內(nèi)河航道疏浚清淤中船載離心脫水系統(tǒng)的應(yīng)用

黎超 江西省信江通航管理中心

1.清淤離心脫水系統(tǒng)介紹

清淤離心脫水系統(tǒng)，在淤泥開挖方面沿用的是船載挖掘機挖泥原理，只是比傳統(tǒng)的浮船挖機挖泥效率更高，將內(nèi)河航道內(nèi)淤泥挖出后泥船靠岸，由挖機將淤泥投放于河岸邊預(yù)先設(shè)置的儲泥池內(nèi)，再進行池內(nèi)淤泥均質(zhì)攪拌，并通過清淤離心脫水系統(tǒng)將淤泥就地處理：即將原泥和水充分分離，分離后的水體清液沿管路重新流回內(nèi)河航道，固體廢棄物則直接裝入運輸車輛運走填埋或干化焚燒處理。針對該系統(tǒng)存在的弊端，進而研發(fā)出船載離心機脫水系統(tǒng)。

2.工程背景

H河流域面積247km2，河流全長27.50km，內(nèi)河航道平均縱坡37‰。其中上游內(nèi)河航道長約12km，具有山區(qū)河流的特點，河床狹窄，內(nèi)河航道曲折，呈V字形河槽，內(nèi)河航道寬約30～60m，內(nèi)河航道縱坡40‰；中游河段內(nèi)河航道長7km，內(nèi)河航道縱坡20‰，河床呈寬淺復(fù)式河床，河床寬近百米。下游航道長約8.5km，內(nèi)河航道縱坡16‰，河床展寬呈寬淺式，平面河槽形態(tài)呈蜿蜒型。H河多年平均年徑流深為62mm，年徑流量為1531.4萬m3，最大徑流量出現(xiàn)在1967年，年徑流量為3082萬m3，最小年徑流量出現(xiàn)在1972年，年徑流量為663萬m3，多年平均徑流系數(shù)0.121，清水流量約為0.15m3/s。H河洪水多發(fā)生在汛期的6～9月，常常形成局部性山洪，且為山洪冰雹多發(fā)區(qū)。該河屬于山區(qū)內(nèi)河航道，流域洪水主要由暴雨形成，大洪水多發(fā)生在7、8兩月，最遲可到10月上旬。區(qū)域內(nèi)時空分布極不均勻，持續(xù)時間一般小于24小時，超過三天的比較罕見。據(jù)實測資料統(tǒng)計，24小時雨量一般占到三日雨量的80%左右。而小范圍局部暴雨則形成尖瘦型洪水，歷時較短，呈峰高量小的特點。該內(nèi)河航道沒有進行過系統(tǒng)治理，隨著河道的逐年淤泥，現(xiàn)X河段及以上泥沙淤積高程為1123.65m，一遇降雨，雨水漫流，嚴重影響著周邊居民的生命財產(chǎn)安全。加強內(nèi)河航道治理作為國家公共服務(wù)的重點工程，防洪減災(zāi)的重要內(nèi)容和水利建設(shè)的主要任務(wù)，政府一直非常重視。防洪減災(zāi)事關(guān)國計民生，洪水來無定時，因此該內(nèi)河航道清淤治理十分必要和緊迫。

3.船載離心機系統(tǒng)的應(yīng)用

常規(guī)清淤方式和國內(nèi)相關(guān)機構(gòu)研制出清淤離心脫水系統(tǒng)清淤方式的共同點在于使淤泥轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇\輸泥漿的過程均在陸地上完成，如果這一過程在清淤內(nèi)河航道水體中完成，那么場地占用問題及二次污染問題便迎刃而解。基于此，研發(fā)機構(gòu)在改進其清淤離心脫水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出船載離心機脫水系統(tǒng)，該系統(tǒng)將移動離心機集成系統(tǒng)置于清淤船之上，通過清淤船載離心系統(tǒng)在清淤船上動態(tài)脫水，即通過可移動式離心機集成系統(tǒng)的應(yīng)用便可完成內(nèi)河航道清淤施工作業(yè)全過程。

3.1 工藝原理

按照設(shè)計理念，先通過水陸兩用挖掘車或絞吸挖掘船進行待清理內(nèi)河航道淤泥開挖，再通過船艙內(nèi)分離池將所挖掘淤泥分篩，初步分篩出大顆粒物后，轉(zhuǎn)動折疊格柵架使顆粒物掉入臨時儲存池，分篩后的淤泥則進入船艙內(nèi)分篩池并進行攪拌，待初步達到分離濃度后，由泵送裝置將分篩后的淤泥輸送至船載離心機脫水系統(tǒng)進一步分離，分離后的清液小部分返回分篩池回用，大部分重新排入內(nèi)河航道。分離后的泥漿則直接泵送至運輸車或接駁船后填埋、干化焚燒。

