環(huán)保清淤技術(shù)在二十埠河清淤工程中的應(yīng)用

張 力， 王麗君， 王 寧， 李 萍

(南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司， 江蘇 南京 210022)

我國(guó)現(xiàn)存的污染河道往往存在截污不徹底或者未截污的情況，大量高濃度污水的長(zhǎng)期匯入，通常會(huì)導(dǎo)致底泥淤積。在一定條件下，淤積在底泥中的污染物會(huì)釋放到上覆水體中影響河道水質(zhì)。此外，底泥淤積會(huì)導(dǎo)致河道變窄，河道的泄洪功能也會(huì)受到嚴(yán)重的影響。目前來(lái)說(shuō)，清淤疏浚是解決河道底泥淤積最具針對(duì)性的措施[1-4]。

環(huán)保清淤是為改善水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境而進(jìn)行的清淤[5]。相對(duì)于一般清淤工程，其特點(diǎn)有：①清除對(duì)象主要是懸浮于淤泥表層的膠體狀懸浮質(zhì)及表層污染淤泥；②嚴(yán)禁由于施工機(jī)械的振動(dòng)而造成的二次污染；③在清除表層污染底泥的同時(shí)要保護(hù)下層底泥不被破壞，有利于水生生物種群的恢復(fù)和建立；④清淤過程中要做好淤泥和尾水的妥善處置[6]。

本文結(jié)合二十埠河清淤工程對(duì)清淤方式、淤泥處置方式進(jìn)行歸納、對(duì)比，并分析處置前后底泥理化性質(zhì)變化情況。

1 工程概況

二十埠河是合肥市東部的一條重要季節(jié)性行洪河流，發(fā)源于長(zhǎng)豐縣三十頭鄉(xiāng)的南部，河道流經(jīng)新站區(qū)、瑤海區(qū)及肥東縣，至南淝河，全長(zhǎng)27.0km，依據(jù)2019年測(cè)量成果，二十埠河干流淤泥層厚0.2～1.3m。依據(jù)《全國(guó)河流湖泊水庫(kù)底泥污染狀況調(diào)查評(píng)價(jià)》中的評(píng)價(jià)方法對(duì)二十埠河底泥沉積物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，二十埠河干流絕大多數(shù)斷面為三級(jí)、四級(jí)斷面，污染物含量較高。2019年，二十埠河清淤工程對(duì)二十埠河干流實(shí)施底泥清淤，通過對(duì)底泥進(jìn)行清淤，減輕底泥對(duì)水質(zhì)的污染，降低河段污染物存量，擴(kuò)大水體環(huán)境容量，改善二十埠河水質(zhì)。

2 清淤方式

目前，國(guó)內(nèi)最典型和實(shí)用的清淤方式主要有陸地挖掘機(jī)清淤、水力沖挖機(jī)組清淤、環(huán)保絞吸式挖泥船清淤及抓斗式挖泥船清淤等[7]。

2.1 陸地挖掘機(jī)

陸地挖掘機(jī)，最大臂長(zhǎng)可達(dá)22m，清淤時(shí)先對(duì)河道進(jìn)行截流，同時(shí)進(jìn)行排水，將清淤河道積水基本排干，通過抓斗對(duì)河底淤泥進(jìn)行逐段逐點(diǎn)清挖。

2.2 水力沖挖機(jī)組

水力沖挖機(jī)組的施工原理是模擬自然界水流沖刷原理，借水力作用來(lái)進(jìn)行挖土、輸土、填土，即水流經(jīng)高壓泵產(chǎn)生壓力，通過水槍噴出一股密實(shí)的高速水柱，切割、粉碎土體，使之濕化、崩解，形成泥漿和泥塊的混合，再由立式泥漿泵及其輸泥管吸送。

2.3 環(huán)保絞吸式挖泥船

環(huán)保絞吸式挖泥船是利用吸水管前端圍繞吸水管裝設(shè)旋轉(zhuǎn)絞刀裝置，將河湖底泥進(jìn)行切割和攪動(dòng)，再經(jīng)吸泥管將絞起的泥沙物料，借助強(qiáng)大的泵力，輸送到泥沙物料堆積場(chǎng)，環(huán)保絞吸式挖泥船配備有環(huán)保絞刀頭。

2.4 抓斗式挖泥船

抓斗式清淤船利用前臂抓斗直接深入河底，借助油壓驅(qū)動(dòng)抓斗并按照設(shè)定深度插入底泥后關(guān)閉抓斗，取出淤泥，提升回旋至指定位置后開啟抓斗，淤泥便落入就近靠泊的駁泥船中。

2.5 清淤方式對(duì)比分析及選擇

按清淤環(huán)節(jié)及外運(yùn)環(huán)節(jié)，從淤泥清除率、環(huán)境友好度、對(duì)河道行洪影響等方面對(duì)各清淤方式進(jìn)行對(duì)比[7]，詳見表1。

