生態(tài)清淤、淤泥固化技術(shù)在城區(qū)河道整治工程中的應(yīng)用

陳春梅 劉國(guó)鈞 陳敢峰 生春新 鞠 俊

一、概述

河道疏浚是城市河道水環(huán)境綜合整治的主要措施，傳統(tǒng)的清淤施工方法一般為：采用挖泥船開(kāi)挖或水力沖挖，用槽罐車或運(yùn)泥船將淤泥運(yùn)送至淤泥堆場(chǎng)或填埋，由于沒(méi)有對(duì)淤泥進(jìn)行脫水和無(wú)害處理，會(huì)占用大量土地，同時(shí)造成二次污染。淤泥固化技術(shù)是從淤泥資源化、產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)出發(fā)，解決河道淤泥的積存與嚴(yán)重污染問(wèn)題，同時(shí)將淤泥固化成城市建設(shè)所需的大量土料，避免造成土地資源破壞。利用淤泥固化技術(shù)既能緩解日益嚴(yán)峻的城市疏浚淤泥處置問(wèn)題，又能解決很多地區(qū)工程土源緊缺的難題，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境效益顯著，具有推廣和應(yīng)用前景。

“泰州市2020年度城市水利建設(shè)項(xiàng)目城區(qū)河道清淤輪浚工程——施工01 標(biāo)”項(xiàng)目即采用了生態(tài)清淤、淤泥固化技術(shù)對(duì)城區(qū)河道進(jìn)行治理。采用絞吸式環(huán)保清淤一體式挖泥船進(jìn)行河道清淤，清淤底泥通過(guò)管道輸送至固化站，利用板框壓濾機(jī)進(jìn)行固化處理后再利用。

二、工程背景

泰州市2020年度城市水利建設(shè)項(xiàng)目中的中子河位于城市中心，河道內(nèi)不僅淤積較為嚴(yán)重，還存在著較多生活垃圾。河道兩側(cè)擋墻均為本世紀(jì)初建設(shè)，年代較為久遠(yuǎn)，兩岸居民小區(qū)也都沿河而建。如采用傳統(tǒng)水力沖挖清淤，一方面，降水后對(duì)河道兩側(cè)擋墻抗滑、抗傾要求較高，可能會(huì)引起擋墻的不均勻沉降，對(duì)工程的安全運(yùn)行造成不良影響；另一方面，傳統(tǒng)清淤過(guò)程中噪音較大，容易影響周邊居民的正常生產(chǎn)生活。

傳統(tǒng)清淤底泥的處理方式，為避免長(zhǎng)距離運(yùn)輸而增加工程預(yù)算，一般是在工程區(qū)附近尋找大片空地用作排泥場(chǎng)，采用簡(jiǎn)單堆放、自然干化的原始方法固結(jié)后再利用。然而這種方法由于底泥固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，不可避免需要長(zhǎng)期占用土地，不利于城市的發(fā)展。此外，采用排泥場(chǎng)進(jìn)行底泥處理還容易污染環(huán)境，且存在安全隱患。

三、生態(tài)清淤、淤泥固化技術(shù)簡(jiǎn)介

（一）施工工藝概述

泵送工藝。高壓泵形成高壓水流→水力沖挖土體→泥漿泵吸漿→管道輸送→管道接力泵→淤泥固化場(chǎng)。泵送工藝提高了整個(gè)淤泥處置過(guò)程的機(jī)械化程度，實(shí)現(xiàn)了淤泥預(yù)處理工藝的連續(xù)作業(yè)。

除渣、濃縮工藝。為了保證固化設(shè)備的正常運(yùn)行，入場(chǎng)的泥漿必須進(jìn)行除渣分選，將粒徑大于兩毫米的雜物通過(guò)振動(dòng)篩裝置進(jìn)行除渣，除渣后的泥漿經(jīng)過(guò)沉淀形成自然濃縮。

