ROBOTER清淤技术及其工程实例

网站首页  ꄲ  技术文章  ꄲ  ROBOTER清淤技术及其工程实例

ROBOTER Dredging Technology and Its Applications

高颖 (德国DEW公司)

 

在城市降雨事件期间，总有一部分混合污水会溢流进入接纳水体。在许多城市内, 这些接受溢流污染物质(CSO)的水体一般是各种池塘，湖泊或者流速十分缓慢的河道。对于这些受污染的收纳水体来说，定期清淤实际是防止产生黑臭水体的主要技术措施和常态化的工作任务。

During the urban rainstorm, some of the mixed sewage will overflow into the receiving water. In many cities, the water bodies that accept the CSOs are generally ponds, lakes, or river which very slow streams. In order to prevent the Black-odor water body，the regular dredging is actually main technical measures and normal work tasks for the contaminated receiving water.

 

关键词:

黑臭河道，河道清淤预处理，生态清淤方法，污泥脱水预处理，污泥脱水

 

Keywords:

Black-smell waters, pretreatment before dredging, ecological dredging method, pretreatment before sludge dewatering, sludge dewatering

 

1. 黑臭水体的主要原因

河底有机污泥的沉积和厌氧发酵是水体黑臭的直接原因。其大致生物化学过程可以描述如下(图1):

2C13H25O7N3S + 12H2O ⇒ 13CO2 + 13CH4 + 6NH3 + 2H2S

-        夏季上层表面水体被强烈加热，上热下冷所以不会形成水体循环。水体底部所有氧气被消耗，开始厌氧发酵过程

-        在厌氧情况下，有机物质通过生物化学转化过程，会产生 H2S 臭味物质。

-        当H2S 浓度是和污水污泥中的蛋白质含量有关。当浓度到达0.05-0.1 ppm时，就会产生恼人的臭味。

-        与外部输入的泥土颗粒物质一起，会形成淤泥, 在金属硫化物的作用下，颜色转化成灰色至深黑色。

 

河道内的消化污泥是一种呈现黑色污泥状的沉积物质，含有很高的有机物含量。在缺氧状态下会对这些有机物质进行厌氧生物分解，此时会产生令人烦恼的硫化氢臭味(H2S)。

当有机物质产量很高时，夏天在河道内一旦腐败就会消耗水体内的氧气，同时就会产生这些消化污泥。剩余的有机物质会缓慢沉淀河底，并在缺氧状态下将水体染成黑色 (见图 1)。

图 1: 城市内河底部的黑臭淤泥。样品研究显示，因为污染严重几乎已经不存在生活着的底栖动物。

 

2. 黑臭淤泥的主要来源

黑臭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组成，但更多是来自以下外源物质:

-        各种工业废水和市政污水流入

-        在降雨事件时，雨污混合污水携带粪浆物质进入水体。

-        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。

从以上污染源分析知道，外源截留是黑臭水体治理的基础: 只有在防止外源污水和粪便垃圾进入河体的基础之上，才能进行黑臭水体的修复处理。

一般的做法是在沿河建造污水截留管道，将原来流入河道外源污水全部截留并送往市政污水处理厂集中处理。但即使在完全截留外源污水之后，一般仍然无法阻止城市河流富营养化过程的产生。主要原因说明如下(图2):

§  目前中国市政污水处理厂的设计规模是按照旱季流量的1.3倍进行建造设计。多数城市内是合流制污水管网，每次出现降雨事件时仍然会有大量混合污水或者溢流污水(CSO: Combined Sewage Overflow)进入水体，造成水体污染(图2)。

§  在降雨水量很大的情况下，还会将沉淀在管网底部的泥沙和粪浆物质携带进入河流。

§  即使在分流制管网情况下，雨水降落在高度污染的城市地表之后，会将污染物质携带进入河流。

 

图2: 溢流污水(CSO)是造成城市河道污染的主要原因

 

从文献资料知道, 外源污染截留具有决定性的作用，但只是采用这一技术还不够，如果不进行河道清淤就不可能在短时期内河流重新返回良好的生态状态。

 

3. 处理方案 -- 清淤机械人

在进行清淤过程中，传统方法是抽干河道，采用挖土机进行转运，但会带来以下缺点:

