中小河道治理中的清淤及淤泥處理技術(shù)

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(yán)重的問題，對(duì)人們的生產(chǎn)和生活造成了巨大的危害。究其原因，我國很多地區(qū)只是單一的追求經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，而對(duì)于其所帶來的生態(tài)環(huán)境污染問題卻不管不顧。目前，各地水利建設(shè)部門已經(jīng)開始對(duì)中小河道污染治理技術(shù)展開深入的研究，將先進(jìn)的治理技術(shù)和理念運(yùn)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(yán)重困擾著人們，傳統(tǒng)的清淤目的在于提升河道的灌溉和防洪能力，而現(xiàn)代的清淤目的則是有效解決河道污染源、改善河道水質(zhì)等更高要求。然而當(dāng)前中小河道清淤治理技術(shù)仍沒有合理、系統(tǒng)的技術(shù)方式，達(dá)不到清淤的要求。因此選取合理的清淤技術(shù)是當(dāng)前中小河道清淤工程能夠發(fā)揮應(yīng)有效果的前提。

1 中小河道治理中清淤技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前的清淤工程仍然屬于環(huán)保清淤的類型，在施工前的準(zhǔn)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(zhì)。因此在前期調(diào)查工作中，需確定河道底泥的性質(zhì)和實(shí)際淤積情況，有利于選擇處理技術(shù)方案。清淤技術(shù)的具體應(yīng)用主要包括以下幾方面。

1.1 水下清淤方法的應(yīng)用

該技術(shù)主要以挖泥船為施工平臺(tái)，在船上安裝清淤設(shè)備，將河道的淤泥進(jìn)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(xì)分為抓斗式、絞吸式、泵吸式及斗輪式。其中抓斗式技術(shù)多應(yīng)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(nèi)障礙物影響較小等優(yōu)點(diǎn)，但也有缺點(diǎn)，如經(jīng)過擾動(dòng)過的浮泥很容易二次沉入河道。根據(jù)相關(guān)研究表明，抓斗式清淤技術(shù)效果不明顯、效率低下，通常僅能達(dá)到30%，很難達(dá)到改善水質(zhì)的目標(biāo)。絞吸式清淤技術(shù)在中小河道清淤工程中最為適用，其有諸多優(yōu)勢(shì)，如施工精確、效率高，河道通航不會(huì)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(xiàn)二次淤積的問題。泵吸式清淤技術(shù)一般適用于小型河道施工中，可以同時(shí)完成淤泥轉(zhuǎn)移與清除工序，然而在施工過程中可能會(huì)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(shù)多應(yīng)用在淤泥層較厚的中型河道中，施工過程中不受外界環(huán)境的影響，施工精度高。但在實(shí)際施工中，存在淤泥中所含污染物擴(kuò)散等情況，如果清淤不徹底將會(huì)使周邊的水體受到污染。

1.2 排干清淤技術(shù)的應(yīng)用

排干清淤技術(shù)目前常應(yīng)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(jī)將淤泥進(jìn)行開挖，然后通過渣土車外運(yùn)。該方法具有施工簡便、施工機(jī)械普通、清淤效果理想等優(yōu)點(diǎn)。水力沖挖是應(yīng)用高壓水槍對(duì)底泥進(jìn)行沖刷，被沖刷的泥漿會(huì)順著水流方向流向低洼區(qū)域，然后便可完成吸取與輸送。水力沖挖具有成本低、機(jī)械要求低等優(yōu)勢(shì)。綜合來看，排干清淤技術(shù)可使施工質(zhì)量得以保證，即使對(duì)于包含過多垃圾物質(zhì)等工程也可做到游刃有余。但其在施工中應(yīng)做好施工時(shí)間控制，通常汛期階段禁止施工。同時(shí)，施工中不利于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、邊坡等的保護(hù)。

1.3 環(huán)保清淤技術(shù)的應(yīng)用

環(huán)保清淤在清淤過程中注重保護(hù)水體環(huán)境不受影響的前提下改善水質(zhì)。在施工過程中，該清淤方式對(duì)清淤設(shè)備有較高的要求，同時(shí)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(huán)保絞吸式清淤技術(shù)多應(yīng)用在中小河道清淤過程中，具有控制污染物擴(kuò)散和泄露的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)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(jiān)控和定位裝置，施工過程中可以準(zhǔn)確判斷挖掘軌跡、挖掘精度等，確保清淤效果達(dá)到目標(biāo)要求[2]。

2 處理淤泥的相關(guān)技術(shù)研究

在河道清淤過程中會(huì)產(chǎn)生較多的淤泥，這些淤泥通常具有含水率高、強(qiáng)度低等性質(zhì)，部分淤泥中可能含有有毒物質(zhì)，經(jīng)過雨水沖刷后容易浸出，從而對(duì)周圍水環(huán)境造成二次污染。因此合理地處理清淤過程中產(chǎn)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(xué)性質(zhì)的影響，這些性質(zhì)主要包括淤泥的初始含水率、黏粒含量、有機(jī)質(zhì)含量、黏土礦物種類及污染物類型和污染程度。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)待處理淤泥的基本性質(zhì)和所處的地理位置，選擇最適宜的處理技術(shù)。

