河湖淤泥疏浚及淤泥處理處置技術(shù)應(yīng)用研究

黃 勝

中交二航局市政建設(shè)有限公司

1 引言

為改善河湖狀況需要進(jìn)行淤泥疏浚工程，疏浚淤泥經(jīng)常采用堆放處置措施。由于疏浚泥沉積固結(jié)速率慢等特點(diǎn)，采用堆放疏浚泥帶來大面積占用土地資源的問題。我國(guó)由于技術(shù)經(jīng)費(fèi)原因，淤泥尚無合理的處理技術(shù)，大多以農(nóng)肥形式用于農(nóng)業(yè)。近年來河湖生態(tài)疏浚新技術(shù)工藝不斷推廣應(yīng)用，棗陽市沙河水環(huán)境綜合治理工程對(duì)河湖生態(tài)環(huán)保疏浚工程管理提出新要求，目前國(guó)內(nèi)河湖生態(tài)疏浚方面尚無統(tǒng)一技術(shù)規(guī)程，為提高生態(tài)疏浚工作水平，編制河湖生態(tài)疏浚工程施工規(guī)程，為河湖淤泥疏浚處理技術(shù)應(yīng)用提供借鑒。

2 河湖疏浚泥處理的意義

污淤泥自身再懸浮是導(dǎo)致水體變黑重要因素，受污染底泥污染物釋放影響，上覆水COD 增加32%～64%，對(duì)污泥清淤能降低水體污染物濃度。淤泥疏浚意義是將沉積富集在底泥中的污染物從水體轉(zhuǎn)移，減少水體內(nèi)源污染釋放對(duì)水質(zhì)影響。為快速完成泥沙淤積處理，應(yīng)對(duì)淤泥進(jìn)行有效處理，發(fā)揮河道生態(tài)功能，提升周圍滲透環(huán)境質(zhì)量。疏浚淤泥具有強(qiáng)度低，含有病原生物等特性，疏浚淤泥運(yùn)輸中易灑落；堆放地易產(chǎn)生難聞氣味；降水作用下易產(chǎn)生泥漿液形成二次污染。

當(dāng)今社會(huì)信息技術(shù)日益普及，我國(guó)不斷加大河湖資源建設(shè)力度，受到河湖地理位置限制，需要對(duì)河湖邊區(qū)域泥沙淤積進(jìn)行處理。我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜裔槍?duì)典型河湖建立相應(yīng)模型，進(jìn)行系列技術(shù)性專項(xiàng)研究，為淤泥疏浚問題解決奠定了基礎(chǔ)。發(fā)達(dá)國(guó)家以商業(yè)化方式對(duì)淤泥進(jìn)行處理利用。英法等國(guó)家在80年代末開始利用淤泥為主要原料制造凈化燃料，燃燒中不會(huì)排出有害氣體[1]。日本淤泥用于生產(chǎn)各類建筑材料，淤泥材料制成的磚塊重量輕，適宜建筑物裝飾。我國(guó)淤泥處理主要進(jìn)行填埋處理，造成土地資源浪費(fèi)。泥水分離技術(shù)研發(fā)應(yīng)用可以減少疏浚泥堆場(chǎng)用地面積，對(duì)解決疏浚泥場(chǎng)征地帶來的系列社會(huì)問題具有重要意義。目前快速固結(jié)技術(shù)經(jīng)過多年室內(nèi)研究，形成包括關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)等方面的技術(shù)內(nèi)容，但大面積推廣應(yīng)用需要經(jīng)過工程實(shí)踐檢驗(yàn)，形成成熟的施工工藝。

3 河湖疏浚泥淤泥處置技術(shù)

為驗(yàn)證快速固結(jié)技術(shù)取得室內(nèi)中試成果，及結(jié)論性意見在工程實(shí)踐中的可靠性，在棗陽市沙河水域城市水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目中，對(duì)河湖疏浚堆場(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行工程應(yīng)用試驗(yàn)，形成施工工藝。棗陽市位于湖北省西北部，轄區(qū)面積3276km2，城鎮(zhèn)人口70.52 萬人。棗陽市物華天寶，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅速[2]。沙河是棗陽市母親河，多年均凈流量為2 億立方米，河道自東向西穿過城區(qū)，承載防洪排澇、生態(tài)景觀等多種功能。城區(qū)主要水體有東西冷水溝、護(hù)城河與干流城區(qū)段，由于底泥污染等原因需要綜合治理。

