茅洲河清淤及底泥處置工程施工方案研究

周 巖

(深圳市寶安區(qū)水務(wù)工程事務(wù)中心，廣東 深圳 518101)

0 引言

我國(guó)水系發(fā)達(dá)，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境治理不同，導(dǎo)致水土流失和水體污染嚴(yán)重。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，每年大約有上億噸泥沙淤積在自然或人工水體中[1]。工業(yè)化進(jìn)程使大量工業(yè)廢水和生活污水排入河道，淤積泥沙和進(jìn)入河流的污染物嚴(yán)重削弱了自然水體自凈功能，甚至導(dǎo)致水體基本功能喪失[2]。因此，在控制河流外源污染的前提下，清除河道內(nèi)源污染的清淤技術(shù)是一種治理城市水環(huán)境污染的主要技術(shù)途徑[3]。茅洲河流域清淤整治工程遵循“減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化和資源化”原則，綜合運(yùn)用水上水下清淤技術(shù)開展河道和岸坡淤泥、垃圾和雜物清理，是一種可行、可借鑒的施工方案。

1 茅洲河流域整治工程概況

茅洲河流域水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目清淤工程范圍為2條干支流，分別為茅洲河和沙井河，兩條河呈“Y”字型交叉，河床坡降和水流流速較小，河道底泥污染及淤積較嚴(yán)重，邊坡雜草叢生，各種垃圾、排污口隨處可見(jiàn)。

2 清淤整治施工方案

根據(jù)河道淤積現(xiàn)狀，確定采用絞吸式挖泥船+接力泵站+輸泥管的施工方案。考慮河道清淤工況復(fù)雜，在局部邊角區(qū)域、設(shè)計(jì)坡比區(qū)域采用水上挖掘機(jī)+泥駁船運(yùn)輸為輔的清淤方案，將淤泥送至底泥廠。

2.1 河道絞吸式挖泥船清淤施工

2.1.1 施工工藝流程示意圖

河道絞吸式挖泥船施工流程見(jiàn)圖1。

圖1 挖泥船施工流程示意圖

2.1.2 施工工藝

(1)清淤施工

挖掘機(jī)可輔助浮船移動(dòng)、行走。用定位樁固定浮船后，挖掘機(jī)進(jìn)行清淤施工且把淤泥裝入20 m3～30 m3鐵駁船，駁船運(yùn)輸至臨時(shí)泄泥點(diǎn)開倉(cāng)卸泥后返回水上挖掘機(jī)清淤處裝泥。

(2)分條開挖

水上開挖段河道現(xiàn)狀寬度在10 m～30 m，施工時(shí)需分條進(jìn)行開挖。根據(jù)水上挖機(jī)的開挖寬度以及現(xiàn)狀河床寬度，擬分成2條進(jìn)行開挖，從中間往兩側(cè)開挖。

(3)確定標(biāo)高

采用小船和探桿待清淤完成后用探桿檢測(cè)清淤深度，避免出現(xiàn)漏挖或開挖深度不足的區(qū)域。

2.2 河道清淤管線布設(shè)

(1)河道清淤浮管敷設(shè)

浮管采用鋼管穿設(shè)浮筒形式。鋼管間采用橡膠柔性連接，確保挖泥船泥漿泵體輸出管道與潛管間有活動(dòng)幅度。確保浮管線路順暢，按照100 m～200 m間隔拋小錨定位，避免水流和風(fēng)速干擾管道影響正常通航。

圖2 河道通航區(qū)域浮管管線敷設(shè)示意圖

(2)河道清淤潛管敷設(shè)

潛管敷設(shè)采用柔性或剛性連接均可。敷設(shè)過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格控制上升段和下降段的坡度，管端設(shè)端點(diǎn)站，配置充氣、排氣閥和水閘閥。選擇在風(fēng)浪較小，憩流時(shí)下沉潛管。沉放時(shí)一端進(jìn)水，一端放氣，兩端下錨固定，并設(shè)置警戒標(biāo)識(shí)。

