中小河道治理中的清淤及淤泥處理技術

朱文君，練玉琴，陳冬驥

（上海陳政市政工程有限公司，上海市 200940）

0 引言

我國中小河道很多，但是大多都存在污染嚴重的問題，對人們的生產和生活造成了巨大的危害。究其原因，我國很多地區只是單一的追求經濟的快速發展，而對于其所帶來的生態環境污染問題卻不管不顧。目前，各地水利建設部門已經開始對中小河道污染治理技術展開深入的研究，將先進的治理技術和理念運用到中小河道的治理中，取得了較為顯著的效果。一直以來，河道淤積問題嚴重困擾著人們，傳統的清淤目的在于提升河道的灌溉和防洪能力，而現代的清淤目的則是有效解決河道污染源、改善河道水質等更高要求。然而當前中小河道清淤治理技術仍沒有合理、系統的技術方式，達不到清淤的要求。因此選取合理的清淤技術是當前中小河道清淤工程能夠發揮應有效果的前提。

1 中小河道治理中清淤技術的應用

當前的清淤工程仍然屬于環保清淤的類型，在施工前的準備工作中，河道底泥的分析檢測工序是必不可少的，判斷底泥中是否含有有害性、污染性物質。因此在前期調查工作中，需確定河道底泥的性質和實際淤積情況，有利于選擇處理技術方案。清淤技術的具體應用主要包括以下幾方面。

1.1 水下清淤方法的應用

該技術主要以挖泥船為施工平臺，在船上安裝清淤設備，將河道的淤泥進行開挖并通過特定管道輸送到指定的位置。按其在施工中的清淤方式可細分為抓斗式、絞吸式、泵吸式及斗輪式。其中抓斗式技術多應用在含有較多雜物且淤泥層較厚的中小河道，具體施工方法是通過安裝在船上的液壓抓斗將水下淤泥抓取，通過管道將其輸送到指定的地方。抓斗式清淤具有操作簡便、受天氣以及河道內障礙物影響較小等優點，但也有缺點，如經過擾動過的浮泥很容易二次沉入河道。根據相關研究表明，抓斗式清淤技術效果不明顯、效率低下，通常僅能達到30%，很難達到改善水質的目標。絞吸式清淤技術在中小河道清淤工程中最為適用，其有諸多優勢，如施工精確、效率高，河道通航不會受到影響。但在施工過程中，由于絞刀開挖具有開放式特征，容易出現二次淤積的問題。泵吸式清淤技術一般適用于小型河道施工中，可以同時完成淤泥轉移與清除工序，然而在施工過程中可能會吸出較多的河水，為淤泥的處理增加了工作量。斗輪式清淤技術多應用在淤泥層較厚的中型河道中，施工過程中不受外界環境的影響，施工精度高。但在實際施工中，存在淤泥中所含污染物擴散等情況，如果清淤不徹底將會使周邊的水體受到污染。

1.2 排干清淤技術的應用

排干清淤技術目前常應用于徑流量小，沒有通航、防洪功能的河道清淤施工中，包含干挖與水力沖挖兩種方式[1]。采用干挖方式清淤，施工中挖掘機將淤泥進行開挖，然后通過渣土車外運。該方法具有施工簡便、施工機械普通、清淤效果理想等優點。水力沖挖是應用高壓水槍對底泥進行沖刷，被沖刷的泥漿會順著水流方向流向低洼區域，然后便可完成吸取與輸送。水力沖挖具有成本低、機械要求低等優勢。綜合來看，排干清淤技術可使施工質量得以保證，即使對于包含過多垃圾物質等工程也可做到游刃有余。但其在施工中應做好施工時間控制，通常汛期階段禁止施工。同時，施工中不利于對生態系統、邊坡等的保護。

1.3 環保清淤技術的應用

環保清淤在清淤過程中注重保護水體環境不受影響的前提下改善水質。在施工過程中，該清淤方式對清淤設備有較高的要求，同時需要很好的控制水體渾濁度，合理地選擇淤泥排放位置。目前，環保絞吸式清淤技術多應用在中小河道清淤過程中，具有控制污染物擴散和泄露的優點。根據研究表明，采用該方法清淤效果明顯，清淤率較高，而且因絞吸式挖泥船中安裝有監控和定位裝置，施工過程中可以準確判斷挖掘軌跡、挖掘精度等，確保清淤效果達到目標要求[2]。

2 處理淤泥的相關技術研究

在河道清淤過程中會產生較多的淤泥，這些淤泥通常具有含水率高、強度低等性質，部分淤泥中可能含有有毒物質，經過雨水沖刷后容易浸出，從而對周圍水環境造成二次污染。因此合理地處理清淤過程中產生的淤泥是非常重要的。淤泥的處理方法受到淤泥本身的物理和化學性質的影響，這些性質主要包括淤泥的初始含水率、黏粒含量、有機質含量、黏土礦物種類及污染物類型和污染程度。在實際工程中，應根據待處理淤泥的基本性質和所處的地理位置，選擇最適宜的處理技術。

