國(guó)內(nèi)外城市河道淤泥清理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀的探討

申長(zhǎng)璞 李永祥 王明旭

（河南工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州 450007）

國(guó)內(nèi)外城市河道淤泥清理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀的探討

申長(zhǎng)璞 李永祥 王明旭

（河南工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州 450007）

針對(duì)目前城市河道受淤泥污染嚴(yán)重和淤泥清理工藝存在的不足，本文從存在的缺陷入手，系統(tǒng)分析了國(guó)內(nèi)外城市河道淤泥清理工藝和設(shè)備研究技術(shù)現(xiàn)狀，并結(jié)合我國(guó)城市河道的特點(diǎn)，對(duì)城市河道淤泥清理工藝和設(shè)備進(jìn)行深入探討，最后給出了研究思路和方法，為解決多年來(lái)一直困擾國(guó)內(nèi)城市河道污染治理難題，提供了解決思路。

城市河道 淤泥清理工藝 設(shè)備 思路和方法

引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化和工業(yè)化進(jìn)程加快，城市河道水環(huán)境受到嚴(yán)重污染和破壞。受制于污水、污泥的收集、污染源控制等因素的影響，我國(guó)城市河道普遍為納污河道，這種情況將在一定時(shí)期內(nèi)長(zhǎng)期存在。受污染河道的河水滯流，河道淤積，水體渾濁，甚至?xí)r常出現(xiàn)黑臭的現(xiàn)象。原來(lái)作為生活和工業(yè)用水水源的河道水，其功能己受到嚴(yán)重影響。河道水具有的美化環(huán)境，調(diào)節(jié)城區(qū)小氣候，景觀旅游等功能也大大下降。河道的積泥、淤塞使航運(yùn)、防洪功能顯著退化，且入湖河道污染還是大多數(shù)湖泊污染及富營(yíng)養(yǎng)化的主因。河道水環(huán)境的惡化不但使城市人居環(huán)境和景觀效果被嚴(yán)重破壞，而且嚴(yán)重破壞了河流生態(tài)系統(tǒng)原有的功能和穩(wěn)定性。《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》規(guī)定，到“十二五”末，污泥無(wú)害化處置率應(yīng)達(dá)到70%。

但有關(guān)專家表示，國(guó)內(nèi)污泥、餐廚及其他有機(jī)垃圾處理存在技術(shù)路徑不清晰等問(wèn)題，目標(biāo)難以如期完成。因此，對(duì)城市河道以清淤疏浚為重點(diǎn)，全面開(kāi)展水環(huán)境綜合整治已刻不容緩。

從目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的城市河道淤泥清理來(lái)看，常用的淤泥清理方式主要分為兩大類：排干淤泥清理和水下淤泥清理。由于國(guó)情不同，河道的環(huán)境特點(diǎn)不同，采用的淤泥清理方式也不同，現(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)外常用的清淤方式進(jìn)行闡述。

1 常用城市河道淤泥清理方法

最常用的城市河道淤泥清理方法的分類如圖1所示。

圖1 城市河道淤泥清理方法的分類

1.1 排干淤泥清理

對(duì)于城市里那些沒(méi)有防洪、排澇、航運(yùn)能力的較小型河道，一般采用排干清淤的方式對(duì)城市河道淤泥進(jìn)行清理。排干淤泥清理又可分為干挖清淤和水力沖挖清淤兩種方式。

（1）干挖淤泥清理：河道水排干后，一般采用人工或挖掘機(jī)挖出淤泥，挖出的淤泥直接由車外運(yùn)或者在岸邊臨時(shí)堆放。如圖2所示的挖淤泥清理。干挖淤泥清理的優(yōu)點(diǎn)是淤泥清理徹底，對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求不高，清理出的淤泥含水率低，易于后續(xù)處理。但是，這種清淤方式效率較低、成本較高，而且淤泥岸邊的臨時(shí)堆放容易造成河道的二次污染，破壞城市周圍居住環(huán)境。

圖2 干挖淤泥清理

（2）水力沖挖淤泥清理：采用高壓水槍沖刷河道底部淤泥，將底部淤泥沖刷成泥漿，使流動(dòng)的泥漿匯集到地勢(shì)低洼的區(qū)域，再由泥漿泵吸取輸送，將泥漿輸送到河岸的集漿池里。如圖3水力沖挖淤泥清理。水力沖挖淤泥清理具有設(shè)備簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高，施工成本低的優(yōu)點(diǎn)。但這種方法形成的泥漿濃度低，后續(xù)處理難度大，施工環(huán)境相對(duì)比較惡劣。

