新型河底淤泥收集裝置的研究和應(yīng)用

林 馳 宗 政 尹 勇 尤寬山

新型河底淤泥收集裝置的研究和應(yīng)用

林 馳 宗 政 尹 勇 尤寬山

一、引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，大量的建筑垃圾、生活垃圾和工業(yè)廢水排入河道中，無形中增大了清淤疏浚的難度。不僅打破了生態(tài)平衡，而且導(dǎo)致了水體污染物的過量排放，這就需要對(duì)疏浚河道中的泥土進(jìn)行清理。

當(dāng)前河道的清淤方式主要有傳統(tǒng)清淤和環(huán)保清淤兩大類。傳統(tǒng)清淤的方式主要是用抓斗清淤或者是用泥漿泵進(jìn)行清淤,盡管用抓斗進(jìn)行清淤比較簡便，對(duì)操作者的要求也不高，但在清淤時(shí)的精度難以控制，并且對(duì)上層的浮泥和中層的淤泥清理也不夠徹底，在抓斗上升的過程中大量懸浮狀的污染物也會(huì)泄露至上部未被污染的水中，且不容易控制挖深，導(dǎo)致有些地方挖深超大，破壞了河道底部未被污染的硬土，對(duì)河流水體生態(tài)影響較大。泥漿泵清淤需要將清淤段河水全部抽干，再用水泵把淤泥沖稀，最終用泥漿泵將泥漿通過泥漿管道抽除，這種清淤方法需抽除的泥漿量大，而且河底淤泥裸露，散發(fā)出臭味，影響周邊居民生活環(huán)境、河道通航和配水等功能。

環(huán)保清淤是通過清淤疏浚，清除河道內(nèi)的淤泥、懸浮物、污染物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，減少底泥中污染物和營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，達(dá)到恢復(fù)水體自凈能力、改善水環(huán)境、提高水體水質(zhì)的目的。同時(shí)整個(gè)清淤的過程，對(duì)河道生態(tài)系統(tǒng)、周圍環(huán)境的破壞和影響程度也能降低到最小。

二、清淤船舶的布局

清淤船舶主要由底泥收集裝置、臂架系統(tǒng)、排泥管、船體、尾部螺旋槳組成。河底泥土收集裝置安放于清淤臂架系統(tǒng)的前端，收集后的泥土通過排泥管排放至外部，見圖1。

三、河底淤泥收集裝置構(gòu)成

河底淤泥收集裝置主要是由左右驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、螺旋集料器、左右過濾格柵、吸泥口、清理口、無堵塞泥漿泵、泥泵馬達(dá)等部分構(gòu)成，見圖2。置于過濾格柵內(nèi)部的螺旋收集裝置收集的泥土可以通過無堵塞泥漿泵吸走并通過排泥管排到外部；左、右過濾格柵通過安裝在其兩端的左、右馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，在工作的時(shí)候可以在泥漿中滾動(dòng)以帶動(dòng)船體向前運(yùn)動(dòng)。泥漿泵系統(tǒng)是在引進(jìn)美國埃里考特泵技術(shù)基礎(chǔ)上通過消化、吸收并研制成功的疏浚無堵塞泥漿泵，已在杭州西湖、紹興等河湖清淤中得到很好應(yīng)用。主要特點(diǎn)有：操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、沒有二次污染、排料濃度較高（30%～50%）、排運(yùn)距離較遠(yuǎn)（700m，附加增壓裝置可達(dá)3000m）。

四、清淤裝置的工作原理

圖1 清淤船舶整體布局圖

該收集裝置在工作時(shí)，過濾格柵兩端的馬達(dá)可以分別驅(qū)動(dòng)左、右過濾格柵，在工作船清淤時(shí)可以輔助控制船體方向。過濾格柵的直徑在制造的時(shí)候，可以根據(jù)工況的需求制作，這樣可以有效地控制該裝置對(duì)河道下層無污染或少污染底泥的擾動(dòng)。由于小型河道一般都穿過人們聚居區(qū)，相應(yīng)的生活垃圾也多，如舊衣服、編織袋等，如果舊衣服、編織袋被吸入泥泵或者排泥管就很容易堵塞，影響其正常工作，過濾格柵之間的檔距為6～8cm，可以很好地過濾上述生活垃圾以及大石塊。

位于過濾格柵中間的螺旋收集裝置，可以把經(jīng)過格柵過濾后的淤泥及泥漿、浮泥等從旋挖頭兩側(cè)推向中間吸泥口，通過泥漿泵吸走并經(jīng)排泥管排至外部。河底淤泥收集裝置是通過臂架系統(tǒng)固定于船體之上，臂架系統(tǒng)的一端通過旋轉(zhuǎn)軸固定，靠近臂架前端的位置通過液壓油缸連接在船體橫梁上面，旋挖精度由控制臂架系統(tǒng)下潛角度來控制旋挖頭深入水下深度，從而較為精確地控制清淤深度減少超挖量，清淤量可以控制。臂架下水深度可以通過一個(gè)角度傳感器反饋至駕駛室中，操作者能夠根據(jù)自己需要控制清淤的深度。并且清淤裝置的旋挖頭深度調(diào)好后，可以維持在這一深度，清淤后的河底也相對(duì)平整。作業(yè)后能把污染物釋放最嚴(yán)重的呈黑色的上層浮泥基本清除干凈，并且保留了污染物含量比較少的呈灰白色的原狀底泥，清淤效果好、效率高，超挖量較少，對(duì)河道生態(tài)的影響較小，清淤總量和清淤質(zhì)量均達(dá)到了環(huán)保清淤目的。

