城市河湖环保清淤及底泥处理厂设计与运行

刘时旸 董江涛 周 政 羊樟发 陈雨生

（1．中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2．杭州市富阳区河道水库管理中心，浙江 杭州 311400）

随着城市化建设的速度加快，河道污染严重影响了城市环境，城市河湖水体水质下降、水体景观与生态功能缺失，同时也影响了城市水体生态功能和环境[1]。目前，在国内外已发生多起由于底泥导致的鱼类食品污染问题[2]。因此，在城市建设过程中需要重视环保工作。环保清淤是治理城市河湖底泥的重要手段，通过对污染底泥的疏浚，可清除污染水体的内源污染物[3]。底泥疏浚将污染物从水域系统中彻底去除，可以较大程度地降低底泥对上覆水体的污染贡献率，进而解决由生物或物理等作用下内源释放所造成的二次污染。

富春江的北支江进行环保清淤，带水疏浚作业，通过管道吹填，经排泥场地沉泥后，底泥余水流经沉淀池初步沉淀，由于余水量大，沉淀时间短，余水依然浑浊，水量有80000m3/d，主要污染物成分为泥砂悬浮物，需要经过处理后，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标准，其中SS限值为20mg/L，处理达标后返还支流进行补水。泥经排泥场沉淀并后期真空预压后作为全域土地平整工程的回填土使用。

1 工程背景

杭州市召开亚运会，比赛内容包括赛艇皮划艇比赛，为了保证比赛河流的水质和环境，遂对比赛场地的北支江进行清淤，清淤后的土方进入张家村消纳场进行土方消纳，以作为该地区全域土地平整工程的回填土。

水下清淤量100万m3自然方，绞吸船处理1m3水下方底泥须绞吸10m3水量。结合水下清淤量，共产生约1000万m3余水排放，日余水排放处理量约8万m3/d。

2 清淤及处理厂工艺

底泥处理与处置采用排泥场+真空预压，余水处理采用沉淀池→高效絮凝及浮选净水设备→清水池工艺方案，具体清淤工程生产流程如图1所示。

图1 底泥处理工艺流程框图

河湖底泥采用绞吸式挖泥船清淤后，并通过接力泵经输泥管线（含管道混合器）运输至排泥场（含真空预压），经排泥场初步沉淀后，余土沉积在排泥场内，余土积累至排泥场满负荷时，对排泥场进行封场、真空预压处理进一步降低排泥场中污泥含水率，余水则进入沉淀池继续进行沉淀处理。余水经沉淀池去除比重较大的泥沙颗粒以后，沉淀池上清液通过浮筒式水泵提升至高效絮凝及浮选净水设备，通过投加PAC、PAM药剂进行混凝反应，并经气浮分离后，清水通过出水区自流进入清水池，达标后排至北支江进行还河补水。气浮过程产生的浮渣通过刮渣机刮出进入浮渣池，再通过浮渣泵抽吸至排泥场。该项目各处理单元总平面布置如图2所示。

图2 总平面布置图

北支江底泥采用绞吸式挖泥船清淤后，并依次通过1#接力泵站（630kW）、2#接力泵站（630+630kW）、2#-1接力泵站（630kW）、3#接力泵站（630+630kW）、4#接力泵站（630+630kW）、5#接力泵站（630+630kW）、经输泥管线（2根DN500管道，并列敷设）运输至张家村排泥场（含真空预压），余土积累至排泥场满负荷时，对排泥场进行封场、真空预压处理。淤泥处理过程中产生的余水经处理达标后依次通过DN800管道、当地排涝渠道排放至北支江进行还河补水。

排泥场及余水处理系统平面布置如图3所示。该项目平面布置为近三角形，主要水处理构筑物从南至北依次为排泥场（一级）、排泥场（二级）、排泥场（三级）、沉淀池、余水处理系统，使淤泥及淤泥处理过程中产生的余水按照处理工艺流程从南至北依次通过各处理构筑物，处理过程中产生的清水，达标后排至北支江进行还河补水。

图3 排泥场及余水处理系统平面布置

3 环保清淤设计

3.1 清淤施工方式

在综合考虑施工区水文、水深（水深较大）、水量、水环境、行洪调蓄、通航、交通、河道宽度（水面开阔）、岸坡稳定等条件基础上，并经过技术经济比较后，确定采用水下清淤的方式。

3.2 环保清淤设备

清淤设备采用2台绞吸式挖泥船，其型号规格：YC6TD650L-C20，WN300，N=478kW。

3.3 底泥运输方式

运输距离约12km，远距离管道输送时须严防输送管道破裂泄漏。采用接力泵串联运行，加压输送，具体两条管线参数见表1。

表1 两条管线参数表

4 底泥处理与处置设计

4.1 处理与处置工艺

河道底泥含水率高，传统的脱水技术不达标，只能将淤泥浓缩，尽量减少其中水分含量，不能满足淤泥处理要求。该项目中，底泥处理与处置采用排泥场+真空预压，余土根据污染物控制指标与限值，进行资源化利用。采用的消纳途径为全域土地平整工程的回填用土，但需要通过试验及检测，确保其承载力、压实度等物理指标符合利用要求。

