随着经济的飞速发展和当代绿水青山环保理念的不断增强，环保疏浚清淤得到蓬勃发展，如云南滇池治理工程、天津汉沽污水库治理工程、株洲清水塘大湖清淤等，由此产生了大量的疏浚泥浆。这些泥浆具有含水率高、污染物含量多、体积庞大、不利于二次运输和处置等特点，故需要对其 行脱水固化处理。

污泥脱水固化处理中的泥水分离技术涉及环保疏浚工程、地铁盾构及市政工程等多个工程领域，其中对河湖污染底泥一般通过开挖、抽吸、疏浚等方式，将污染底泥输送上岸，再通过自然脱水法、传统机械脱水法、真空预压法、化学固化法、土工管袋法等进行泥水分离，形成含水率相对较低的干化泥，便于进一步处置。已有一些学者通过污泥沉降试验验证了有效的预处理措施能够加快底泥的沉降速度，降低脱水污泥的含水率，大幅度提高了后续底泥脱水固化的效率。

对那些含水率高、压缩性高、剪切强度低、渗透率低的底泥，直接脱水十分困难，因此，在脱水固化前需要对底泥进行预处理，通过向底泥中添加化学调理剂或者增加能量等方式，破坏底泥原有的结构，使底泥中的结合水释放出来，改善脱水性能，目前底泥脱水的预处理技术主要有物理方法、化学方法、生物方法及组合方法等。实际工程中，通常将预处理后的泥浆利用机械设备压滤成方便运输的泥饼，常用的压滤机械设备主要有板框压滤机、带式压滤机和离心脱水机。

污泥脱水固化涉及多个流程，通常需要基于相关室内试验评价调理后的污泥脱水性能及效果，用于指导实际工程应用。虽然目前关于泥浆脱水效果评价方法的研究较多，但系统性的检测与评价方法体系较少。因此，拟通过梳理、分析参与的污泥脱水固化工程项目，总结污泥脱水效果的评价方法和机械脱水现场应用的成功案例，为今后相关污泥固化脱水工程提供一种有效的脱水效率评价方法和机械脱水设备选型思路。

1 污泥预处理试验方法

原状泥浆的脱水性能差异较大，所以在实际脱水固化应用之前需要进行相关的室内预处理试验，定量评价使用絮凝剂调理后污泥的脱水性能及脱水效果，随后才可用于指导实际工程应用。常用的预处理试验方法顺序依次为SV沉降试验，污泥比阻试验和模拟压滤试验。

1.1 SV30沉降试验

利用SV30沉降试验方法，分析泥浆的沉降性能。SV30沉降试验是指将泥浆液体在量筒静止，沉降30min后计算污泥所占的体积百分比。SV30值越小，污泥沉降性能就越好；SV30值越大，沉降性能越差。

1.2 污泥比阻试验

污泥比阻是一种常规污泥性质检测的方法，是指在恒定压力过滤时单位质量的污泥在单位过滤面积上所受到的阻抗。根据污泥比阻值可定量判断其脱水性能，污泥比阻越小，脱水性能越好，反之脱水性能越差。一般条件下，比阻在10¹¹～10¹²m/kg的污泥较难过滤；而在5×10¹⁰～9×10¹⁰m/kg的污泥为中等过滤，小于4×10¹⁰m/kg的污泥为易过滤。

1.3 模拟压滤试验

小型压滤试验是调理剂配方投入生产前的中试试验，可实现对实际工程中机械压滤生产泥饼这一物理过程的压榨模拟。

2 污泥机械脱水现场应用

根据施工工艺、压滤产生泥饼的含水率及设备成本等条件不同，常用的机械脱水方式主要包括板框压滤脱水、带式压滤机脱水及离心式脱水。

2.1 河湖底泥板框处置工艺

板框压滤机通过模板膨胀或进浆压力挤压滤板间泥浆，使得泥浆透过滤布进行快速脱水，形成泥饼。一般板框式压滤脱水机主要由支撑架、液压缸、滤板、给气系统、滤布冲洗系统和限位装置组成。板框脱水机具有处理效果好、滤饼含水率低、污泥处理量比较大的优点，是其他脱水设备所不能比的，广泛被污水处理厂采用。一些学者通过试验表明，板框压滤产生的泥饼含水率在40%～60%。

以疏浚研究中心华中地区某湖环保疏浚工程为例，污泥质量分数在10%～20%，有机质质量分数在8%～15%，有机质和重金属含量较多，属于污染较严重的河湖底泥。针对该地区的试验淤泥，采用激光粒度仪进行了粒径检测，发现黏粒质量分数约占20%，砂砾质量分数约占80%，由于该地区泥饼接受对压滤产生泥饼的含水率要求较为严格，出运的泥饼含水率需要控制在40%左右。因此，该地区选择了产生泥饼含水率较低的板框压滤的机械脱水固化方式。

