河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》是深圳市市政工程總公司完成的建築類施工工法；作者分別是龔穎、鄧亞軍、陳儉、盛宴、張平、黃文春、李姝睿、熊振軍；適用範圍是河道污泥處理，如城市黑臭水體清淤淤泥處理，城市污水處理廠產出淤泥處理等；也可用於廚餘垃圾、家禽糞便等產生有機固體廢物的處理；在更換相應的絮凝藥劑的情況下，對大型河道疏浚淤泥等含無機物較多的的淤泥處理上也有一定的適用性。

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》主要的工法特點是：設備集成安裝、占地少，工藝簡潔；雜質、砂和泥水三級有序分離；處理效率高，分離效果好；維護管理簡單；設備功率小，綜合運行費用經濟；自動化程度高。

2019年12月11日，《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》被廣東省住房和城鄉建設廳評定為2019年度廣東省省級工法。

基本介紹

• 中文名：河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法
• 工法編號：GDGF533-2019
• 完成單位：深圳市市政工程總公司
• 主要完成人：龔穎、鄧亞軍、陳儉、盛宴、張平、黃文春、李姝睿、熊振軍
• 審批單位：廣東省住房和城鄉建設廳
• 主要榮譽：廣東省省級工法（2019年度）

形成原因

隨著城市經濟的發展，河道空間大量被擠占，大部分河流水體被污染，河流的生態要素受到嚴重破壞，部分城市河流甚至成為黑臭河道，影響著周圍居民的生活。在以“綠色發展”為主題的新時期下，需要對污染河道進行治理。

河道污泥處理是河道治理中的一部分，在水環境治理清淤的過程中，河道淤泥帶來的內源污染問題也逐漸顯現。河道淤泥富含有機質，具有高黏粒含量、高含水量、大孔隙比、低強度、高壓縮性等特徵，傳統處置方法有填埋法、堆肥法、填海法和焚燒法等。填埋處理方法大量占用土地，處理不當很容易泄露而造成地表水和地下水的污染。由於淤泥中成分複雜，且含有重金屬，有害物質較多，導致淤泥堆肥在實際套用中存在較多的限制；淤泥填海會對海洋生物造成危害，嚴重污染海洋環境，已被國際公約所禁止；傳統的焚燒法焚燒廢氣中含有揮發性有機物，導致廢氣處理費用高。傳統方法均存在各種弊端，因此，如何快速、有效地對體量龐大的污染泥漿進行減量化、無害化、穩定化處理；緩解城市棄土區緊張、清淤土無處可棄的困境；打通清淤土的資源化利用通道，成為河道整治工程能否順利實施的關鍵問題之一。

深圳市市政工程總公司依託深圳河道整治坪山新區渠道治理項目進行淤泥快速脫水室內及現場試驗，探索深圳河道淤泥處理及資源化利用方法，形成《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》。

工法特點

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》的工法特點是：

1.設備集成安裝、占地少，工藝簡潔。設備由篩分除雜模組、砂水分離模組、泥水分離模組等組裝而成，各模組之間獨立運行，互不干擾，使得穩定性優於一般的集成化技術。

2.雜質、砂和泥水三級有序分離。利用不同技術原理分三個步驟對淤泥中的大顆粒雜質、砂和水分進行有序分離，有利於後期的分類處理。

3.處理效率高，分離效果好。配套滾篩裝置，在篩分除雜模組，節省了設備空間，去除顆粒粒徑8毫米以上的雜質；配套砂水分離器，在砂水分離模組，砂水分離徹底，排出的余沙含泥量非常少，便於余沙後續的資源化利用。

4.維護管理簡單。砂分離後的泥漿進入絮凝池攪拌絮凝，絮凝劑自動投配裝置集量取、輸送和分配於一體，通過線上監控泥漿信息，根據設定好的程式自動調配絮凝劑濃度和比例，絮凝後的泥漿進入橢疊脫水機，在泥水分離階段分離效果顯著，出泥含水率低，尾水含固率低，並且其橢圓形碟片的設計不會造成堵塞，便於維護。