目前國(guó)內(nèi)常用的河湖清淤方法包括干式與半干式清淤。干式清淤法針對(duì)水量不大的河道，將淤泥層暴露出來，采用人工方法對(duì)河道清淤。其優(yōu)點(diǎn)是易于控制清淤深度，施工效率高；缺點(diǎn)是對(duì)堤岸穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。泥床暴露易產(chǎn)生惡臭，施工環(huán)境較差。通常采用汽車運(yùn)輸淤泥，易造成淤泥撒漏產(chǎn)生二次污染。半干式清淤針對(duì)水量不大的河道，采用泵送設(shè)備抽排清淤。半干式清淤的特點(diǎn)是將河道積水排干，留有10cm～20cm 深河水?dāng)嚢栌倌?。采用管道輸送方式[3]。其優(yōu)點(diǎn)是可不用車輛運(yùn)輸，避免二次污染問題；缺點(diǎn)是泵吸能耗較大。濕式清淤是國(guó)內(nèi)河湖疏浚工程中常用清淤方法，通常依靠船上吸泥管前端裝設(shè)旋轉(zhuǎn)鉸刀裝置，經(jīng)吸泥管絞起泥沙物料，輸送到泥沙物料堆積場(chǎng)。挖運(yùn)等作業(yè)可一次連續(xù)完成。

圖1 機(jī)械一體化淤泥處理工藝

國(guó)內(nèi)外生態(tài)清淤采用絞吸挖泥方式，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)實(shí)施很多淤泥生態(tài)清淤處理項(xiàng)目，如南京玄武湖等，常見的淤泥處理有傳統(tǒng)機(jī)械脫水法、化學(xué)固化法、土工管袋法等。由于疏浚泥含水率高，需要降低疏浚泥含水率。自然晾曬是最簡(jiǎn)單的方法。許多內(nèi)陸湖泊采用堆泥場(chǎng)自然干化法，如無錫五里湖底泥疏浚工程。通常要設(shè)置堆場(chǎng)，雖然堆場(chǎng)晾曬是最簡(jiǎn)單的脫水方法，但需占用大量土地，污染物滲入地表土層造成二次污染。真空排水法適用于有機(jī)質(zhì)含量低、持水性差的淤泥脫水。疏浚淤泥黏度高，真空排水通道會(huì)被淤堵。有關(guān)疏浚泥固化處理集中于疏浚淤泥強(qiáng)度等力學(xué)特性研究。采用強(qiáng)膠結(jié)才老，使疏浚淤泥可一次膠結(jié)成型。固化處理后疏浚淤泥可作為建材使用，但淤泥化學(xué)固化技術(shù)成本較高，淤泥處置環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益較差。

近年來，隨著對(duì)黑臭水體治理要求提高，處理后淤泥處置成為推進(jìn)水域生態(tài)進(jìn)程的關(guān)鍵。許多國(guó)家開發(fā)利用淤泥方面改善城市環(huán)境。目前國(guó)內(nèi)常用污泥處理方式通常為填土利用。淤泥預(yù)處理后可作建材等，或作淤泥堆場(chǎng)圍堰等實(shí)際工程填土材料等。淤泥經(jīng)簡(jiǎn)單消化滅菌后有機(jī)物含量降低，可根據(jù)淤泥含水率等因素進(jìn)行專門填埋。淤泥土地填埋需要大面積場(chǎng)地，需做防滲處理避免污染地下水，對(duì)淤泥的脫水與填埋作業(yè)有較高要求。富營(yíng)養(yǎng)化的泥質(zhì)可進(jìn)行土壤改良。含雜質(zhì)的淤泥不能直接送到田里。在泥漿出口處應(yīng)設(shè)置濾網(wǎng)，泥漿厚度不宜過大，適當(dāng)控制化肥用量。

4 河湖疏浚泥淤泥處理技術(shù)的應(yīng)用

本項(xiàng)目清淤斷面設(shè)計(jì)按照“清除污染層、維持河岸穩(wěn)定”的原則設(shè)計(jì)。以淤積厚度為依據(jù)，確定出設(shè)計(jì)清淤開挖控制線，目前清淤量計(jì)算方法主要包括斷面法、數(shù)值地貌模擬法。本工程采用斷面法計(jì)算。根據(jù)《疏浚與吹填工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 181—5—2012），計(jì)算超深按0.15m考慮。目前國(guó)內(nèi)常用的河道清淤采用圍堰干挖、機(jī)械疏挖等方案。