（1）绞吸船在湖中进行清淤疏浚工作，通过管道将泥浆泵送至底泥接受区域（储泥池），等待后续处理。

（2）利用专用筛分设备将底泥中粒径大于10cm的大石块、砖块等大垃圾筛除，粗大物筛分装置将泥浆中的石子、塑料垃圾（粒径为5～10cm）等筛除，处理后的泥浆进入洗砂分砂单元；此外，还设置有细格栅过滤装置，能够将泥浆中的絮状垃圾滤出。

（3）洗砂分砂单元通过双螺杆洗砂分砂设备及斗轮洗砂机洗出泥浆中的中粗砂及粉细砂；随后，泥浆水在固液分离池中通过重力作用下进行泥水分离，形成的上清液通过滗水器进入组合水池，高浓度的泥浆则利用输送设备输送到调质池。

（4）按照1小节中的方法，根据室内试验确定本地泥浆较佳的调理药剂添加量，当固液分离池中的高浓度泥浆进入调质池，向调质池中添加适当比例的固化剂，从而到达降低污泥比阻、提高渗透系数、构建排水通道的效果。

（5）将调理后的泥浆泵送至板框压滤机进行泥水分离，压滤产生泥饼可直接外运，产生的余水经管网送至污水处理罐，通过微生物分解余水中的有机物杂质，达标后可直接排放。

经过以上脱水工艺处理后，能够有效实现污泥的减量化处置。根据疏浚泥浆在脱水固化过程中的体积变化，可评估板框压滤产物脱水减容的百分比。其中，得到的泥饼相对于原泥浆体积能够减小至45%～50%，产出的砂砾相对于原泥浆的体积能够减小至25%～30%，产出的垃圾相对于原泥浆的体积能够减小至2%～5%，剩下的部分为余水的占比。产生的泥饼含水率基本在40%，达到出运标准；产出的余水经过污水罐处理后，SS指标均可达直接排放的标准。

2.2 河湖底泥带式压滤处置工艺

带式压滤机具有效率高、能耗低、脱水效果好、结构简单、维修方便等优点，且在压滤过程中絮凝剂的投加量可以随时根据压滤泥饼的含水率进行调节，从而保证生产出的泥饼含水率满足外运处理要求。经过絮凝处理的污泥被摊铺到上滤带上进行重力脱水，随后被夹在上下2层滤带中间进行压榨脱水，形成滤饼排出。相关研究表明，带式压滤机处理形成泥饼的含水率在80%左右。

为了解华南地区某内湖湖底污泥的泥性特点，对湖底的底泥进行取样分析。根据取得的污泥样品发现，该项目中的泥浆含有大量腐殖质和有机污染物，颜色呈灰黑色，由湖中泵送过来的泥浆取样结果和湖底的原状泥经过筛分后的粒径组成情况可知，湖底污泥中的砂粒和贝壳含量较高。该地区泥饼接受对压滤产生泥饼的含水率要求较为宽松，出运的泥饼含水率控制在70%左右即可满足出运条件，因此，该地区选择了产生泥饼含水率适中且较为经济的带式压滤的机械脱水固化方式。

该内湖清淤项目使用气动泵船对水下淤泥进行围绕微扰动清淤，通过长排距输送上岸后经过振动筛除杂、斗轮洗砂机和旋流器洗沙等预处理技术，并通过大型锥形的浓密塔进行加药浓缩，通入带式压滤机进行固化脱水，产生具有一定含水率的泥饼。

带式压滤机在该内湖工程中的工艺流程主要内容如下。

（1）气动泵船在湖中进行清淤疏浚工作，通过管道泵送至底泥处理厂，等待后续处理。

（2）利用垃圾筛分设备将底泥中粒径较大的大石块、贝壳等垃圾筛除，处理后的泥浆进入洗砂分砂单元。

（3）洗砂分砂单元通过斗轮洗砂机和旋流器洗出泥浆中的中粗砂及粉细砂；随后，泥浆水在固液分离池中通过重力作用进行泥水沉淀分离，沉淀池中高浓度的泥浆则利用泵送设备输送到浓缩塔。

（4）同理，按照1小节中的方法，根据室内试验确定该湖中泥浆较佳的调理药剂添加量。当固液分离池中的高浓度泥浆进入浓缩塔时，向浓缩塔中添加适当比例的固化剂，从而到达降低污泥比阻、提高渗透系数、构建排水通道的效果。

