生态清淤、淤泥固化技术在城区河道整治工程中的应用

陈春梅 刘国钧 陈敢峰 生春新 鞠 俊

一、概述

河道疏浚是城市河道水环境综合整治的主要措施，传统的清淤施工方法一般为：采用挖泥船开挖或水力冲挖，用槽罐车或运泥船将淤泥运送至淤泥堆场或填埋，由于没有对淤泥进行脱水和无害处理，会占用大量土地，同时造成二次污染。淤泥固化技术是从淤泥资源化、产业化的目标出发，解决河道淤泥的积存与严重污染问题，同时将淤泥固化成城市建设所需的大量土料，避免造成土地资源破坏。利用淤泥固化技术既能缓解日益严峻的城市疏浚淤泥处置问题，又能解决很多地区工程土源紧缺的难题，经济、社会和生态环境效益显著，具有推广和应用前景。

“泰州市2020年度城市水利建设项目城区河道清淤轮浚工程——施工01 标”项目即采用了生态清淤、淤泥固化技术对城区河道进行治理。采用绞吸式环保清淤一体式挖泥船进行河道清淤，清淤底泥通过管道输送至固化站，利用板框压滤机进行固化处理后再利用。

二、工程背景

泰州市2020年度城市水利建设项目中的中子河位于城市中心，河道内不仅淤积较为严重，还存在着较多生活垃圾。河道两侧挡墙均为本世纪初建设，年代较为久远，两岸居民小区也都沿河而建。如采用传统水力冲挖清淤，一方面，降水后对河道两侧挡墙抗滑、抗倾要求较高，可能会引起挡墙的不均匀沉降，对工程的安全运行造成不良影响；另一方面，传统清淤过程中噪音较大，容易影响周边居民的正常生产生活。

传统清淤底泥的处理方式，为避免长距离运输而增加工程预算，一般是在工程区附近寻找大片空地用作排泥场，采用简单堆放、自然干化的原始方法固结后再利用。然而这种方法由于底泥固结时间较长，不可避免需要长期占用土地，不利于城市的发展。此外，采用排泥场进行底泥处理还容易污染环境，且存在安全隐患。

三、生态清淤、淤泥固化技术简介

（一）施工工艺概述

泵送工艺。高压泵形成高压水流→水力冲挖土体→泥浆泵吸浆→管道输送→管道接力泵→淤泥固化场。泵送工艺提高了整个淤泥处置过程的机械化程度，实现了淤泥预处理工艺的连续作业。

除渣、浓缩工艺。为了保证固化设备的正常运行，入场的泥浆必须进行除渣分选，将粒径大于两毫米的杂物通过振动筛装置进行除渣，除渣后的泥浆经过沉淀形成自然浓缩。

淤泥脱水固化一体化工艺。淤泥脱水固化的工艺设备技术是采用板框压滤式脱水机，在脱水之前加入固化剂，淤泥与固化剂搅拌均匀后脱水固化，主要流程为：淤泥处理剂添加→调浆均化→板框压滤脱水→干化土及尾水处置，压榨出的水可进行二次利用。

为保证淤泥固化生产流水线的正常运行，对淤泥固化设备可能发生的故障及安全隐患要做到及时发现、及时排除。采用淤泥固化智慧云管理系统，在操作室内的大屏幕上随时可以掌握整个淤泥固化系统运行状态，远程控制整个操作系统。

（二）施工技术应用

1.清淤方式比选

城市河道水体的生态疏浚与传统意义上的工程疏浚有着明显的区别，它是在河道水生态系统中底泥受到污染的情况下运用发展生态理论实施的生态修复工程。其本质是以工程、环境、生态相结合的方式促进城市河道水体的可持续发展，或称河道“生态位”的修复。在污染底泥沉积层采用工程措施，通过底泥的疏挖最大可能地将储积在该层中的污染营养物质移出水体以外，清除污染水体的内源，减少底泥污染物向水体的释放。改善水生态循环，遏制河道稳定性的退化，并为水生态系统的恢复创造条件。