淤泥脫水固化一體化工藝。淤泥脫水固化的工藝設(shè)備技術(shù)是采用板框壓濾式脫水機(jī)，在脫水之前加入固化劑，淤泥與固化劑攪拌均勻后脫水固化，主要流程為：淤泥處理劑添加→調(diào)漿均化→板框壓濾脫水→干化土及尾水處置，壓榨出的水可進(jìn)行二次利用。

為保證淤泥固化生產(chǎn)流水線的正常運(yùn)行，對(duì)淤泥固化設(shè)備可能發(fā)生的故障及安全隱患要做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)排除。采用淤泥固化智慧云管理系統(tǒng)，在操作室內(nèi)的大屏幕上隨時(shí)可以掌握整個(gè)淤泥固化系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，遠(yuǎn)程控制整個(gè)操作系統(tǒng)。

（二）施工技術(shù)應(yīng)用

1.清淤方式比選

城市河道水體的生態(tài)疏浚與傳統(tǒng)意義上的工程疏浚有著明顯的區(qū)別，它是在河道水生態(tài)系統(tǒng)中底泥受到污染的情況下運(yùn)用發(fā)展生態(tài)理論實(shí)施的生態(tài)修復(fù)工程。其本質(zhì)是以工程、環(huán)境、生態(tài)相結(jié)合的方式促進(jìn)城市河道水體的可持續(xù)發(fā)展，或稱河道“生態(tài)位”的修復(fù)。在污染底泥沉積層采用工程措施，通過(guò)底泥的疏挖最大可能地將儲(chǔ)積在該層中的污染營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)移出水體以外，清除污染水體的內(nèi)源，減少底泥污染物向水體的釋放。改善水生態(tài)循環(huán)，遏制河道穩(wěn)定性的退化，并為水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)創(chuàng)造條件。

2.清淤設(shè)備比選

生態(tài)疏浚設(shè)備的重點(diǎn)是疏浚頭部設(shè)備，其中，密閉和抽吸是關(guān)鍵。根據(jù)生態(tài)疏浚的特點(diǎn)和環(huán)?？刂频囊?，工程中多采用環(huán)保無(wú)擾動(dòng)型挖泥船。底泥密度＜1.8g/cm2，采用環(huán)保絞吸式疏浚船；底泥密度＞1.8g/cm2，采用環(huán)保斗輪式疏浚船。由于城市河道具有臨河建筑多、底泥淤積嚴(yán)重、垃圾分布廣和水體自凈能力差等特點(diǎn)，宜選用小型設(shè)備施工（船寬＜6.0m，吃水＜1.0m，不可拆高＜2.5m），目前釆用較多的疏浚設(shè)備選型見(jiàn)表1。

表1 城市河道底泥生態(tài)疏浚設(shè)備選型表

對(duì)于小型絞吸式挖泥船，目前國(guó)內(nèi)外常用的挖泥船有密閉抓斗式、環(huán)保絞吸式、射流泵清淤船等。密閉抓斗式挖泥船可以有效地清除河底較硬土塊和含由生活垃圾的淤泥，但是其精度較差，對(duì)細(xì)顆粒底泥容易造成超挖或漏挖；環(huán)保絞吸式挖泥船采用鉸刀切割底泥，精度較高，可達(dá)到厘米級(jí)，可有效降低因清除底泥而產(chǎn)生的淤泥懸浮污染擴(kuò)散，目前應(yīng)用較多；射流泵清淤船采用高壓水流粉碎待清除的淤泥，可進(jìn)一步降低對(duì)周圍底泥的擾動(dòng)。

通過(guò)對(duì)比上述幾種清淤設(shè)備的性能，同時(shí)考慮中子河現(xiàn)場(chǎng)情況、城區(qū)用地影響及經(jīng)濟(jì)因素，采用操控方便、施工精度高的環(huán)保絞吸式挖泥船進(jìn)行清淤。