2.1 無污染淤泥與有污染淤泥的處理

無污染淤泥與有污染淤泥的處理方法是不同的，其中有污染淤泥含有的污染物種類不同，其相應的處理方法也不相同[3]。在某些水利工程中產生的淤泥基本上沒有污染物或污染物低于相關標準，如南水北調東線工程淮安白馬湖段疏浚淤泥無重金屬污染，同時氮、磷等營養鹽的含量也低，該類無污染或污染程度較輕的淤泥主要產自工業水平不發達的農村地區，可對其進行資源化處理。對于有污染的淤泥，在處理過程中首先考慮如何有效地降低污染程度，如采用鈍化穩定性技術降低淤泥中重金屬含量。經過處理后的淤泥的用途也是選擇淤泥處理技術的前提，如當淤泥中含有較高的氮、磷營養鹽時，經過處理后，可用作路堤或普通填土，距水源地較遠，可不用考慮氮、磷會再次進入水源造成二次污染。

2.2 污染淤泥的鈍化處理技術

工業化程度高的地區由于工業廢水的排放，河道淤泥中重金屬污染物含量較高，如上海蘇州河的淤泥中重金屬含量是正常值的2倍，對此類重金屬超標的淤泥，可以采用鈍化處理技術。因為在不同的環境條件下淤泥中所含重金屬的活性狀態是不同的，鈍化處理是在淤泥中添加相應的化學物質，減小重金屬活性狀態，將其由不穩定狀態轉變為穩定狀態，從而達到降低污染的目標。此外，在淤泥中添加的化學物質與淤泥發生化學反應后會產生包裹重金屬的物質，可以降低重金屬的浸出性，從而進一步降低重金屬的釋放和危害[3]。

2.3 堆場淤泥處置技術

清淤工程中通常設置淤泥堆場，堆場處理技術是采用一系列的處理措施使淤泥加快固結沉降，并運用相應的技術對堆場淤泥表層進行處理，使淤泥堆場可以循環使用或者達到淤泥堆場的快速復耕目標。淤泥堆場循環使用的目的是減小堆場的數量和占地，堆場表層處理技術是為后續施工提供操作平臺，而堆場的快速復耕技術則是通過系列技術的結合達到使淤泥堆場快速還原為耕地。

2.3.1 堆場周轉使用技術

為了減小堆場的數量和占地，要求堆場周轉使用，即對堆場中的淤泥采取技術措施快速處理，之后再次堆放新淤泥，從而達到堆場循環利用的目的。堆場周轉技術采用小堆場、高效周轉的理念，改變了過去的大堆場、占地多的方法，對于土地資源緊缺的地區是較為有利的。堆場周轉技術的設計主要考慮需要處理的淤泥總量、堆場的容量、周轉周期和周轉次數等，該技術通常可以和固化或者干化技術相結合，就地采用固化淤泥或干化淤泥作為堆場圍堰，同時也可以對堆場內的淤泥進行快速資源化利用。

2.3.2 堆場表層處理技術

清淤過程中產生的淤泥初始含水率一般較高，而淤泥顆粒非常細小，黏粒含量通常大于20%，淤泥的性質導致了淤泥在堆場中沉積速度比較緩慢，固結時間較長。據研究表明，吹淤后的淤泥堆場在落淤后的兩三年時間內只能在表面形成20 cm左右厚的天然硬殼層，而下部仍然為流態的淤泥，含水率仍在1.5倍液限以上，進行普通的地基處理難度很大[5]。堆場表層處理技術則是采用淤泥堆場原位固化處理技術，在淤泥堆場表面快速形成一層人工硬殼層，人工硬殼層具有一定的強度和剛度，滿足小型機械的施工要求，可以進行排水板鋪設和堆載施工。人工硬殼層的設計是表層處理技術的關鍵，主要考慮后續施工的要求，結合下部淤泥的性質，通過試驗和模擬確定硬殼層的強度參數和設計厚度，人工硬殼層技術又往往和淤泥固化技術相結合形成固化淤泥人工硬殼層，也可以利用聚苯乙烯泡沫塑料顆粒形成輕質人工硬殼層則效果更好。

2.4 淤泥資源化利用技術

上面闡述的淤泥固化、干化、土壤化等各種能把廢棄淤泥變為資源重新進行使用的技術都屬于淤泥的資源化利用范疇。此外，淤泥資源化利用技術還包括把淤泥制成磚瓦的熱處理方法。熱處理方法是通過加熱、燒結將淤泥轉化為建筑材料，按照原理的差異又可以分為燒結和熔融。燒結是通過加熱800～1 200℃，使淤泥脫水、有機成分分解、粒子之間黏結，如果淤泥的含水率適宜，則可以用來制磚或水泥。熔融則是通過加熱1 200～1 500℃使淤泥脫水、有機成分分解、無機礦物熔化，熔漿通過冷卻處理可以制作成陶粒。熱處理技術已經比較成熟，國外和國內的不少學者都進行過相關研究。熱處理技術的特點是產品的附加值高，但熱處理技術能夠處理的淤泥量非常有限，比如普通制磚廠一年大概能消耗淤泥5萬m3，不能滿足目前我國疏浚淤泥動輒上百萬立方米發生量的處理需求，從淤泥的大規模產業化處理前景來講，固化、干化、土壤化的淤泥資源化利用技術是具有生命力的，若與堆場處理技術相結合則更能顯示出效益。