二十埠河是合肥市東部的一條重要季節(jié)性行洪河流，河道水深滿足挖泥船所需最低吃水要求，工程設(shè)計(jì)施工期主要集中在2019年5月至7月，屬當(dāng)?shù)匮雌冢瑸榱藴p少清淤工程對(duì)河道行洪功能的影響，不宜采用需斷流作業(yè)的陸地挖掘機(jī)、水力沖挖機(jī)組的清淤方式；為了徹底清淤，減少二次污染，應(yīng)優(yōu)先采用環(huán)保絞吸式挖泥船的清淤方式，又二十埠河有跨河橋梁，橋梁段環(huán)保絞吸式挖泥船難以實(shí)施，最終清淤方式采用環(huán)保絞吸式挖泥船的清淤方式，局部橋梁段組合采用水力沖挖機(jī)組的清淤方式。

3 淤泥處置方式

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的淤泥處理技術(shù)中主要分為脫水和固化。脫水的主要方法有自然脫水干燥法、真空預(yù)壓脫水法、土工管袋脫水法；固化主要有攪拌固結(jié)法、脫水固結(jié)一體化法等。

3.1 自然脫水干燥法

利用太陽(yáng)光能、空氣對(duì)流對(duì)淤泥進(jìn)行脫水、干燥，利用淤泥自重壓密促使含水率下降，包括自然暴曬、人工翻曬、底面脫水、塹壕挖掘等方式。

3.2 真空預(yù)壓脫水法

真空預(yù)壓法是通過在處理池中敷設(shè)防滲膜、真空管道、沙濾層和土工布等設(shè)施，然后對(duì)打入處理池中的泥漿進(jìn)行覆膜、抽真空，營(yíng)造有利于泥漿脫水的環(huán)境，利用真空壓力和泥漿自重對(duì)泥漿進(jìn)行脫水處理的方法。

3.3 土工管袋脫水法

土工管袋是一種由于高強(qiáng)土工織物制成的大型管袋及包裹體，直徑可根據(jù)需要變化，最大已達(dá)10 m，長(zhǎng)度最大可達(dá)200 m，具有強(qiáng)度高、過濾性能好、抗紫外線性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。土工管袋脫水法把高含水率淤泥或泥漿打入土工管袋中，利用土工管袋透水性，對(duì)淤泥進(jìn)行壓密擱置促進(jìn)脫水

3.4 攪拌固結(jié)法

在淤泥中加入固化材料，對(duì)淤泥進(jìn)行固化、改性，同時(shí)可將污染土固結(jié)、封閉，形成一層隔離膜，避免污染周邊環(huán)境。

表1 不同清淤方式對(duì)比表

3.5 脫水固結(jié)一體化法

將機(jī)械脫水與淤泥固化有機(jī)結(jié)合，以機(jī)械脫水為手段、以脫水及固結(jié)材料對(duì)泥漿的調(diào)理為核心實(shí)現(xiàn)淤泥“減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化、資源化”目標(biāo)。

3.6 淤泥處置方式對(duì)比分析及選擇

從減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化等角度對(duì)淤泥處置方式進(jìn)行比對(duì)[8]。不同淤泥處置方式對(duì)比見表2。

二十埠河底泥污染物含量較高，河道周邊有一定的場(chǎng)地條件，施工期緊張且汛期施工，同時(shí)考慮當(dāng)?shù)睾雍啄嗍占{的相關(guān)環(huán)保要求，確定水力沖挖機(jī)組、環(huán)保絞吸式挖泥船清出的泥水混合物采用脫水固結(jié)一體化法工藝進(jìn)行處置，設(shè)計(jì)泥餅含水率35%～60%，且不應(yīng)高于60%，產(chǎn)生的濾液經(jīng)處理ρ(SS)≤20 mg/L。

4 工程實(shí)施效果分析

對(duì)固化后外送泥餅含水率進(jìn)行檢測(cè)分析，經(jīng)檢測(cè)泥餅含水率約35%～45%。

清淤過程中對(duì)底泥的pH、有機(jī)質(zhì)、總磷及總氮含量的變化情況進(jìn)行分析，用EXCEL、SPSS 軟件統(tǒng)計(jì)分析及處理數(shù)據(jù)，用one-way ANOVA 對(duì)底泥理化性質(zhì)參數(shù)的差異進(jìn)行比較。詳見表3。結(jié)果顯示，脫水后泥餅的有機(jī)質(zhì)、總磷含量與河道原狀底泥、絞吸上岸后底泥沒有差異；脫水后泥餅的pH相對(duì)原狀底泥、絞吸上岸后的底泥均有所提高，可能與脫水固結(jié)所使用的藥劑有關(guān)；脫水后泥餅的總氮含量相對(duì)原狀底泥沒有差異，但是絞吸上岸后底泥的總氮含量相對(duì)原狀底泥有所提高。

表2 不同淤泥處置方式對(duì)比表

表3 施工各環(huán)節(jié)河道底泥營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化情況分析

5 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合實(shí)際的工程案例，介紹了環(huán)保清淤技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，該工藝處理湖底淤泥后的產(chǎn)物為泥餅和尾水。通過檢測(cè)泥餅的組成成分，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后的泥餅有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量較河道原狀底泥有降低的趨勢(shì)，達(dá)到了環(huán)保清淤的效果。