5.設備功率小，綜合運行費用經濟，低於傳統的淤泥處理設備。

6.自動化程度高。系統採用PLC+GPRS控制，可以實現遠程監控。設備運行信息集中顯示。能夠少人集中值守，及時發現異常，人員迅速到現場解決。

操作原理

適用範圍

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》主要適用於河道污泥處理，如城市黑臭水體清淤淤泥處理，城市污水處理廠產出淤泥處理等；也可用於廚餘垃圾、家禽糞便等產生有機固體廢物的處理；在更換相應的絮凝藥劑的情況下，對大型河道疏浚淤泥等含無機物較多的的淤泥處理上也有一定的適用性。

工藝原理

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》的工藝原理敘述如下：

該技術在淤泥減量化技術研究的基礎上，針對黑臭河道污泥的處理，研發了一種河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化技術，由篩分除雜模組、砂水分離模組、泥水分離模組等組裝而成，利用不同技術原理分三個步驟對淤泥中的大顆粒雜質、砂和水分進行有序分離。

在設備篩分除雜模組，泥漿通過泥漿提升泵進入滾篩式分離裝置，滾篩式分離裝置與水平面呈一定角度傾斜，在電動機傳動離心作用下，通過旋轉篩分工藝將粒徑8毫米以上的雜質進行分離去除。

在設備砂水分離模組，除雜後的泥漿在水泵作用下以一定速度切向碰撞旋流除砂器內壁，沿內壁形成渦流。其中，粒徑在2毫米以上的顆粒在離心力和自身重力的作用下持續沿內壁螺旋向下運動，形成外旋流，最終在錐體底部聚集。

在設備泥水分離模組，砂分離後的泥漿通過溢流管道進入脫水裝置的泥漿攪拌池，預先在配藥桶配製好的絮凝劑經過輸藥管以一定流量進入泥漿攪拌池，凝聚成大的絮團，攪拌充分絮凝後的泥漿溢流進入橢疊脫水裝置，其中的大顆粒絮團在迴轉軸和橢圓形疊片的推動作用下向前運動，而水分則透過橢疊片縫隙流入下面的尾水池。推送至橢疊層另一端的淤泥絮團在氣壓頂桿和壓板的共同作用下進行壓榨，其中，氣壓頂桿的壓力可由氣壓閥進行調節，壓榨後的泥餅從泥餅出口擠出，擠出後的泥餅收集並進行後續的資源化利用。

圖1 淤泥脫水固結一體化處理試驗流程圖

圖2 篩分組合砂分離與橢疊脫水一體化淤泥處理工藝流程圖

施工工藝

工藝流程

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》的工藝流程見圖3。

圖3 施工工藝流程示意圖

操作要點

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》的操作要點如下：

一、施工準備

1.施工前先對淤泥基本性質進行分析，根據淤泥性質的不同確定淤泥處理模組的組裝方案。

圖4 深圳河道淤泥污染情況

2.根據實際施工項目現場施工條件、處理量、環境保護、綠化及業主單位的其他需求等進行設備形狀、尺寸、外觀的針對性、專業性設計。

3.施工圖紙審查、技術交底和編制實施性施工組織設計。

4.技術交底：對分部、分項工程、關鍵工序進行逐級技術交底。

5.進一步落實、了解現場臨時設施的建設，前期道路、水、電、場地等情況。

二、場地清理基礎鋪墊

1.開工前，根據施工圖紙測放設備安裝位置的平面控制點及各軸線位置，並走好標記。

2.在河道的指定區域鋪設負荷荷載條件的平整地基，常規鋪設200毫米碎石墊層或100毫米鋼板作為設備外殼基座。

圖5 施工河段情況

圖6 施工場地情況

三、設備組裝

基座完成以後，設備組裝可根據現場實際情況採用廠內完成設備組裝、現場組裝兩種形式。現場組裝形式，首先進行設備外殼安裝就位工作；然後進行內部專業模組、電控系統的組裝；最後，進泥口接入指定泥漿池。

