以生态清淤为基础的黑臭水体处理方法

2022-08-24 14:56:51 0 双良环境

　　许多城市内流速缓慢的河流和静止湖泊会随着时间推移在水体底部形成淤泥层，产生黑臭和蓝藻等问题。这些淤泥的形成一方面是来自水体本身的有机颗粒物质，例如水生植物和鱼类排泄物质，但更多是来自以下外源物质：

　　1、各种工业废水和市政污水流入

　　2、在降雨时，雨污混合污水携带粪浆物质进入水体

　　3、此外，一些垃圾物质例如岸边树叶、餐厨垃圾或动物粪便等进入河流，并沉积在河底。

　　这些沉积有机物质会导致生物厌氧发酵，并使得水体变得浑浊和发臭。城市河流愈小，则淤泥层累积增加的速度也相应变快。这个现象导致好氧分解只是在污泥表面进行。在污泥内部则主要呈现厌氧状态, 在缺氧情况下，有机物分解过程十分缓慢。此时会产生以下两种不愿看到的现象：首先污泥厚度不断增加，水体内的浊度逐渐变深变黑。同时在厌氧状态下产生沼气，而这对水生生物是有毒的。

　　正是出于这一原因，必须对城市内的河道湖泊进行定期清淤工作。此时，经常采用的实用方法是通过机械方法进行清淤。一般传统方法是抽干河流，采用挖土机进行转运。但在采用这种机械方法清淤时，虽然水体质量可以立即得到改善，但往往会对周围环境造成污染，湖泊周围的生态环境和平衡受到持续性破坏。其后果往往是藻类暴发，鱼类死亡。如果采用柔和方法进行清淤，例如采用遥控吸泥船进行生态清淤，则可以卫生安全方式将河底有机淤泥抽吸排出并按当地法律规定进行相应后处置。

　　1、生态清淤的工作原理

　　生态清淤是指在无需抽干河流情况下，以遥控方式将污泥柔和地抽吸至岸上指定地点，整个清淤过程快速、彻底、卫生、干净。通过柔和的抽吸清理方式，底部淤泥不会产生湍流，因此不会污染河流水体。

　　在德国HERBST UMWELTTECHNIK公司、Vebro公司、Berky公司、 Klaar公司和KLAWA公司等，已经分别研制生产出各种形式的生态清淤设备。其中应用最为广泛的是德国KLAWA公司的生态清淤设备。该吸泥装置在标准配置情况下(60 m3/h, 抽吸深度3.5m)运输参数如下：

　　重量：2600kg

　　装置尺寸：长 ×宽×高 = 6020mm × 2415mm × 2168mm

　　连接功率：16 kW, 32A。

　　当然也可以根据项目要求，快速为用户进行以下装备配置：

　　1、抽吸深度分别可达3.5m、 5.5m和7m

　　2、泵送管道按模块方式组装，泵送距离最远可达300m

　　3、水泵抽吸处理能力分别可达60、 90和120m3/h

　　因为外形尺寸很小，底泥抽吸装置可以十分容易地运输至各种应用场所。通过采用合适的吊装工具，可将此设备从运输卡车上吊起，并放入到被清理的水体之内。

　　浮舟配置4个螺旋桨推进器，可通过遥控器在河内灵活前进后退和拐弯，开在很难靠近的地点进行淤泥抽吸工作。吸泥装置在河面液位以上的最大高度大约是1.5m(穿桥高度)，即使在桥梁很多的城市内河中，也能够自由穿行进行清淤工作。

　　在标准配置情况下，抽吸深度为 3.5m，可对河底多年沉积固化的矿化污泥进行疏松和运输处理。通过一台水泵和一套抗压软管系统，可将污泥/水混合物送往岸上用户指定地点，进行后续相应的处理和处置。这些运输软管是按模块方式组合而成，可以配置相应的浮球，最长距离可达300m。因此用户可以根据现场情况，自行设置泵送软管的距离。同时这些软管也是作为向浮舟上驱动部件供电的电缆载体。

