題，采用河道底泥環保清淤的方式消除河道的內源污染，本工程疏浚底泥含水率高、流動性大、總量多，需處理底泥預估總量約為33萬m3，為避免對周邊環境造成二次影響，需對底泥進行“無害化、穩定化、減量化、資源化”處理處置。(2)前海灣片區河道底泥主要以弱堿性的大粒徑無機砂質為主，重金屬含量雖高但較穩定不易浸出，適合采用“預處理+脫水干化+外運”的集中處理方式。(3)本工程底泥預處理采用底泥調節系統+二級泥砂分離系統+絞吸船固液分離系統，底泥脫水采用雙隔膜壓濾機械脫水工藝，具有緩沖能力強、效率高，脫水底泥物理力學參數較好、環保指標基本能滿足要求，是底泥處理處置較優的方法之一。(4)本工程產生的干泥餅約8.40萬m3，泥砂分離產生的干凈砂清洗后資源化利用(參照《建筑用砂》(GB/T14684-2011)標準)；干化后產生的泥餅滿足深圳市《河湖污泥處理廠產出物處置技術規范》(SZDB/Z 236-2017)中余土污染物控制指標III級標準與限值，運往余泥渣土受納場.

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