•        对周围环境产生臭味干扰和道路污染

•        对水体植物生态会产生破坏

•        人工量和能耗较大

 

替代方法是采用生态清淤方法，即采用现代化的淤泥抽吸装置(清淤机器人)，可在岸边遥控操作，对河体内直接进行淤泥抽吸，淤泥清理过程中不会或只是产生极少量臭味，对周围植物生态体系不会造成破坏。在通常情况下，整个清淤过程只需一个人工(图3)。

图3:  遥控清淤装置 (清淤机器人)

 

近十多年来，德国许多厂商都先后开发研制了各种小型生态清淤装置。这里以德国KLAWA公司产品为例，简单介绍其工作原理(见图4):

整套淤泥抽吸设备是安装在一个浮舟之上。在抽吸装置的头部区域额外安装配置了一根双头螺杆，因此可对河底淤泥同时进行送化，浓缩和抽吸处理。即使因为多年矿化沉积变硬之后的污泥也可以被松化处理，被运输污泥的固含量最高可达约8-10%DS。

 

通过三个浮筒可以保证底泥抽吸装置浮在水面之上。四个分别驱动控制螺旋叶驱动电机可以确保灵活运行，可以到达池塘内各个区域。运输软管可以被吸泥机携带移动。

 

泥水混合物是通过一个可液压精确升降控制的浸没式抽吸管口进行, 抽吸管道上配置特殊泥浆泵。在抽吸处理底泥时，吸泥清理耙下沉，螺杆开始运转，污泥抽吸清理开始。当转子泵开始抽吸泥水混合物时，可通过柔性管道将污泥泵送至岸上池塘之内，也可以直接泵送至岸上污泥处理处置。

底泥抽吸装置可进行遥控操作，对以下设备功能进行控制:

  • 各种更改和移动方向的部件

  • 运输泵的开/关控制

  • 清理耙的升/降控制

  • 运输螺杆的开/关控制

  • 平衡浮桶的操作

图4: 德国KLAWA公司的生态清淤机械人

 

清淤装置的外形和主要参数见以下参数表格(表1)。根据配置吸泥深度可分别为3.5m,5.5m和5.8m，水泵最大运输能力分别为40，60，90和120 m³/h。

 

 

 

 

表1: 以下是清淤装置在不同各种规格情况下的主要参数表格:

规格型号

5.5m   90m³/h

5.8m   90m³/h

3.5m   60m³/h

3.5m   120m³/h

长度 [mm]:

7815

7815

6020

6020

宽度 [mm]:

2415

2415

2415

2415

高度 [mm]:

2168

2168

2168

2168

总重量 [kg]:

2950

3000

2600

2700

系统总功率 [kw]:

18

18

16

25

 

与传统清淤设备相比较，这一装置具有以下特点:

-    清淤装置体积较小，运输投运十分方便

-    清淤时水体不需要抽水排放

-    清淤时不会散发臭味

-    通过柔和抽吸方式，不会产生湍流，因此在对河道、湖泊作业时不会污染接受水体或附近水域。

-    在对公园湖泊，城内河流和大型养鱼池塘进行清淤时不会影响水体内动植物生活和岸边生态环境。

 

4. 清淤工程应用实例

4.1  天津市先峰河项目

 

2016年07月4-7日期间在天津市津南区先峰河浯水道桥北的作业河道情况：

清淤河道长度300米，河道宽20米，水深1.7至2米， 淤泥厚度0.5至1.2米, 无水草等悬浮物，水速在可操作范围内(< 0.2 m/s)。

塑料瓶沉淀试验显示，污泥沉淀性能良好，在2小时沉淀之后通过泥水比例计算知道，泥量达45％以上。主要污染来自CSO 泵站污水溢流口:暴雨事件时，合流制污水管网中溢流污水会通过沿河泵站内的排水阀门进入河流。

水泵抽吸排出的浆液呈现黑臭，最后的污泥处理方式是进入污水管网到污水处理厂集中脱水处理。

 

 

4.2 宜兴蛟桥河项目

宜兴市蛟桥河东河浜段长度约200m，宽度8-10m，河底沉积淤泥层厚达1.5-1.6m。在采用贵司提供的德国KLAWA生态清淤机器人自2016.06.17-21期间进行生态清淤工作后，目前，这段河道底泥厚度大约500px，水体中不再出现有翻“黑花”现象，河道二岸基本无异味影响。
  最后的污泥处理方式是进入污水管网到污水处理厂集中脱水处理。