进入排泥场前的输泥管路安装管道混合器，在此投加混凝剂PAC，通过管道等混凝反应，形成絮体，加速泥浆在排泥场的沉淀，从而减轻后续余水处理的压力。

4.1.1 排泥场设计

排泥场主要功能是储存淤泥处理过程中产生的余土。

排泥场采用土工防渗结构，排泥场内部开挖坡度1∶2，开挖边界距离围堰坡脚4.5m，排泥场分三级，一级面积约73000m2，二级面积约84000m2，三级面积约48000m2。

配备4套溶加药装置（2用2备），2个DN500管道混合器。

4.1.2 真空预压设计

真空预压法是将不透气的薄膜铺设在需要加固的软基表面上，借助射流泵和埋设水平管道，将膜下土体间的空气抽出，形成真空，使土体排水而压密。

设计采用3套55kW水环式真空泵进行无砂垫层真空预压处理，铺设无纺土工布，抽气使膜下真空度不小于85kPa。插设防淤堵塑料排水板，打设深度为4.3m，真空预压完成后地基处理范围内十字板剪切强度τ≥15kPa。

4.2 余水处理与排放

4.2.1 余水处理设计规模及出水要求

余水处理设计规模：80000m3/d，余水主要成分以粉粒悬浮物为主。

出水要求：《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标准限值，主要指标要求SS≤20mg/L。

4.2.2 余水处理工艺流程

4.2.2.1 技术原理

余水处理采用的主要技术为混凝技术和气浮技术，混凝投加药剂为PAC，助凝投加药剂为PAM，聚（合）氯化铝溶于水后，即形成聚合阳离子，对水中胶粒发挥电性中和及吸附架桥作用，其效能优于硫酸铝。聚（合）氯化铝在投入水中前的制备阶段即已发生水解聚合，投入水中后也可能发生新的变化，但聚合物成分基本确定。余水中难沉降的悬浮物质及胶体物质，与PAC发生混凝反应脱稳后，再经过PAM助凝剂的助凝形成较大的矾花絮体。

气浮采用部分回流加压溶气气浮，产生直径小的微细气泡，使混凝产生的细小悬浮物黏附在空气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成浮渣，刮除出水面达到去除水中悬浮物，净化水质的目的。

4.2.2.2 工艺流程框图

余水处理工艺工艺流程框图如图4所示。

图4 余水处理工艺流程框图

流程说明：排泥场初步沉淀后的余水进入沉淀池继续进行沉淀，沉淀上清液通过浮筒水泵提升至高效絮凝及浮选净水设备，设备反应区投加药剂进行混凝反应，矾花通过微小气泡托起，在表面形成一层浮渣层，通过刮渣机刮出至沟渠进而进入浮渣池，再通过浮渣泵抽吸至排泥场。设备下层集的清水通过出水区自流进入清水池，达标后返还河湖进行补水。

4.2.3 主要建、构筑物、设备及设计参数

4.2.3.1 沉淀池

功能：利用重力沉降，去除密度较大的泥沙等颗粒。

土工防渗结构，平均有效面积14000m2，池深5.3m，有效深4m，有效容积56000m3，停留时间22.4h，表面负荷0.238m3/h。配置设备：4台浮筒水泵Q=833m3/h，H=12m，N=45kW，4只电磁流量计。

4.2.3.2 高效絮凝及浮选净水设备

功能：通过混凝、助凝及气浮处理，去除余水中比重较轻，难以去除的悬浮物质。

4套钢结构设备，单套设计流量为20000m3/d，单套设备装机功率75.9kW，分离室下向流速13.16m/h，内含配套8套溶加药装置。

4.2.3.3 清水池

功能：储存余水处理系统产水，平衡产水量与排水量之间差值。

混凝土结构，平均有效面积1000m2，池深4m，有效深3m，有效容积3000m3，停留时间1.2h。

4.2.3.4 浮渣池

功能：收集储存余水处理系统排出浮渣，并将浮渣均匀抽吸排至排泥场。

钢砼结构，池表面积178m2，池深3.3m，池容积587m3，配置设备：2台排渣泵Q=135m3/h，H=28m，N=18.5kW，2只液位计。

4.2.3.5 药剂堆房

钢结构，用于堆放余水处理药剂，长度16m，宽度16m，高度5m。

4.2.4 处理效果

处理后出水控制指标（SS、COD）能够稳定达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标准，各处理单元关键性控制指标处理见表2。

表2 各处理单元关键性控制指标表

5 结语

该工程泥水协同处理，清淤后很好的提升了河流的水质环境，改善了床底淤积情况，底泥还作为回填土进行了资源化利用，余水水质既达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标准，又达到了《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2020）水质标准，可以进行回用，为其他类型的疏浚作业提供了新的借鉴思路。