圍堰干挖是將河道分段截流排干水體后，采用機(jī)械與人工相結(jié)合的辦法，利用反鏟挖掘機(jī)挖裝土。方案施工簡(jiǎn)單，可利用周邊堆場(chǎng)堆放淤泥，但工期較長(zhǎng)；對(duì)渠道的寬度要在一定范圍內(nèi)，渠道兩岸需有供挖土機(jī)行走道路，淤泥轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)對(duì)運(yùn)輸車密封要求較高，運(yùn)輸成本高。絞吸式挖泥船是在清淤工程中運(yùn)用廣泛，利用吸水管前端旋轉(zhuǎn)絞刀裝置，將河底泥沙進(jìn)行切割，將絞起的泥沙物料，由排泥管輸送到泥沙物料堆積場(chǎng)，挖泥泥等工作可一次連續(xù)完成，是成本較低的挖泥船，小型絞吸式挖泥船船體尺寸為12×4.0×0.9，輸送距離1km～2km。優(yōu)點(diǎn)是不影響河道正常運(yùn)行，淤泥由排泥管封閉輸送，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，適合沿河人口密度較大，不能截留的河道清淤；缺點(diǎn)是運(yùn)維要求較高，對(duì)河道寬度有一定要求。

本工程清淤范圍為護(hù)城河的書院街至關(guān)南街段、西冷水溝。河道兩岸多處經(jīng)過房屋，無法采用絞吸船清淤。沙河河道較長(zhǎng)，河道斷面寬度大；淤泥最大深度為1.5m，本次清淤范圍的河道采用機(jī)械疏挖；河道兩側(cè)有現(xiàn)狀房屋，周邊排污口做導(dǎo)流，護(hù)城河清淤量39317m3。西冷水溝局部清淤面積較小，建議西冷水溝采用人工清淤，郊野段西冷水溝斷面較小，建議采用機(jī)械疏挖進(jìn)行清淤。

自然干化傳統(tǒng)的處置選擇農(nóng)用地，清淤產(chǎn)生淤泥通過泥漿車運(yùn)輸傾倒，干化后的泥土作為農(nóng)用土使用[4]。河道水質(zhì)污染情況比較嚴(yán)重，污染物濃度含量較高，對(duì)堆場(chǎng)土壤產(chǎn)生污染，散發(fā)工程方案異味氣體。板框壓濾處理系統(tǒng)是疏浚泥漿輸送至調(diào)節(jié)池，用泥漿泵送至“脫水固結(jié)一體化”處理系統(tǒng)進(jìn)行泥漿的調(diào)理。對(duì)淤泥進(jìn)行脫水固結(jié)處理，淤泥體積減量約60%，可完成對(duì)重金屬、細(xì)菌等有害物質(zhì)的消毒或固結(jié)。

淤泥固化處理是將疏浚淤泥沉淀后，在淤泥中添加適量淤泥固化劑，增加抗壓強(qiáng)度。淤泥固化劑由結(jié)構(gòu)劑、促凝劑按配比配置混合體，向淤泥中加入固化劑，利用活性成分與淤泥中水分發(fā)生快速膠凝反應(yīng)，表現(xiàn)出含水率降低、良好的抗壓抗剪能力。通過復(fù)雜的理化反應(yīng)將淤泥轉(zhuǎn)化成類似土壤的固化體[5]。真空預(yù)壓法是在軟基表面鋪設(shè)砂墊層，用封閉膜使其與大氣隔絕，通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)吸水管道，自然干化占地面積大；真空預(yù)壓法占地面積較大，場(chǎng)地較難滿足；板框壓濾處理方案，用電量大，處理后的泥餅需要轉(zhuǎn)運(yùn)；淤泥固化處理方案，耗電量小，但需占用場(chǎng)地。本工程選用淤泥固化處理。

5 結(jié)束語

隨著國(guó)家治理黑臭水體力度加大，各地加快推進(jìn)黑臭水體進(jìn)程。因地制宜采用合適的工程技術(shù)手段，快速處理污泥底泥成為流域水體治理的關(guān)鍵。采用合乎實(shí)際的資源化方案，對(duì)實(shí)現(xiàn)黑臭水體治理目標(biāo)具有重要作用。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)概算為106452.09 萬元，工程其他費(fèi)用19853.36 萬元，基本預(yù)備費(fèi)7336.12 萬元。棗陽沙河城區(qū)段的控源截污、兩岸綠道建設(shè)，促進(jìn)人與自然和諧相處，著力打造美麗棗陽，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)環(huán)境綜合效益的最大化。