圖3 通航河道潛管管線敷設(shè)示意圖

(3)河道清淤岸管敷設(shè)

岸管采用Φ450 mm鋼管和彎頭、橡膠管由法蘭連接按照設(shè)計(jì)線路和鋪設(shè)方法鋪設(shè)。保持管線順直，管底襯墊支架牢固，管線不得出現(xiàn)漏漿、漏泥現(xiàn)象。管線拐彎處根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況用鋼管彎頭或橡膠軟管。

圖4 管線敷設(shè)水岸接頭

3 底泥處置

為治理茅洲河水質(zhì)黑臭問(wèn)題，在茅洲河流域水環(huán)境綜合整治工程中，對(duì)河道底泥進(jìn)行環(huán)保清淤，消除河道的內(nèi)源污染是十分必要的。底泥處理的原則：“減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化”。

根據(jù)底泥的性質(zhì)、類型，按照最終處置的要求，主要包括原位處理和異位處理兩大類。目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀是采用硝酸鹽原位化學(xué)處理技術(shù)，更多的是用來(lái)應(yīng)急處理黑臭水體，短期效果明顯，但耐久性不足，即原位處理投加藥劑太少或藥劑消耗完畢，易造成水質(zhì)反彈。另一種為原位生物修復(fù)處理技術(shù)，茅洲河河道長(zhǎng)度約30.69 km，兩側(cè)企業(yè)眾多，人口密集，污染源非常復(fù)雜，重度污染深度達(dá)2 m～3 m，且茅洲河底泥中垃圾成份復(fù)雜，如建筑垃圾、編織袋、棉絮、動(dòng)物皮毛等，可能對(duì)底泥原位處理施工造成極大不便。如采用生物修復(fù)手段處理，微生物菌群只是對(duì)少部分易降解有機(jī)污染物有效，茅洲河污染物中重金屬、高分子微生物含量很高，微生物菌群對(duì)這些并沒(méi)有效果。

異位處置方案：采用疏浚設(shè)備將黑臭底泥疏浚至岸邊，通過(guò)底泥預(yù)處理及脫水，使黑臭底泥能夠“減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化”，目前技術(shù)相對(duì)成熟，是底泥處理主流的方法。鑒于此，茅洲河底泥處置修建底泥處理廠在國(guó)內(nèi)目前尚屬首創(chuàng)。

為了確保茅洲河底泥處置及資源化利用，在原狀為空地的沙浦西排洪渠與茅洲河交界處，修建了1#和3#底泥處置廠，1#、3#底泥處理廠主要由泥砂分離系統(tǒng)、洗砂系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)、改性拌合系統(tǒng)、均化調(diào)理系統(tǒng)、脫水成固系統(tǒng)、余水深度處理系統(tǒng)以及堆場(chǎng)等部分組成，總占地面約為3.87萬(wàn)m2。

本工程疏浚底泥含水率高、流動(dòng)性大、總量多，需處理底泥預(yù)估總量為384.42萬(wàn)m3，為避免對(duì)周邊環(huán)境造成二次影響，需對(duì)底泥進(jìn)行調(diào)理改性和機(jī)械脫水固化處理。技術(shù)路線為“清淤疏浚、除渣沉淀、調(diào)理改性、脫水固化”，即清淤設(shè)備將河道底泥清淤疏浚，送至底泥處理廠，經(jīng)垃圾分選、沉淀、改性、脫水等一系列工藝處理后，形成固態(tài)無(wú)害、性質(zhì)穩(wěn)定并具有一定強(qiáng)度的硬狀壓縮泥餅。

圖5 清淤及底泥處置工藝流程示意圖

(1)除雜、洗砂系統(tǒng)

