河湖淤泥疏浚及淤泥處理處置技術應用研究

黃 勝

中交二航局市政建設有限公司

1 引言

為改善河湖狀況需要進行淤泥疏浚工程，疏浚淤泥經(jīng)常采用堆放處置措施。由于疏浚泥沉積固結速率慢等特點，采用堆放疏浚泥帶來大面積占用土地資源的問題。我國由于技術經(jīng)費原因，淤泥尚無合理的處理技術，大多以農(nóng)肥形式用于農(nóng)業(yè)。近年來河湖生態(tài)疏浚新技術工藝不斷推廣應用，棗陽市沙河水環(huán)境綜合治理工程對河湖生態(tài)環(huán)保疏浚工程管理提出新要求，目前國內(nèi)河湖生態(tài)疏浚方面尚無統(tǒng)一技術規(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應用提供借鑒。

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移，減少水體內(nèi)源污染釋放對水質影響。為快速完成泥沙淤積處理，應對淤泥進行有效處理，發(fā)揮河道生態(tài)功能，提升周圍滲透環(huán)境質量。疏浚淤泥具有強度低，含有病原生物等特性，疏浚淤泥運輸中易灑落；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。

當今社會信息技術日益普及，我國不斷加大河湖資源建設力度，受到河湖地理位置限制，需要對河湖邊區(qū)域泥沙淤積進行處理。我國相關領域專家針對典型河湖建立相應模型，進行系列技術性專項研究，為淤泥疏浚問題解決奠定了基礎。發(fā)達國家以商業(yè)化方式對淤泥進行處理利用。英法等國家在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。我國淤泥處理主要進行填埋處理，造成土地資源浪費。泥水分離技術研發(fā)應用可以減少疏浚泥堆場用地面積，對解決疏浚泥場征地帶來的系列社會問題具有重要意義。目前快速固結技術經(jīng)過多年室內(nèi)研究，形成包括關鍵技術參數(shù)等方面的技術內(nèi)容，但大面積推廣應用需要經(jīng)過工程實踐檢驗，形成成熟的施工工藝。

3 河湖疏浚泥淤泥處置技術

為驗證快速固結技術取得室內(nèi)中試成果，及結論性意見在工程實踐中的可靠性，在棗陽市沙河水域城市水環(huán)境綜合治理項目中，對河湖疏浚堆場關鍵技術進行工程應用試驗，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)濟社會發(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。干式清淤法針對水量不大的河道，將淤泥層暴露出來，采用人工方法對河道清淤。其優(yōu)點是易于控制清淤深度，施工效率高；缺點是對堤岸穩(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。通常采用汽車運輸淤泥，易造成淤泥撒漏產(chǎn)生二次污染。半干式清淤針對水量不大的河道，采用泵送設備抽排清淤。半干式清淤的特點是將河道積水排干，留有10cm～20cm 深河水攪拌淤泥。采用管道輸送方式[3]。其優(yōu)點是可不用車輛運輸，避免二次污染問題；缺點是泵吸能耗較大。濕式清淤是國內(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旋轉鉸刀裝置，經(jīng)吸泥管絞起泥沙物料，輸送到泥沙物料堆積場。挖運等作業(yè)可一次連續(xù)完成。

圖1 機械一體化淤泥處理工藝

國內(nèi)外生態(tài)清淤采用絞吸挖泥方式，國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)實施很多淤泥生態(tài)清淤處理項目，如南京玄武湖等，常見的淤泥處理有傳統(tǒng)機械脫水法、化學固化法、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。自然晾曬是最簡單的方法。許多內(nèi)陸湖泊采用堆泥場自然干化法，如無錫五里湖底泥疏浚工程。通常要設置堆場，雖然堆場晾曬是最簡單的脫水方法，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質含量低、持水性差的淤泥脫水。疏浚淤泥黏度高，真空排水通道會被淤堵。有關疏浚泥固化處理集中于疏浚淤泥強度等力學特性研究。采用強膠結才老，使疏浚淤泥可一次膠結成型。固化處理后疏浚淤泥可作為建材使用，但淤泥化學固化技術成本較高，淤泥處置環(huán)境經(jīng)濟效益較差。

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

4 河湖疏浚泥淤泥處理技術的應用

本項目清淤斷面設計按照“清除污染層、維持河岸穩(wěn)定”的原則設計。以淤積厚度為依據(jù)，確定出設計清淤開挖控制線，目前清淤量計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算。根據(jù)《疏浚與吹填工程設計規(guī)范》（JTS 181—5—2012），計算超深按0.15m考慮。目前國內(nèi)常用的河道清淤采用圍堰干挖、機械疏挖等方案。

圍堰干挖是將河道分段截流排干水體后，采用機械與人工相結合的辦法，利用反鏟挖掘機挖裝土。方案施工簡單，可利用周邊堆場堆放淤泥，但工期較長；對渠道的寬度要在一定范圍內(nèi)，渠道兩岸需有供挖土機行走道路，淤泥轉運時對運輸車密封要求較高，運輸成本高。絞吸式挖泥船是在清淤工程中運用廣泛，利用吸水管前端旋轉絞刀裝置，將河底泥沙進行切割，將絞起的泥沙物料，由排泥管輸送到泥沙物料堆積場，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)點是不影響河道正常運行，淤泥由排泥管封閉輸送，對周邊環(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；缺點是運維要求較高，對河道寬度有一定要求。

本工程清淤范圍為護城河的書院街至關南街段、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，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械疏挖；河道兩側有現(xiàn)狀房屋，周邊排污口做導流，護城河清淤量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，建議采用機械疏挖進行清淤。

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輸傾倒，干化后的泥土作為農(nóng)用土使用[4]。河道水質污染情況比較嚴重，污染物濃度含量較高，對堆場土壤產(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“脫水固結一體化”處理系統(tǒng)進行泥漿的調(diào)理。對淤泥進行脫水固結處理，淤泥體積減量約60%，可完成對重金屬、細菌等有害物質的消毒或固結。

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，增加抗壓強度。淤泥固化劑由結構劑、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，表現(xiàn)出含水率降低、良好的抗壓抗剪能力。通過復雜的理化反應將淤泥轉化成類似土壤的固化體[5]。真空預壓法是在軟基表面鋪設砂墊層，用封閉膜使其與大氣隔絕，通過砂墊層內(nèi)埋設吸水管道，自然干化占地面積大；真空預壓法占地面積較大，場地較難滿足；板框壓濾處理方案，用電量大，處理后的泥餅需要轉運；淤泥固化處理方案，耗電量小，但需占用場地。本工程選用淤泥固化處理。

5 結束語

隨著國家治理黑臭水體力度加大，各地加快推進黑臭水體進程。因地制宜采用合適的工程技術手段，快速處理污泥底泥成為流域水體治理的關鍵。采用合乎實際的資源化方案，對實現(xiàn)黑臭水體治理目標具有重要作用。本項目設計概算為106452.09 萬元，工程其他費用19853.36 萬元，基本預備費7336.12 萬元。棗陽沙河城區(qū)段的控源截污、兩岸綠道建設，促進人與自然和諧相處，著力打造美麗棗陽，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會環(huán)境綜合效益的最大化。