圖2 河底淤泥收集裝置圖

工作移位由裝在船體后部兩側(cè)的兩個(gè)尾部液壓螺旋槳驅(qū)動(dòng)，可通過分別控制兩個(gè)螺旋槳的前進(jìn)和后退來控制船的轉(zhuǎn)彎、調(diào)頭、前進(jìn)、后退，操作方便。

五、河道清淤過程及效果

由于所要清淤的河道首先要考慮通航條件，必須在帶水的情況下施工，經(jīng)過客戶多方技術(shù)調(diào)查和比較，業(yè)主選擇江蘇省水里機(jī)械制造有限公司最新研發(fā)的“新型河底淤泥收集裝置”技術(shù)作為核心技術(shù)，以解決河道淤積物繞纏板結(jié)、施工必須帶水作業(yè)，以及防止產(chǎn)生對(duì)水體和周圍環(huán)境二次污染的難題。

清淤船平臺(tái)是清淤施工重要的工作平臺(tái)。由于所需清淤的河寬約8～14 m，此次作業(yè)平臺(tái)由260型（型寬2700×型長8500×型深1100）清淤船進(jìn)行改裝，通過陸路汽車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。動(dòng)力設(shè)備以及河底淤泥收集裝置等全部按圖布置完成。其中，排泥管為公司統(tǒng)一外購標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，安全性符合國家標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)陸路運(yùn)抵作業(yè)區(qū)域后，組織專業(yè)技術(shù)人員在水上自行組裝。

操作人員按照設(shè)計(jì)的清理標(biāo)準(zhǔn)逐步推進(jìn)，當(dāng)遇河道漂浮物或者大型固體物時(shí)，由人工輔助清理，歸堆打包后用汽車運(yùn)至指定堆土區(qū)。根據(jù)業(yè)主的要求，在施工區(qū)域1.5km以外空曠地區(qū)設(shè)置泥漿沉淀池，并在堆土區(qū)填筑土圍堰修建泥漿沉淀池、清水過濾池、泥漿堆積池，用梯田形式逐級(jí)將泥沉淀，將清水導(dǎo)出排至附近的下水道內(nèi)。通過這次清淤工程觀察：（1）設(shè)備運(yùn)行正常,作業(yè)行進(jìn)較平穩(wěn)，水體有少量氣泡冒出，無明顯擾動(dòng)，濁度未見明顯變化。（2）當(dāng)遇水面漂浮物或者大型固體物時(shí)，需由指定人員及時(shí)清理，歸堆打包后用汽車運(yùn)輸至指定堆放區(qū)。（3）流量穩(wěn)定、出泥流暢、滿管連續(xù)、高濃度時(shí)出現(xiàn)脈沖，夾雜土塊流出、泥漿呈流塑狀。（4）定時(shí)抬起臂架時(shí)發(fā)現(xiàn)過濾格柵上纏繞很多垃圾，尤以編織袋、塑料包裝袋、舊衣服等不易分解的生活垃圾居多，達(dá)到了對(duì)易堵塞泵及管道物質(zhì)過濾的目的。

施工結(jié)束后業(yè)主對(duì)該河道清淤項(xiàng)目組織了檢測(cè)、驗(yàn)收，結(jié)論如下：（1）清淤后的河底標(biāo)高均在0.3m，清淤后河床比較平坦，并且沒有破壞底層未被污染的土層，符合開始的設(shè)計(jì)要求，效果明顯。（2）水質(zhì)有所改善，河道黑臭現(xiàn)象消失，已從原先的Ⅴ類提升至Ⅳ類，滿足一般的用水要求。（3）清淤施工過程對(duì)周邊居民影響小，尤其是建筑物、臨岸道路無損傷，群眾滿意度達(dá)到95%以上。（4）淤積物外送后經(jīng)過濾固化，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響小，其中部分固化物用于綠化種植等基肥使用。（5）在清淤過程中基本沒有出現(xiàn)泥漿泵、排泥管堵塞的問題，極大地縮短了作業(yè)時(shí)間。

六、結(jié)論

河道在長時(shí)間運(yùn)行的過程中，因人為因素和自然因素往往會(huì)發(fā)生泥沙淤積，河道淤積會(huì)對(duì)河道的使用產(chǎn)生負(fù)面影響，不僅會(huì)對(duì)河流的行洪、供水、排水、航運(yùn)和生態(tài)景觀功能產(chǎn)生影響，而且還會(huì)對(duì)周圍居民的生活環(huán)境因素產(chǎn)生不利影響，影響人民的生產(chǎn)生活。新型生態(tài)清淤裝置不僅有效地減小了傳統(tǒng)生態(tài)清淤時(shí)的堵管、堵泵等額外工作量，并且能夠?qū)拥子倌嗲謇砩疃榷靠刂疲骨謇磉^的河底較為平坦且不會(huì)破壞到底層的未污染的土層。新型生態(tài)清淤裝置在施工時(shí)完全浸沒在水下施工，不會(huì)對(duì)上層水造成二次污染，在城市河道清淤時(shí)可以確保對(duì)周邊居民的影響降到最低。隨著我國“河長制”制度的實(shí)施，城市河道的清淤工作勢(shì)在必行，而新型生態(tài)清淤裝置首次用在河道疏浚清淤施工，達(dá)到了預(yù)期要求，為今后城市小型河道起到了良好的示范作用■

（作者單位：江蘇省水利機(jī)械制造有限公司 225000）