（5）将调理后的泥浆泵送至带式压滤机进行泥水分离，产出的泥饼经检测合格后进行外运处置，产生的余水经管网送至前面的处理步骤，达到循环利用、节能减排的绿色生产目标。

其中，该工程项目选用聚合氯化铝（PAC）+聚丙烯酰胺（PAM）两种药剂复配对泥浆进行预处理和浓缩，为探究较佳药剂配比，通过SV30沉降试验及污泥比阻试验得到，PAM、PAC添加量分别在1‰～2‰、2‰～3‰，为适宜添加量，此时污泥比阻为0.5×10¹¹～0.7×10¹¹m/kg，属于中等脱水难度泥浆。该工程中预处理后的泥浆经过该带式压滤机脱水后泥饼的含水率在60%左右，且出水澄清，SS质量浓度低于10mg/L，满足出运与外排标准。

2.3 华南地区某地铁站盾构渣土离心脱水现场试验

卧式螺旋离心脱水机（简称“卧螺离心机”）是利用离心沉降原理分离悬浮液。离心脱水具有连续工作、功耗大、对进料泥浆特性要求高、泥饼含水率偏高的特点。卧螺离心机应用于污泥脱水中需要多因素的匹配，如絮凝剂的型号、配药浓度、离心机转鼓转速和速差、进泥含水率、进泥流量等多种参数优化组合才能达到理想的效果。赵林辉等研究表明，离心机得到泥饼含水率为70%～80%。

华南地区某地铁盾构主要穿越地层为全强风化混合花岗岩，局部穿越中风化混合花岗岩和砂质黏土，地层含砂量在50%左右。针对该区间盾构渣土含砂量大的特点，通过模拟压榨配合离心机现场试验探究较佳加药比例。试验通过车载式离心脱水设备主要对比了不同泥浆浓度、药剂组合选型（DRC3660、DRC4950、PAC、阴/阳离子PAM）、进料量、离心机转速参数条件下盾构泥浆的脱水效果和出水水质，从而得到较佳离心机工况。已有研究表明，有机聚合物PAM可以有效加速底泥的脱水固化效率。加入PAM后，离心机的出泥量速率明显提升，泥饼呈现黏土球状，掉落速度快，黏度降低不易黏手。

离心试验结果：进料量为1m³/h，原泥浆在不添加药剂的情况下，通过调节转鼓转速和速差，含水率保持在34.5%附近，含水率低至31.9%。随着泥浆浓度上升，离心机的进料量减少，含水率变化不大。原泥浆单独添加阴/阳离子PAM后，含水率上升1%～2%，均值在37%左右。在使用组合药剂（DRC3660+PAM）和PAC+PAM后，泥饼含水率降至36%。有机药剂的加入使得泥质发生变化，出渣黏度降低，呈现黏土球形态，便于运输。若需要继续降低泥饼含水率，只能通过调整离心机内部拦液板，降低1%～2%的泥饼含水率，但是此方法较为繁琐，不适用于大规模现场应用。

根据现场的应用结果可知，离心机的优劣势如下表所示：

离心式脱水机处理污泥的质量较高，外运污泥含水率较低、处理湿污泥量多、产生外运污泥量多、处理能力强，且离心机的药剂消耗也较少，其可操控性较高，能通过较多的途径来控制外运泥饼的含水率，然而离心机也有一些不足与缺点，如其产生的噪音较大，容易对周围的居住环境产生影响，不适宜在人口密集分布的城镇中使用。

3 结论

通过梳理有关污泥脱水的常用工艺及脱水效率评估方法，结合已有工程项目的实际应用案例，进一步形成了针对河湖淤泥及高杂质含量污染底泥的大规模处置的河湖疏浚底泥脱水干化配套工艺。该工艺同样适用于其他地区有机质含量高、含水量高、黏粒含量低及砂砾含量较高污染底泥的处置，同时也通过其他几类机械脱水试验，总结了其脱水效果的优劣势，为今后相关污泥固化脱水工程提供了脱水效率评定方法和工艺选取思路。主要结论如下。

（1）建立了完整的脱水效果评价试验体系，分析了待处理污泥的脱水效果。通过SV30沉降试验初步确定药剂的选型与用量，随后经过污泥比阻试验，确定药剂用量对污泥脱水性能的影响，利用模拟压榨试验以及小型隔膜式板框压滤机中试试验预测实际生产条件下污泥的脱水固化效果。

（2）相较于其他机械脱水方法，板框压滤机脱水深度较高，其形成的泥饼含水率在40%左右，且工厂化运营成熟，目前得到了广泛应用；而离心机和带式压滤机的产量虽较高，但其产生的泥饼含水率较大，在60%～70%，可根据工程所在地对泥饼外运的要求条件选择使用。

（3）对于地方环保政策要求严格的地区，建议采用板框压滤机脱水方式，压滤产品基本可以满足要求；对于地方环保政策要求宽松的地区，可以采用离心机和带式压滤机等方式，成本较少、生产能力较大且压滤产品可以满足相关要求。

（4）污泥种类不同，药剂的选型与用量也不同，针对不同地区、不同种类的污泥，建议按照文中提及的室内试验方法确定其药剂的选型与用量，进而用于指导实际工程应用。