圖7 雜質分離裝置示意圖

圖8 砂分離裝置示意圖

四、淤泥處理運行維護

一體化淤泥處理設備的運行維護包含進泥調試、線上監測、尾水收集處理等方面。

1.進泥調試

設備組裝、電器測試完成之後，進入進泥調試階段。進泥調試包括進泥流量與泥漿濃度的匹配，絮凝藥劑劑量與進泥流量的匹配，壓板壓力與出泥量的匹配。

泥水分離（橢疊脫水）是該工藝、工法的關鍵環節。該工藝主要由橢疊壓濾部分和尾水池兩大部分組成。經過絮凝的泥漿由一端進入橢疊層，其中的大顆粒絮團在迴轉軸和橢圓形疊片的推動作用下向前運動，而水分則透過橢疊片縫隙流入下面的尾水池。推送至橢疊層另一端的淤泥絮團在氣壓頂桿和壓板的共同作用下進行壓榨，壓榨後的泥餅從泥餅出口擠出，擠出後的泥餅收集並進行後續的資源化利用。由於泥餅乾度決定淤泥後續處理的難度，為保證泥餅含水率較低，必須嚴格保證運行條件。絮凝劑添加量、壓板壓力、絮凝攪拌速率、進泥流量等均是影響泥餅含水率的因素。

圖11 橢疊脫水裝置示意圖

圖12 橢疊脫水裝置實物圖

圖13 橢疊層工作原理示意圖

（1）進泥流量的大小直接關係著淤泥單位時間內的處理能力，流量過小會造成處理效率不足，而流量過大則會縮短各單元處理的停留時間，影響出泥效果。

進泥流量升高時，單位時間出泥量增大，泥餅含水率及尾水含固率也相應有所提高。當進泥流量較小時，各單元處理的停留時間較長，處理較充分，因此出泥泥餅含水率較低，呈塑性狀態，但是出泥量較少；而在進泥流量過大時，雖然出泥量相應增加，但是會導致出泥泥餅含水率升高，表面有滴水現象。另外，在試驗中發現，當進泥流量太大時，由於工作負荷較高，設備偶爾有堵塞現象。故進泥流量應符合設計要求。

（2）絮凝劑添加量為進泥乾基量的4~6‰時絮凝效果最好。在實際淤泥處理的運行維護中，需要採用相應的措施，及時進行絮凝劑添加量的調節，使絮凝效果最佳。

（3）泥漿的絮凝攪拌速率對泥漿的絮凝沉降效果存在很大影響。當攪拌速率過慢時，絮凝劑不能夠與泥漿混合均勻，絮凝不充分，導致仍有許多細小淤泥顆粒伴隨著未充分絮凝的絮團直接進入了橢疊設備。由於絮凝不充分，部分水分在壓板作用下仍難以脫除，使得泥餅含水率偏高，而其中的細小顆粒物則隨脫除的水分一起流進尾水池，造成尾水含固率升高。另外，試驗還觀察到，攪拌速率過慢時，泥漿攪拌池的絮團大部分沉降至底部，不能被攪拌升起正常溢流至橢疊設備，導致出泥量較少。因此泥漿絮凝攪拌速率不易過慢。

而當攪拌速率過大時，攪拌槳葉會對絮團造成擾動和切割作用，使得絮團破壞，從而導致透過橢疊層的顆粒物增多，致使尾水含固率增大。因此泥漿絮凝攪拌速率不宜過快。根據試驗結果可知，合適的攪拌速率區間在40轉/分鐘~80轉/分鐘範圍內。

（4）壓板壓力越大，出泥泥餅含水率越低，但同時尾水的含固率相應增大。主要是由於壓板壓力越大，淤泥受到壓迫顆粒間隙越來越緊實，更多的間隙水透過顆粒間的通道被擠出，從而使得泥餅含水率降低。壓板壓力從0.4兆帕升高至0.6兆帕時，泥餅平均含水率由54.4%降低至51.0%，降低幅度相對較小，而尾水含固率則從1.16%升高至1.60%。綜合實際效果及經濟成本考慮，壓板壓力設定為0.4兆帕最佳。