　　吸泥装置在正常运转时，一般用在静止河面。如果用于流动河体，则流速不能超过 0.2m/s。要求河流液位是在0.8~3.5m范围之内(最低水深液位是0.8m)。

　　此套装置的主要工作特点：

　　1、清淤装置的总重量<3吨，运输时不需要特种运输车辆

　　2、带水作业，清淤时不需要抽干河体，清淤快速彻底

　　3、操作简单，干净卫生

　　4、装置为全不锈钢结构，坚固扎实，使用寿命长

　　5、工作时不会搅乱底部淤泥，造成水体污染或臭气扩散

　　整套吸泥装置可在岸边遥控操作，只需一个人工对以下设备功能进行控制：

　　1、各种移动方向的驱动部件

　　2、运输泵的开/关控制

　　3、清理耙的升/降控制

　　4、运输螺杆的开/关控制

　　5、平衡浮桶的操作

　　此外，淤泥抽吸装置还可以配置照明灯光，进行晚上作业。

　　整个过程是沿河底进行柔和抽吸和生态清淤，不会损坏自然的河床基地。通过液压调控装置，可以精确控制距离河床底部的抽吸高度。

　　通过声纳测试系统，可以实时显示河床底部基本地形和淤泥层厚度，并通过一台平板电脑可在岸边或办公室监视整个清淤过程。

　　2、河底淤泥层的测量

　　在进行生态清淤之前，必须进行测试调查淤泥层厚度，统计吸泥工程量。此时可以采用声纳测试仪测试确定河底的基本地形。通过GPS技术将测试点传送至用户指定的终端接收设备(例如手机或平板电脑)。在声纳测试时，同时按两种不同的频率进行, 一方面可将所谓固定的污泥层测出，另一方面可以将自然河底测出。通过这一方式，可以计算测出不同断面的沉积污泥厚度。

　　这些数据被传递至岸上的一台 PC、手机、平板电脑中。通过数值显示，操作人员可以立即知道吸泥机所处位置的瞬时河底基本情况。吸泥机另外还配置一个 GPS系统, 从而具有电子导航功能。

　　这些被测试的区域可以数值形式分成小块面积。因为可以精确计算吸泥机所在地的污泥厚度，可在吸泥之后就要求的吸泥厚度和实际消除厚度之间进行比较。每天多次对污泥固含量和含砂量进行多次测试确定并记录存档。

　　在生态清淤之后，建议再次进行一次声纳测试，这样可以了解清淤前后的整体情况。最后图表也作为下次清淤工作提供参考文件。

　　3、生态清淤的整体处理方案

　　一般来说，在生态清淤之前，必须进行一些前期准备工作。除了生态清淤之外，还必须对抽吸取出的黑浆淤泥进行处理处置。根据污泥性质和污泥污染程度的不同，所采用的后处理设备及其工艺也各不相同。常用的河底淤泥处理处置工艺可分成以下8个步骤：

　　Step 1：修剪水生植物和岸边植被

　　在选择各种生态清淤过程中，保护动植物生态环境，为两栖动物和鱼类提供良好生活环境是一个十分重要的评估条件。根据现场情况，可以事先进行以下工作：对岸边灌木和大树进行修剪;从河面上切割取出水生植物，例如芦苇、水花生等。

　　Step 2：河道预清理(分离取出粗大故障物质)

　　抽吸水泵的最大球状颗粒穿流尺寸是Ø 40mm。为了防止堵塞，必须事先对沉积淤泥中的粗大故障物质进行清理。此时可以在底泥抽吸装置上安装采用各种类型的格栅设备，对河道清理预处理，将各种故障物质(塑料袋、麻袋、可乐瓶、玻璃瓶、金属木块等)分离取出。安装过滤格栅的吸泥机械人首先沿着河底对淤泥进行筛分过滤，将上述故障物质分离取出。在此过程中，可对长期沉积的泥沙进行松化处理。

　　在进行预清理工作的同时，可以采用声纳测试系统，对河底淤泥深度和河底基本地形进行探测，并制作3D图纸。在了解了淤泥层厚度的基础之上，可以计算清淤工程用量。

　　图4 安装在清淤装置上的格栅过滤部件

　　Step 3：清理取出河底淤泥

　　在将所有故障物质分离取出之后，就可以进行生态清淤工作。具体操作过程如下：将一台耐磨损吸泥水泵安装在由全不锈钢材料制成的浮舟之上。通过一个液压升降设备，可将吸泥清理耙精确下沉至所需要的深度。浮舟和吸泥清理耙不会直接接触池底，损坏底部自然形成的河床基地。

　　升降装置内配置一个双头螺杆，可在收集运输淤泥的同时，对河底淤泥进行浓缩处理，在提高污泥固含量的同时进行抽吸处理。整个清淤过程是沿着河底进行柔和抽吸，不会产生湍流造成水体污染和河面臭气扩散。

　　传统的清淤方式十分复杂，除了抽干河流之外，还需要很多人工才可以将淤泥运送至岸上。与此相反，采用此机械人清淤不仅快速经济，最重要的是这种清淤方式最为安全可靠和卫生干净。在通常情况下，整个清淤过程只需一个人工。

　　Step 4：对水/污泥混合物进行筛分过滤处理

　　采用星盘筛(孔径 8mm)对水/污泥混合物进行筛分处理。此筛分装置安装在沉淀集装箱之上，筛下物流被收集在沉淀集装箱之内，均化之后泵送污泥中间储存池内; 筛上物质通过滑槽进入垃圾集装箱内。

　　Step 5：对水/污泥混合物进行机械性脱水处理

　　通过一套带式污泥脱水机可对水/污泥混合物进行脱水处理。在对这些沉积污泥进行脱水过程中，因为此污泥脱水系统是开敞式脱水系统，在有故障情况下可以立即中断，排除故障之后重新启动运转。根据目视情况，可以随时调整脱水污泥的处理能力和脱水质量。整套设备结构紧凑，噪声很低。因为河底淤泥中无机含量很高，一般在脱水处理之后，污泥固含量约为40%DS。因为脱水污泥固含量很高，一般可以堆放，十分容易运输和后续进行污泥处置。沉淀污泥和脱水污泥之后的浓缩比例额大约是在2.3。