 

4.3  苏州昆山中乐河项目

清理河道长度1145米，宽度12-14米。淤泥深度30至1750px， 清淤之后厚度10-500px。

污染主要来自混合污水CSO 排放口。

黑臭淤泥直接泵送污泥浓缩罐, 污泥固含量1%DS。

2 个污泥浓缩罐(每个罐容积 20 m3), 罐底出泥，污泥浓缩之后固含量可达6.3%DS，然后由脱水离心机进行脱水处理。在此过程中，所采用的絮凝剂种类是Zatag 8125，出泥固含量可达60%DS。

脱水处理之后的污泥装袋(每袋100公斤)，运往花圃作为种花用土。

 

 

4.4  苏州中桥河项目

苏州姑苏区中桥河，清淤面积30×80，泥深平均1.5米，最深处可达1.8米。水泵抽吸上的河底淤泥泥由罐车送往泊船，然后运往郭巷污水处理厂进行脱水处理。

清淤面积1331 m2, 清淤方量m3。

在清淤之前，采用栅条齿粑对河道进行了预清理。

 

5. 总结

自2016年7月以来，我们先后在天津先峰河，宜兴蛟桥河，苏州昆山中乐河和苏州中桥河等四个项目成功地进行河道清淤工作。从这些黑臭河道的污染原因分析，基本上都是城市雨水或者混合污水进入河道而导致。

即使在外源污水进行完全截留的情况下，因为溢流污水(CSO)问题，很难完全阻止粪浆泥沙等污染物质在雨季进入河流水体。为了防止城市河道富营养化和黑臭现象的产生，估计今后定期清淤将属于常态化工作:

§  通过声纳扫描测试系统和手工标定，可以快速确定河底淤泥层厚度，从而制定清淤频率，时间和清淤工作计划。

§  通过采用清淤机械人等轻型淤泥装置，可以在不影响居民生活的情况下带水作业，这种清淤可以有效清淤成本和降低后续的淤泥运输成本。抽吸出来的淤泥可以直接泵送附近岸上进行污泥脱水处理。

 

6. 文献

1.     高颖: 德国合流制管网的溢流污染控制技术. 亚洲给水排水. 2012年3月/4月: 51 – 56.  ISSN: 0219-5674

2.     高颖:溢流污水(CSO)调蓄池内的洗涤清理技术. 亚洲给水排水. 2013年5月/6月: 46 – 53.  ISSN: 0219-5674

3.     高颖: 采用暴雨格筛降低 CSO污染负荷. 亚洲环保（月刊）2013年11月号: 15 - 20. ISSN: 1818-5835.

4.     高颖: 混合溢流污水CSO的过滤处理. 水工业市场 2014年9月: 57-62.

5.     高颖:黑臭水体的产生原因和治理方法(一). 亚洲给水排水. 2016年7月/8月: 14 – 16.  ISSN: 0219-5674

6.     高颖:黑臭水体的产生原因和治理方法(二). 亚洲给水排水. 2016年9月/10月: 16 – 19.  ISSN: 0219-5674

7.     高颖，李学义:城镇黑臭水体治理的理论和实践. 2016年《中国给水排水》杂志社第十三届年会暨水环境治理热点高峰论坛会议论文集: 会议时间: 2016年10月17-19日.会议地点:苏州. PP: 215-221.

8.     高颖:以生态清淤为基础的黑臭水体处理方法. 2016年《中国给水排水》杂志社第十三届年会暨水环境治理热点高峰论坛会议论文集: 会议时间: 2016年10月17-19日.会议地点:苏州. PP: 222-225.

9.     李学义，高颖，王冰: 黑臭水体治理方法 – 生态智能清淤技术. 全国排水委员会2016年年会论文集. 会议时间: 2016年10月28-30日.会议地点:海口. PP: 69-75.

10.  高颖，王京南: 德国DEW黑臭水体治理方案. 亚洲环保(月刊)2016年12月号: 48 - 51. ISSN: 1818-5835.

 


2018年7月2日 07:56
ꂃ上一篇： 无
ꁹ下一篇： 无