圖14 脫水後的泥餅

2.線上監測

線上監測是設備運行的保證措施，主要包含設備運行參數、水質檢測兩個方面。該設備自動化程度較高，主要系統採用PLC+GPRS控制，可以實現遠程監控。

設備運行參數：

（1）進泥流量：符合設計要求。

（2）滾篩除雜模組：轉速；

（3）砂水分離模組：轉速；

（4）泥水分離模組：根據泥質不同，需調配不同種類絮凝劑，確定絮凝劑添加量（一般為乾泥量的5‰左右）；絮凝攪拌速率40~80轉/分鐘。

3.尾水收集處理

該設備尾水產生在泥水分離模組。淤泥經橢疊脫水後，產生的濾液統一收集至尾水池，採用小型一體化水處理設備進行淨化處理，處理達標後排放。

材料設備

一、材料

所有進場材料應嚴格檢查其出廠合格證、與材料設備相符合的標牌、質量檢驗報告、廠家爐（批）號等。《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》採用的材料見表1。

二、設備

加強對施工機具設備的檢查驗收工作，必須確保產品各項功能正常，杜絕不合格機具設備進入施工現場。《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》採用的機具設備見表2。

質量控制

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》的質量控制要求如下：

一、質量控制標準

經設備處理後產出的余沙含泥量較低，滿足深圳市《河湖淤泥處理廠產出物處置技術規範》的二級余沙標準，剩餘淤泥滿足《園林綠化栽植土質量標準》，可直接用做綠化土。

二、質量保證措施

1.在對坪山區典型黑臭河道充分調研的基礎上，結合試驗研究和工程經驗，利用不同技術原理分篩分除雜、砂水分離、泥水分離三個步驟對淤泥中的大顆粒雜質、砂和水分進行有序分離。

2.通過試驗發現，進泥流量的大小直接關係著淤泥單位時間內的處理能力，流量過小會造成處理效率不足，而流量過大則會縮短各單元處理的停留時間，影響出泥效果。

當進泥流量較小時，各單元處理的停留時間較長，處理較充分，出泥泥餅含水率較低，呈塑性狀態，但是出泥量較少；當進泥流量升高時，單位時間出泥量增大，泥餅含水率及尾水含固率也相應有所提高，而在進泥流量過大時，會導致出泥泥餅含水率升高，表面有滴水現象，且由於工作負荷較高，設備偶爾有堵塞現象。故通過試驗確定了符合設計要求的進泥流量參數。

3.通過試驗確定絮凝劑添加量為進泥乾基量的4~6‰時絮凝效果最好。在實際淤泥處理的運行維護中，還需要採用相應的措施，及時進行絮凝劑添加量的調節，使絮凝效果最佳。

4.通過試驗發現，當攪拌速率過慢時，絮凝劑不能夠與泥漿混合均勻，絮凝不充分，導致仍有許多細小淤泥顆粒伴隨著未充分絮凝的絮團直接進入了橢疊設備。由於絮凝不充分，部分水分在壓板作用下仍難以脫除，使得泥餅含水率偏高，而其中的細小顆粒物則隨脫除的水分一起流進尾水池，造成尾水含固率升高。並且當攪拌速率過慢時，泥漿攪拌池的絮團大部分容易沉降至底部，不能被攪拌升起正常溢流至橢疊設備，導致出泥量較少。而當攪拌速率過大時，攪拌槳葉會對絮團造成擾動和切割作用，使得絮團破壞，從而導致透過橢疊層的顆粒物增多，致使尾水含固率增大。因此必須確定合適的攪拌速率參數。試驗結果表明，攪拌槳葉的攪拌速率在40轉/分鐘~80轉/分鐘範圍內時，出泥效果最好。

5.通過試驗發現，設備的壓板壓力越大，出泥泥餅含水率越低，但同時尾水的含固率相應增大。綜合實際效果及經濟成本考慮，壓板壓力設定為0.4兆帕時效果最佳。

安全措施

採用《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.在施工中應嚴格執行以下規範標準的相關規定：《建築施工安全檢查標準》JGJ59-2017、《建築機械使用安全技術規程》JGJ33-2015、《施工現場臨時用電安全技術規範》JGJ46-2017、《建築施工模板安全技術規範》JGJ162-2017、《建築施工安全技術統一規範》GB50870-2013。