2.清淤设备比选

生态疏浚设备的重点是疏浚头部设备，其中，密闭和抽吸是关键。根据生态疏浚的特点和环保控制的要求，工程中多采用环保无扰动型挖泥船。底泥密度＜1.8g/cm2，采用环保绞吸式疏浚船；底泥密度＞1.8g/cm2，采用环保斗轮式疏浚船。由于城市河道具有临河建筑多、底泥淤积严重、垃圾分布广和水体自净能力差等特点，宜选用小型设备施工（船宽＜6.0m，吃水＜1.0m，不可拆高＜2.5m），目前釆用较多的疏浚设备选型见表1。

表1 城市河道底泥生态疏浚设备选型表

对于小型绞吸式挖泥船，目前国内外常用的挖泥船有密闭抓斗式、环保绞吸式、射流泵清淤船等。密闭抓斗式挖泥船可以有效地清除河底较硬土块和含由生活垃圾的淤泥，但是其精度较差，对细颗粒底泥容易造成超挖或漏挖；环保绞吸式挖泥船采用铰刀切割底泥，精度较高，可达到厘米级，可有效降低因清除底泥而产生的淤泥悬浮污染扩散，目前应用较多；射流泵清淤船采用高压水流粉碎待清除的淤泥，可进一步降低对周围底泥的扰动。

通过对比上述几种清淤设备的性能，同时考虑中子河现场情况、城区用地影响及经济因素，采用操控方便、施工精度高的环保绞吸式挖泥船进行清淤。

3.底泥输送方式比选

河道清淤底泥的输送方式一般包括管运、船运、车运等方式。中子河位于城市中心，有较多跨河桥梁，不利于运泥船的工作；中子河采用环保绞吸式挖泥船抽吸底泥，底泥含水量较高，对运输车辆要求较高且运输途中容易污染环境。结合中子河现场施工条件，施工方案采用干河冲淤，将河道内淤泥通过管道接力泵输送到淤泥固化场。输泥管主要包括：岸管（陆上输泥管）、浮管（水上输泥管）及沉管（水下水泥管）三种。

4.底泥处理方式比选

河道底泥的处理关键在于解决底泥的快速固结问题，同时清除底泥中含有的各种重金属和有机污染物。目前淤泥脱水主要有物理方法、化学方法、复合干化法。物理方法主要通过自然沉降或人工强化等措施来降低底泥中的含水率，但其不能有效去除底泥中的重金属等污染物，需对固结后的底泥进行二次处理；化学方法是向底泥中加固化剂，通过化学反应来使底泥快速固结，同时可有效清除底泥中的污染物，该方法在国内外已得到广泛应用，施工技术较为成熟且施工方法较为简单。复合干化法是将淤泥固化与余水处理融为一体的技术方法，通过在疏浚管道添加高性能强氧化疏水剂与疏浚底泥电荷中和，实现毛细管水的分子级分离。该方法可以缩短工期，但目前工程实践较少，不确定因素较多。

中子河采用物理方法与化学方法相结合方式进行底泥固化处理，固结处理后的干土可直接运走，使得工程临时用地时间缩短至半年左右，大大降低了场地占用时间。

具体处理方法：入场泥浆经过振动筛装置进行重力分选，将大于2mm 粒径的杂物进行除渣拦截外运处置。分选后的泥浆进入沉淀池后，首先经过自然沉淀，调节泥浆浓度，然后通过管道泵，将达到一定浓度的泥浆输送至泥浆搅拌箱，同时将固化剂配料机配制的PAC、PAM 溶液通过计量泵输送至泥浆搅拌箱；再采用机械搅拌进行调理调质均化，使淤泥和处理剂溶液均匀混合并保持泥浆浓度恒定；最后将混合浆液送至板框压滤机进行机械脱水固化，形成干化土。目前干化土已经运用到城市绿化中，生态效益、经济效益突出。

四、结论及展望

生态固化清淤技术可以克服传统清淤方式在城区河道清淤过程中引起的诸多不便，泰州市2020年度城市水利建设项目中的中子河采用该技术进行清淤，达到了城市河道清淤的目的，促进了城市河道水环境的恢复，有效地减小了用地面积及用地时间，节约了土地资源，同时减小了因河道清淤而带来的环境污染，具有良好的生态效益和环保效益，可为其他城区河道整治工程提供借鉴■