絞吸式挖泥船疏浚后的底泥通過(guò)管道輸送，進(jìn)入泥砂分離系統(tǒng)，泥砂分離系統(tǒng)主要由格柵機(jī)及泥砂分離池組成。通過(guò)格柵機(jī)過(guò)濾掉建筑垃圾和生活垃圾之后進(jìn)入沉砂池。河砂在沉砂池沉淀下來(lái)，通過(guò)提砂、洗砂和輸砂等環(huán)節(jié)存儲(chǔ)在臨時(shí)堆場(chǎng)，以備外運(yùn)進(jìn)行資源化利用。

(2)調(diào)理改性系統(tǒng)

清淤底泥經(jīng)過(guò)除雜、洗砂之后自流到達(dá)沉淀池。沉淀池中上層清水自流至余水池，繼而通過(guò)水泵抽至凈水系統(tǒng)。沉淀池中下層泥漿由小型絞吸船通過(guò)管道輸送至調(diào)理改性系統(tǒng)。經(jīng)加藥(絮凝、固化、穩(wěn)定劑)攪拌，存儲(chǔ)備用。

(3)脫水固化系統(tǒng)

完成加藥調(diào)理后的泥漿通過(guò)渣漿泵輸送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理。通過(guò)該程序?qū)V渣與水分離，最后制出泥餅，產(chǎn)出的泥餅可根據(jù)不同需要進(jìn)行資源化利用。

(4)余水處理

余水采用超磁凈水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。經(jīng)沉淀池分離后的表面溢流水通過(guò)余水池收集后，泵送至超磁水體凈化站的混凝系統(tǒng)，通過(guò)固液分離凈化，分離出來(lái)的底泥將再次回到沉淀池進(jìn)行處理，產(chǎn)出的凈水高于原河水水質(zhì)，回排入河。

圖6 余水處理系統(tǒng)

圖7 清水池

(5)資源化利用

資源化利用系統(tǒng)分為兩部分，即對(duì)余砂資源利用和余土資源利用。

1)余砂資源利用

在沉沙池中將經(jīng)過(guò)初步分離的砂通過(guò)洗砂機(jī)清洗檢測(cè)無(wú)害后得到成品砂?？衫糜谌斯ぴ斓亍⒐艿拦こ虦喜刍靥?、房屋建筑拌合材料等工程行業(yè)。

2)余土資源利用

底泥經(jīng)脫水固結(jié)和無(wú)害化處理后形成余土，結(jié)合當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展需求用于當(dāng)?shù)氐墓こ探ㄔO(shè)用于工程筑填、工程基礎(chǔ)回填?；蚪?jīng)調(diào)理改性無(wú)害處置、脫水固結(jié)后的余土燒制陶粒，探索資源化利用新途徑。茅洲河底泥處置后的泥餅曾用于茅洲河燕羅濕地項(xiàng)目中制作成透水磚鋪設(shè)成平臺(tái)供游人踩踏，并且用于潛流人工濕地中的填料——陶粒，也是底泥處置后經(jīng)資源化利用而成。

圖8 處置后的泥餅

圖9 茅洲河燕羅濕地透水磚鋪設(shè)平臺(tái)

4 結(jié)語(yǔ)

河道清淤通常是在機(jī)械設(shè)施的幫助下，把河底的淤泥混合為流體狀，借助水流裹挾將其帶走，以此產(chǎn)生疏通的效果。茅洲河流域清淤整治施工方案挖輸河道和岸坡淤泥，綜合采取清淤以絞吸挖泥船開挖為主、水上挖機(jī)為輔；底泥運(yùn)輸以管道運(yùn)輸為主、泥駁運(yùn)輸為輔的施工措施完成河道的生態(tài)清淤治理，有效改善了河道水環(huán)境，恢復(fù)了河道防洪、調(diào)蓄及通航能力。同時(shí)完善底泥后續(xù)資源化處理流程，從而為河道清淤、流域水環(huán)境治理提供系統(tǒng)化、可持續(xù)的治理方案。