　　根据用户要求，也可采用螺压脱水装置系统或其他污泥脱水系统。

　　Step 6：对脱水后沉积淤泥的处置

　　脱水后的沉积淤泥必须根据化学分析确定是否含有有毒物质和重金属物质。就整个联邦德国的法律而言，目前对河底清淤污泥还没有出台统一的处置规范(替代建筑材料规范还在编写过程中)。各个州对各种处置途径的前提要求是不一样的，必须根据当地政府的规定来确定合适的处置途径。处置途径很多，例如土地利用、填埋、堆肥至热处置等各种形式。如果河底淤泥内不含有毒物质，有时甚至允许农用，填埋砂石坑或者用于建造高速公路两旁的防噪声墙。

　　Step 7：栅渣/粗大故障物质的处置

　　对过滤产生栅渣物质进行处置相对比较简单。这些物质主要是由树叶和树枝组成，约占比例95%。这些物质可作为堆肥材料而被回收利用。

　　图7 由星盘筛过滤产生的筛渣物质可进行堆肥处理

　　对预处理时产生的粗大故障物质一般采用手工进行简单的初步捡楝筛分之后送往当地的垃圾处理站。也就说，这些垃圾被收集在集装箱，然后运往拥有营业执照的垃圾处置站。

　　Step 8：污水处理

　　对污泥脱水过程中产生的污水(有时被称为过滤液)可送往移动型污水过滤集装箱内，当污水流量很大的情况下，则采用沙砾过滤器进行过滤处理。在这些移动型污水集装箱内安装一块过滤布，主要用于截留污泥颗粒物质。

　　根据用户要求，还可对这些污水进行曝气处理和/或投加铁盐进行除磷。

　　处理之后的污水一般还需要化学检测各种参数指标，然后根据当地政府的规定，最后确定是否可以返回河流或送入附近下水道管网。

　　环境保护情况

　　所采用的多聚絮凝剂是由天然有机物质制成，对生物种群没有负面影响, 在很短时间内就可被自然分解。所采用的产品都是在市政污水处理厂和自来水厂使用的设备。同时在液压装置内采用可生物降解的机油。

　　因为采用生态清淤，是在河底抽吸淤泥，所以几乎不产生臭味。

　　装置工作时噪声很低。柴油发电机是产生噪声最大的设备，根据最新技术进行防声隔离处理, 不会影响周围居民生活居住。

　　这一柴油发电配置排气颗粒过滤器装置。

　　4、生态清淤工艺的优点

　　与传统的清淤/挖泥方法相比较，例如湿法挖泥、干式挖泥或“铲拉”，生态清淤具有以下优点：

　　1、带水作业，无需排水就可以去除河底沉积物质

　　2、不会影响河岸边水生态环境和生物种群

　　3、通过水泵沿河底抽吸，不会产生浑浊液体，对河流水体和周围环境不会产生负面影响

　　4、通过这一处理工艺，可在很难靠近的区域进行清淤。通过声纳测试，还可5、对有些区域按等级优先进行清淤工作

　　6、不需要淤泥沉淀区域，不需要污泥中间储存池，也不需要铺设临时卡车运输通道

　　7、被处置污泥体积大幅下降，因此运输费用和处置费用下降

　　8、脱水之后的沉积物质可放置在开敞式集装箱内运输，因此也不需要考虑特9、殊运输问题 (特种车辆、马路清洗、臭气问题等)

　　10、明确分离和处理各种垃圾

　　11、脱水后的淤泥可通过各种途径进行后处置

　　12、大幅降低淤泥体积，降低运输费用和后处置费用

　　河道清淤是治理黑臭水体过程中最为重要的工程措施，同时也是最为主要的工作内容。在实际操作过程中，河道清淤工作可以分成淤泥抽吸、淤泥岸边处理和外运处置三个步骤。从目前在中国江苏浙江等地的调查情况来看，许多黑臭河道内除了沉积淤泥之外，还有衣服、建筑垃圾、塑料制品、动物尸体、树叶树枝等杂物。为了不影响后续淤泥抽吸工作过，必须事先对河道湖泊进行预过滤筛分处理，并将其中粗大故障物质分离取出。

　　虽然河道淤泥的清理可采用各种设备和技术方式来实现，但从目前中国市场的调查情况来看，各地用户基本都倾向于采用生态清淤方法。主要原因：河道黑臭现象主要产生在夏季时间。多数河流在夏季还承担着抗洪防涝的功能，一般夏季根本不允许抽干河体进行清淤工作。

　　传统的清淤方式十分复杂，除了抽干河流之外，还需要很多人工才可以将淤泥运送至岸上。与此相反，采用智能机械人清淤不仅快速经济，最重要的是安全可靠和卫生干净。

　　在欧洲已经实施的众多工程应用实践已经证明，生态清淤是治理黑臭水体最为经济有效的技术措施。这一技术目前已经引入中国，分别在天津和江苏昆山投入使用之后获得用户好评。