3.2 系統(tǒng)的可行性分析

通過以上設(shè)計原理可以看出，該清淤脫水系統(tǒng)付諸實施的核心在于一套完整的船載離心脫水集成系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，即如何將離心脫水集成系統(tǒng)與傳統(tǒng)的清淤船有機結(jié)合，徹底逆轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的固定場地脫水的清淤處理模式，系統(tǒng)運行細節(jié)設(shè)計具體見圖1。

3.3 系統(tǒng)的應(yīng)用過程分析

考慮到該河流內(nèi)河航道周圍閑置土地少，要求淤泥處理過程不能對周圍土壤造成污染，為防止清淤施工影響河道通航的需要，清淤時間應(yīng)越短越好，所以，船載離心機脫水系統(tǒng)在該內(nèi)河航道清淤處理方面的應(yīng)用優(yōu)勢明顯。船載離心機脫水系統(tǒng)在該內(nèi)河航道清淤治理的應(yīng)用過程中，為確保切割輸送進臥螺離心機的固體廢棄物負荷不超出離心機荷載能力，應(yīng)先進行水力負荷的調(diào)整，以防多余的固體廢棄物隨著清液重新排回內(nèi)河航道，導(dǎo)致臥螺離心機電機荷載增大的同時，影響清淤效果。根據(jù)設(shè)計，為保證離心機性能的充分發(fā)揮，提升清淤施工工效，應(yīng)將進入臥螺離心機的切割后的固體廢棄物負荷控制在離心機最大荷載的60%以上。該內(nèi)河航道清淤所使用的船載離心機脫水系統(tǒng)參數(shù)具體見表1。

由上表參數(shù)取值情況可以看出，在船載離心機脫水系統(tǒng)清淤施工過程中，將離心機轉(zhuǎn)速設(shè)定在1300r/min，系統(tǒng)淤泥處理能力即可達到200m3/h，滿足該內(nèi)河航道清淤治理工程需要，且處理后的固相淤泥干度可達44.8%，符合運輸要求，固相淤泥經(jīng)現(xiàn)場分離后可直接運輸。根據(jù)施工規(guī)范及類似工程疏浚清淤施工經(jīng)驗，結(jié)合設(shè)計圖紙淤泥清理一次性挖大設(shè)計標高，并在該內(nèi)河航道X段北側(cè)開挖出一條比設(shè)計標高深2～3m的溝渠，以達到航道淤積疏浚的目的。

圖1 系統(tǒng)運行細節(jié)設(shè)計

表1 船載離心機脫水系統(tǒng)參數(shù)

4.結(jié)論

船載離心機脫水系統(tǒng)在H內(nèi)河航道清淤治理工程中的應(yīng)用結(jié)果表明，與河岸現(xiàn)場臨時建設(shè)處理車間、儲泥池以及處置過程結(jié)束后拆除的處理技術(shù)相比，安裝在清淤船上的船載離心機脫水系統(tǒng)有效解決了場地問題，只要清淤船能通行的內(nèi)河航道均可開展清淤施工，真正實現(xiàn)在內(nèi)河航道水面移動、實時清淤處理的功能，該系統(tǒng)在實際工程現(xiàn)場清淤方面的應(yīng)用效果也完全達到了工程清淤治理的設(shè)計要求，可見，該系統(tǒng)技術(shù)具有較大的推廣應(yīng)用價值。但是，船載離心機脫水系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中還面臨諸多技術(shù)難題，也存在較大的技術(shù)改進優(yōu)化空間，例如將傳統(tǒng)技術(shù)中的清淤處理平臺（處理車間、儲泥池等）從地面搬移至清淤船上，空間必然受到限制，淤泥處理能力也將受到影響，為達到更大的淤泥處理能力，必須進一步加強結(jié)構(gòu)的整合設(shè)計；現(xiàn)有船載離心機脫水系統(tǒng)在日常維護方面必須加強安全穩(wěn)定性能測試，確保施工過程的安全性與高效性，同時，還應(yīng)加強清淤船固液分離過程中成套設(shè)備運行的減噪處理設(shè)計，在船載離心機脫水系統(tǒng)疏浚清淤的基礎(chǔ)上，積極探索內(nèi)河航道的生態(tài)修復(fù)、污水處理、堤岸修復(fù)等可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)。