圖3 水力沖挖淤泥清理

1.2 水下淤泥清理

水下淤泥清理一般是將淤泥清理裝備裝載到船上，以船體作為施工平臺(tái)，在船上操作淤泥清理設(shè)備，挖取淤泥，并且通過(guò)輸送系統(tǒng)輸送到船上的儲(chǔ)泥池或岸上的堆場(chǎng)中。水下淤泥清理有以下幾種方法。

（1）抓斗式淤泥清理：抓斗式淤泥清理，是通過(guò)抓斗式淤泥清理船上的繩索，吊住抓斗來(lái)控制抓斗的張開(kāi)與閉合，當(dāng)抓斗張開(kāi)，抓斗靠自身重力下到河底插入淤泥中，然后通過(guò)繩索閉合抓斗抓取淤泥，再靠繩索把抓斗提出水面，將淤泥卸入?？吭谧ザ肥接倌嗲謇泶赃叺鸟g泥船中。清出的淤泥通過(guò)駁泥船運(yùn)至岸邊，再通過(guò)岸邊抓斗將淤泥移至岸上的淤泥堆積場(chǎng)中。如圖4抓斗式淤泥清理。抓斗式淤泥清理適合清理較硬的土質(zhì)或夾帶有較多雜物的河底。但抓斗式清淤對(duì)較軟的泥地敏感度差，清理時(shí)容易挖取河底較硬的土層，從而泄露大量的表層底泥，造成浮泥現(xiàn)象。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)[1-4]，抓斗式淤泥清理清除率只能達(dá)到30%左右，加上抓斗式清淤易產(chǎn)生浮泥遺漏、強(qiáng)烈攪動(dòng)底泥，在以水質(zhì)改善為目標(biāo)的清淤工程中往往無(wú)法達(dá)到原有目的。

圖4 抓斗式淤泥清理船及抓斗

（2）普通絞吸式淤泥清理：利用裝載在船頭橋梁前端的絞刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將河底的淤泥進(jìn)行攪動(dòng)和切割，使泥水進(jìn)行混合，形成泥漿，然后通過(guò)離心泵使泥漿沿著吸泥管道輸送到堆積場(chǎng)中。普通絞吸式淤泥清理船及絞刀如圖5所示。

普通絞吸式淤泥清理適用于淤泥層厚度較大的大中型河道。普通絞吸式淤泥清理采用全封閉管道輸送，不會(huì)產(chǎn)生泥漿的泄露；在清理淤泥的過(guò)程中不會(huì)影響河道的通行，并且采用了GPS和回聲探測(cè)儀進(jìn)行控制，能夠提高施工的精度[1]。但是，絞刀旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，容易造成淤泥污染物的擴(kuò)散，而且會(huì)出現(xiàn)回淤現(xiàn)象。根據(jù)已有工程的經(jīng)驗(yàn)[3,5]，底泥清除率一般在70%左右。由于泥漿濃度偏低，會(huì)增加堆場(chǎng)的面積。

圖5 普通絞吸式淤泥清理船及絞刀

（3）斗輪式淤泥清理：利用裝載在船頭上的專用斗輪挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘清理淤泥，挖取的淤泥通過(guò)泥泵吸入并輸送到卸泥場(chǎng)。斗輪式淤泥清理船及斗輪如圖6所示。斗輪式淤泥清理船適用于淤泥層較厚、工程較大的大中型河道、水庫(kù)和湖泊。清淤過(guò)程不會(huì)對(duì)通航產(chǎn)生影響，不受天氣因素的影響，施工精度較高。但在清理淤泥的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的污染物擴(kuò)散現(xiàn)象，回淤、逃淤現(xiàn)象較為嚴(yán)重，清淤率在50%左右，清出不徹底，容易造成水體污染[1]。

圖6 斗輪式淤泥清理船及斗輪

2 對(duì)城市河道淤泥清理設(shè)備及工藝的探討

2.1 對(duì)城市小型河道排干淤泥清理的探討

從以上闡述可知，目前，城市小型河道排干的淤泥清理設(shè)備和工藝方案比較簡(jiǎn)單、工作效率低、前期準(zhǔn)備工作和人工需求量相對(duì)較大，對(duì)后期清理出的淤泥不能及時(shí)進(jìn)行處理，不僅需要占用較大的堆場(chǎng)占地面積，而且還會(huì)對(duì)人們的生活環(huán)境造成二次污染。因此[6]，目前急需一種能自行出入水域具有清理脫水輸送功能的一體化淤泥清理設(shè)備。這樣不僅提高了效率，大大減少了提前準(zhǔn)備的工作量，而且通過(guò)一體化淤泥清理設(shè)備的清理、輸送、脫水，最后輸出的淤泥是脫水后含水很低的淤泥。脫水后的淤泥不再需要大面積的堆場(chǎng)用于淤泥脫水，也減少了淤泥對(duì)自然環(huán)境和人們居住環(huán)境的二次污染。