3 清淤及淤泥處理處置技術的發展方向

隨著社會的發展和對生態環境保護的重視，越來越多的城市和農村河道繼續開展清淤和疏浚工程，清淤產生的大量淤泥占用大面積堆場，因此對清淤技術和淤泥處理處置技術提出了新的要求。最新的清淤技術目前有以下幾種：

（1）高濃度原位環保清淤方法。由于目前常用的環保清淤方法清淤出的淤泥濃度在15%～20%，水分子的體積要遠大于土顆粒的體積，清淤泥漿的體積為顆粒的4～5倍。這些高含水的泥漿往往需要較大的堆場進行放置，很多清淤工程因為堆場場地的問題而受到嚴重制約。高濃度原位環保清淤能夠降低清淤過程中泥漿的增容率，在中間輸送過程中可以使泥漿含水率得到降低，將淤泥直接變成可以用于填土的土料使用。因此為了節省占地和降低整個清淤和淤泥處理的成本，高濃度原位環保清淤技術已經成為未來的發展趨勢。

（2）堆場淤泥快速排水技術。目前大多數內河清淤的淤泥都在堆場中堆放，淤泥堆場經過地基處理，解決其長期沼澤狀態的問題后可用于建設、景觀、農田利用的土地。而這一地基處理過程就是淤泥固結排水的過程。淤泥黏粒含量高、透水性差，在自重作用下的固結時間長，自重固結后的強度低。淤泥的快速排水固結問題成為一個亟待解決的問題。軟黏土地基使用的真空預壓法和堆載預壓法對于淤泥往往難以發揮良好的效果。淤泥含水率極高，處于流動狀態，顆粒之間的有效應力非常低，在高壓抽真空的狀態下淤泥顆粒會和間隙水一起流動，從而使排水板出現淤堵而無法排水。如何解決排水系統的淤堵問題成為淤泥快速排水的關鍵。堆場淤泥快速排水技術是在淤泥內鋪設多層多排水平排水通道，其層間距、排間距都在60～80 cm，以形成高密度泥下排水網絡。將該網絡與地面密封的水平排水管密封連接，再與射流排水裝置連接后抽氣抽水，可加快淤泥的排水速度。目前這一技術開發和其中的關鍵問題尚處于探索的初期階段[6]。

4 結語

中小河道、農村河道的清淤工程既有傳統清淤的“疏通”目的，也就是解決排澇、防洪、灌溉功能保障的目的，也有改善河道水質，促進生態系統健康，提升河道景觀的深層目的。因此，從清淤的前期工作、方案制定、工藝選擇、工程實施的所有環節中，必須保證這種“多目的”清淤的特征。中小河道、農村河道的清淤工程與港口航道和大江大河清淤工程有所不同，具有工程量小、大型船只通行困難、清淤對象含有各種垃圾、性質復雜的特點。從這種特點出發較為簡易的清淤技術往往易于采用。無論采用何種技術，河道治理的主要目標——水質改善應該是清淤方法、工藝選擇中必須考慮的問題。因地制宜，考慮河道的各種條件，在有條件的情況下選擇排干清淤不失為一種現實的選擇。在不能夠排干的情況下，通過改進的小型泵吸式、絞吸式清淤船可以成為一種選擇，也是小河道清淤技術發展的方向。農村地區有別于沿海城市，具備低洼地帶和周轉土地的優勢，因此在淤泥處理方面也應該突出因地制宜的思想。淤泥在低洼地帶堆放后還原為土地利用，無重金屬污染淤泥的還田，以及簡單處理后作為河堤加固、道路鋪設的填土進行使用，是最為適合農村地區的方法。目前，清淤工程中一些新技術、新方法大多數還是為大規模工程和城市地區的工程而開發，中小河道和農村地帶的清淤工程設備的適用性問題需要進一步的研究和開發。

[1]徐麗.中小河道治理中的清淤及淤泥處理技術研究[J].南方農機，2017，48(6)：74-75.

[2]蘭彬.中小河道治理中的清淤及淤泥處理技術[J].黑龍江科技信息，2016(15):240.

[3]包建平，朱偉，閔佳華.中小河道治理中的清淤及淤泥處理技術[J].水資源保護，2015，31(1)：56-62.

[4]唐運平，張志揚，鄧小文，等.利用城市生態河道深度凈化污水處理廠出水的工程技術研究 [J].環境工程學報，2009,3(7)：1165-1169.

[5]劉青松，張春雷，汪順才，等.淤泥堆場人工硬殼層地基極限承載力室內模擬研究[J].巖土力學，2008，29(S1):671-674．

[6]周源，高玉峰，陶輝，等.透氣真空快速泥水分離技術對淤泥水分的促排作用[J].巖石力學與工程學報，2010，29(S1):3064-3070．