3.底泥輸送方式比選

河道清淤底泥的輸送方式一般包括管運(yùn)、船運(yùn)、車運(yùn)等方式。中子河位于城市中心，有較多跨河橋梁，不利于運(yùn)泥船的工作；中子河采用環(huán)保絞吸式挖泥船抽吸底泥，底泥含水量較高，對(duì)運(yùn)輸車輛要求較高且運(yùn)輸途中容易污染環(huán)境。結(jié)合中子河現(xiàn)場(chǎng)施工條件，施工方案采用干河沖淤，將河道內(nèi)淤泥通過(guò)管道接力泵輸送到淤泥固化場(chǎng)。輸泥管主要包括：岸管（陸上輸泥管）、浮管（水上輸泥管）及沉管（水下水泥管）三種。

4.底泥處理方式比選

河道底泥的處理關(guān)鍵在于解決底泥的快速固結(jié)問(wèn)題，同時(shí)清除底泥中含有的各種重金屬和有機(jī)污染物。目前淤泥脫水主要有物理方法、化學(xué)方法、復(fù)合干化法。物理方法主要通過(guò)自然沉降或人工強(qiáng)化等措施來(lái)降低底泥中的含水率，但其不能有效去除底泥中的重金屬等污染物，需對(duì)固結(jié)后的底泥進(jìn)行二次處理；化學(xué)方法是向底泥中加固化劑，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)使底泥快速固結(jié)，同時(shí)可有效清除底泥中的污染物，該方法在國(guó)內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用，施工技術(shù)較為成熟且施工方法較為簡(jiǎn)單。復(fù)合干化法是將淤泥固化與余水處理融為一體的技術(shù)方法，通過(guò)在疏浚管道添加高性能強(qiáng)氧化疏水劑與疏浚底泥電荷中和，實(shí)現(xiàn)毛細(xì)管水的分子級(jí)分離。該方法可以縮短工期，但目前工程實(shí)踐較少，不確定因素較多。

中子河采用物理方法與化學(xué)方法相結(jié)合方式進(jìn)行底泥固化處理，固結(jié)處理后的干土可直接運(yùn)走，使得工程臨時(shí)用地時(shí)間縮短至半年左右，大大降低了場(chǎng)地占用時(shí)間。

具體處理方法：入場(chǎng)泥漿經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩裝置進(jìn)行重力分選，將大于2mm 粒徑的雜物進(jìn)行除渣攔截外運(yùn)處置。分選后的泥漿進(jìn)入沉淀池后，首先經(jīng)過(guò)自然沉淀，調(diào)節(jié)泥漿濃度，然后通過(guò)管道泵，將達(dá)到一定濃度的泥漿輸送至泥漿攪拌箱，同時(shí)將固化劑配料機(jī)配制的PAC、PAM 溶液通過(guò)計(jì)量泵輸送至泥漿攪拌箱；再采用機(jī)械攪拌進(jìn)行調(diào)理調(diào)質(zhì)均化，使淤泥和處理劑溶液均勻混合并保持泥漿濃度恒定；最后將混合漿液送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行機(jī)械脫水固化，形成干化土。目前干化土已經(jīng)運(yùn)用到城市綠化中，生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益突出。

四、結(jié)論及展望

生態(tài)固化清淤技術(shù)可以克服傳統(tǒng)清淤方式在城區(qū)河道清淤過(guò)程中引起的諸多不便，泰州市2020年度城市水利建設(shè)項(xiàng)目中的中子河采用該技術(shù)進(jìn)行清淤，達(dá)到了城市河道清淤的目的，促進(jìn)了城市河道水環(huán)境的恢復(fù)，有效地減小了用地面積及用地時(shí)間，節(jié)約了土地資源，同時(shí)減小了因河道清淤而帶來(lái)的環(huán)境污染，具有良好的生態(tài)效益和環(huán)保效益，可為其他城區(qū)河道整治工程提供借鑒■