2.2 對(duì)城市大中型河道水下淤泥清理的探討

當(dāng)前的城市大中型河道水下淤泥清理，淤泥清理裝備相對(duì)比較成熟，清淤效果也相對(duì)比較好。但是，這些淤泥清理設(shè)備形式基本上是組合形式，只能單一地收集、輸送淤泥，并且清理和輸送的淤泥屬于泥漿，含水量極高。清理出來(lái)的泥漿輸送到駁泥船中，會(huì)占用駁泥船大量的空間，增加駁泥船的運(yùn)送次數(shù)，占用大量能源。在地面運(yùn)輸途中，可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，需要一種集淤泥的收集、輸送、脫水、干燥為一體的淤泥清理船。

2.3 城市河道淤泥清理裝備及流程工藝的研究思路

通過(guò)對(duì)目前城市河道淤泥清理設(shè)備及工藝的探討可以看出，現(xiàn)有設(shè)備工藝的淤泥清理和淤泥脫水干燥是分離開(kāi)來(lái)的，會(huì)造成能源浪費(fèi)、土地資源的大面積占用、環(huán)境的二次污染和整個(gè)淤泥清理效率降低，延長(zhǎng)了淤泥清理周期。因此，需要一種集淤泥的收集、輸送、脫水、干燥為一體的淤泥清理設(shè)備及工藝。這樣干燥過(guò)的淤泥可以直接輸送到岸上，并進(jìn)行資源化利用，既減少了運(yùn)輸消耗的能源，節(jié)省了堆場(chǎng)占地面積，提高了效率，還避免了對(duì)環(huán)境的二次污染。通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)[7-16]，列出此設(shè)備及工藝的主要研究?jī)?nèi)容：①研究城市河道污泥的收集、輸送、分級(jí)、脫水、烘干一體化處理工藝與無(wú)污染處理技術(shù)；②研究城市河道污泥處理工藝中所需的收集輸送設(shè)備、分級(jí)設(shè)備、分離設(shè)備、脫水烘干一體化處理設(shè)備；③研究城市河道污泥處理的智能化控制技術(shù)。

技術(shù)路線：道污泥資源化的收集、輸送、分級(jí)、脫水、烘干、再加工最終作為建材與生物質(zhì)肥料。淤泥從收集到資源化的技術(shù)路線如圖7所示。

圖7 淤泥從收集到資源化的技術(shù)路線

3 結(jié)語(yǔ)

城市河道淤泥清理工程不僅疏通了城市河道，而且使城市的排澇、防洪有了保障，還改善了河道水質(zhì)，促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)的健康，給城市居民提供了良好的生活環(huán)境。因此，城市河道淤泥清理工程具有重要意義。

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有城市河道淤泥清理工藝和裝備進(jìn)行闡述，并對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)研究分析，提出對(duì)城市河道淤泥清理在節(jié)能、環(huán)保、高效的清理工藝和裝備的大體思路，并且對(duì)其研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線做了敘述和說(shuō)明。

對(duì)淤泥清理設(shè)備的研發(fā)和工藝的制定有很大的發(fā)展空間，從淤泥的收集到最后與淤泥資源化形成一條科學(xué)、實(shí)用、節(jié)能、環(huán)保且不間斷的淤泥清理利用鏈條。

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Discussion on the Development Status of the Urban River Silt Cleaning Equipment at Home and Abroad

SHEN Changpu,LI Yongxiang,WANG Mingxu
（School of Mechanical & Elec trical Engineeri ng,Henan University of Technology, Zhengzhou, 450007）

Aiming at the existing problems in the process of sludge and sludge cleaning, this paper analyzes the cur rent situation of domestic and i nternational urban river si lt cleaning process and equip ment systematically, and com bines with the characteristics of urban rivers in our country, the proces s and equipment of urban river silt cleaning are in-depth discussion. Finally the research ideas and methods are given to solve the longtime problem of urban river pollution in China.

urban river, silt cleaning process, equipment, ideas and methods

河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“玉米粒收后的干燥及清理技術(shù)與關(guān)鍵裝備的研創(chuàng)”（152102110071）；河南省重大專項(xiàng)“糧食產(chǎn)后清理技術(shù)與關(guān)鍵裝備的集成研究及示范”（121199110120）。