2.施工人員進入工地施工首先進行安全教育和職業健康安全教育，並進行安全技術交底。

3.施工現場臨時用電必須執行《施工現場臨時用電安全技術規範》JGJ46-2017標準，做到三級配電三級保護，嚴禁亂拉亂接。

4.清理場地、圍擋、設備安裝過程中必須有專人指揮，保證施工過程安全。

5.取水過程中，現場各崗位人員必須在場，尤其是安全員嚴密注意，及時發現隱患，避免事故的發生。

6.嚴禁作業人員向取水地拋擲材料、雜物，以防污染河流。

7.密切注意天氣預報，落實好設備的防風防雨措施，每天派專人進行檢查維護，保證設備運行良好。

環保措施

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》的環保措施如下：

1.施工中對環保的要求應當嚴格執行以下相關規範與標準：《環境管理體系要求及使用指南》GB/T24001-2004、《建築施工場界環境噪聲排放標準》GB12523-2011、《環境空氣品質標準》GB3095-2012、《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002。

2.施工作業過程應當建立文明的施工現場，使施工現場內秩序井然有序、場容和環境衛生符合要求。

3.施工期間，施工現場內的材料要堆放整齊，工具及機具使用完後，應由使用者放回原處，現場應保持乾淨、整齊。

4.合理安排進度，儘量不安排深夜施工，避免施工擾鄰。對施工機械產生噪音的部件可採取部分或完全封閉。一切動力機械設備均應適時維修，降低噪聲。

5.施工結束後，經過處理的污水應當達到污水排放的相關要求，不會對周圍環境產生污染。

6.及時組織清場，對施工廢棄物及時回收，做到工完、料盡、場地清，以便整治恢復道路，不留後患。

效益分析

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》的效益分析如下：

一、經濟效益

1.經濟性分析

該系統裝置由滾篩除雜模組、砂水分離模組、泥水分離模組（橢疊壓濾）組成，由於不同淤泥組成成分不同，因此需根據淤泥顆粒級配性質匹配不同型號的除雜模組和砂水分離模組。因此，僅對泥水分離系統進行經濟性分析，以水下方淤泥處理量4立方米/小時設備為依據進行經濟成本分析。

（1）運行維護費用（直接費用）

運行維護費用主要包含電費、絮凝劑、人工及不可預見費。按照每方（水下方）淤泥的運行費用價格約為68.4元。（電價單價按1元/千瓦·小時，人工日工資300元/人計。）

表3 運行維護費用一覽表

項目		運行費用（元/立方米）
電器	進料系統	1.875
	加藥系統	0.625
	橢疊脫水機系統	10
絮凝劑		50.4
人工		5
不可預見		0.5
合計		68.4

（2）占地面積

占地約為1個貨櫃（30英尺），即2.5米×9米，約23平方米，外圍操作走道及排出料箱會需要一定的占地。

2.技術經濟對比分析

現階段常規的淤泥脫水固結一體化設備主要有板框壓濾、帶式壓濾等，該節對該兩種工藝與該研究新工藝的的技術經濟指標進行對比分析，見表4。其中經濟特點對比是以水下方淤泥處理量4立方米/小時設備為依據。

表4 一體化淤泥處理常用主體工藝技術經濟指標比較

項目		板框壓濾	帶式壓濾	橢疊壓濾
泥餅含水率		低	較低	較低
脫水類型		加壓脫水	重力+剪下脫水	遊動疊型擠壓脫水
技術特點	低濃度淤泥脫水	不可以	不可以	可以
	淤泥濃縮池	需要	需要	不需要
	淤泥調節池	需要	需要	需要
	淤泥粘性要求	較低	高	低
	濾液含泥量	較少	較多	很少
	運轉噪聲	大	大	小
	連續運行	不能	能	能
	運行管理	工藝操作簡單，運行管理方便	工藝操作簡單，運行管理方便	工藝操作簡單，運行管理靈活方便
	二次污染	產生沖洗廢水	產生沖洗廢水	無需沖洗
	維護	易堵塞，需更換濾膜	易堵塞，需更換濾膜	不堵塞，無需更換橢疊盤
經濟特點	運行費用	73~83元/立方米	70~80元/立方米	63~73元/立方米
	占地	40~50平方米	30~40平方米	23~32平方米
	建設周期	7~10天	7~10天	5~8天
建設特點	施工難易	施工較為容易	施工較為容易	施工較為容易

註：施工費用以2019年施工材料價格計算

二、社會效益

該工法從河道清淤淤泥處理處置入手，以減量化、資源化為主要目標，旨在解決工程建設實際問題。主要套用於水環境治理工程中，能夠有效解決內源治理中清淤淤泥的處理處置問題，是河道水質提升的輔助和保障，對於河道恢復原始生態、提高人民日常生活幸福指數具有意義。

三、節能與環保效益

淤泥經過一體化脫水設備砂分離處理之後的余沙可用於一般混凝土或建築砂漿骨料，處理後剩餘淤泥能滿足《園林綠化栽植土質量標準》要求的，可直接用做綠化土，不能滿足要求的，經過固化處理可用作工程填土，不僅能能減少其對生態環境的破壞，還能實現廢棄物的再生利用，具有環境效益和經濟效益。

套用實例

《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》的套用實例如下：

1.深圳市坪山區碧嶺社區污水支管網工程

深圳市坪山區碧嶺社區污水支管網工程位於深圳市坪山區碧嶺社區，工程範圍河道整治中疏浚淤泥總量較多，淤泥受污染嚴重，清淤泥漿外運距離較遠且有很多河道位於城市居民生活、生產集中區，大型淤泥脫水設備無法進入展開施工。因此，深圳市市政工程總公司於2018年5月10日至2019年4月20日進行了“河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化技術”研究，從河道清淤淤泥處理處置入手，以減量化、資源化為主要目標，解決了工程建設實際問題。

2.深圳市坪山區江嶺社區污水支管網工程

深圳市坪山區六聯社區污水支管網工程位於深圳市坪山區六聯社區，如何快速、有效地對體量龐大的污染泥漿進行減量化、無害化、穩定化處理；緩解城市棄土區緊張、清淤土無處可棄的困境；打通清淤土的資源化利用通道，是河道整治工程能否順利實施的關鍵問題之一。因此，深圳市市政工程總公司於2017年10月16日至2019年4月16日利用“河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化技術”，解決了淤泥處理的難題，具有良好的經濟效益與社會效益。

3.深圳市坪山區六聯社區污水支管網工程

深圳市坪山區江嶺社區污水支管網工程位於深圳市坪山區江嶺社區，工程範圍河道整治中疏浚淤泥總量較多，淤泥受污染嚴重，清淤泥漿外運距離較遠且有很多河道位於城市居民生活、生產集中區，大型淤泥脫水設備無法進入展開施工。如何快速、有效地對體量龐大的污染泥漿進行減量化、無害化、穩定化處理；緩解城市棄土區緊張、清淤土無處可棄的困境；打通清淤土的資源化利用通道，是河道整治工程能否順利實施的關鍵。因此，深圳市市政工程總公司於2018年5月10日至2019年4月22日進行了“河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化技術”研究，從河道清淤淤泥處理處置入手，以減量化、資源化為主要目標，解決了工程建設實際問題。在水環境治理工程中，能夠有效解決內源治理中清淤淤泥的處理處置問題，是河道水質提升的輔助和保障，具有良好的經濟效益與社會效益。

榮譽表彰

2019年12月11日，廣東省住房和城鄉建設廳以“粵建市函〔2019〕1270號”檔案發布《廣東省住房和城鄉建設廳關於公布2019年度廣東省工程建設省級工法的通知》，《河道淤泥快速脫水及資源化利用一體化施工工法》被評定為2019年度廣東省省級工法。