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(yīng)的處理方法也不相同[3]。在某些水利工程中產(chǎn)生的淤泥基本上沒有污染物或污染物低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如南水北調(diào)東線工程淮安白馬湖段疏浚淤泥無重金屬污染，同時(shí)氮、磷等營養(yǎng)鹽的含量也低，該類無污染或污染程度較輕的淤泥主要產(chǎn)自工業(yè)水平不發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)，可對(duì)其進(jìn)行資源化處理。對(duì)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(wěn)定性技術(shù)降低淤泥中重金屬含量。經(jīng)過處理后的淤泥的用途也是選擇淤泥處理技術(shù)的前提，如當(dāng)淤泥中含有較高的氮、磷營養(yǎng)鹽時(shí)，經(jīng)過處理后，可用作路堤或普通填土，距水源地較遠(yuǎn)，可不用考慮氮、磷會(huì)再次進(jìn)入水源造成二次污染。

2.2 污染淤泥的鈍化處理技術(shù)

工業(yè)化程度高的地區(qū)由于工業(yè)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(duì)此類重金屬超標(biāo)的淤泥，可以采用鈍化處理技術(shù)。因?yàn)樵诓煌沫h(huán)境條件下淤泥中所含重金屬的活性狀態(tài)是不同的，鈍化處理是在淤泥中添加相應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，減小重金屬活性狀態(tài)，將其由不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，從而達(dá)到降低污染的目標(biāo)。此外，在淤泥中添加的化學(xué)物質(zhì)與淤泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生包裹重金屬的物質(zhì)，可以降低重金屬的浸出性，從而進(jìn)一步降低重金屬的釋放和危害[3]。

2.3 堆場淤泥處置技術(shù)

清淤工程中通常設(shè)置淤泥堆場，堆場處理技術(shù)是采用一系列的處理措施使淤泥加快固結(jié)沉降，并運(yùn)用相應(yīng)的技術(shù)對(duì)堆場淤泥表層進(jìn)行處理，使淤泥堆場可以循環(huán)使用或者達(dá)到淤泥堆場的快速復(fù)耕目標(biāo)。淤泥堆場循環(huán)使用的目的是減小堆場的數(shù)量和占地，堆場表層處理技術(shù)是為后續(xù)施工提供操作平臺(tái)，而堆場的快速復(fù)耕技術(shù)則是通過系列技術(shù)的結(jié)合達(dá)到使淤泥堆場快速還原為耕地。

2.3.1 堆場周轉(zhuǎn)使用技術(shù)

為了減小堆場的數(shù)量和占地，要求堆場周轉(zhuǎn)使用，即對(duì)堆場中的淤泥采取技術(shù)措施快速處理，之后再次堆放新淤泥，從而達(dá)到堆場循環(huán)利用的目的。堆場周轉(zhuǎn)技術(shù)采用小堆場、高效周轉(zhuǎn)的理念，改變了過去的大堆場、占地多的方法，對(duì)于土地資源緊缺的地區(qū)是較為有利的。堆場周轉(zhuǎn)技術(shù)的設(shè)計(jì)主要考慮需要處理的淤泥總量、堆場的容量、周轉(zhuǎn)周期和周轉(zhuǎn)次數(shù)等，該技術(shù)通常可以和固化或者干化技術(shù)相結(jié)合，就地采用固化淤泥或干化淤泥作為堆場圍堰，同時(shí)也可以對(duì)堆場內(nèi)的淤泥進(jìn)行快速資源化利用。

2.3.2 堆場表層處理技術(shù)

清淤過程中產(chǎn)生的淤泥初始含水率一般較高，而淤泥顆粒非常細(xì)小，黏粒含量通常大于20%，淤泥的性質(zhì)導(dǎo)致了淤泥在堆場中沉積速度比較緩慢，固結(jié)時(shí)間較長。據(jù)研究表明，吹淤后的淤泥堆場在落淤后的兩三年時(shí)間內(nèi)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(tài)的淤泥，含水率仍在1.5倍液限以上，進(jìn)行普通的地基處理難度很大[5]。堆場表層處理技術(shù)則是采用淤泥堆場原位固化處理技術(shù)，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(qiáng)度和剛度，滿足小型機(jī)械的施工要求，可以進(jìn)行排水板鋪設(shè)和堆載施工。人工硬殼層的設(shè)計(jì)是表層處理技術(shù)的關(guān)鍵，主要考慮后續(xù)施工的要求，結(jié)合下部淤泥的性質(zhì)，通過試驗(yàn)和模擬確定硬殼層的強(qiáng)度參數(shù)和設(shè)計(jì)厚度，人工硬殼層技術(shù)又往往和淤泥固化技術(shù)相結(jié)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(zhì)人工硬殼層則效果更好。

2.4 淤泥資源化利用技術(shù)

上面闡述的淤泥固化、干化、土壤化等各種能把廢棄淤泥變?yōu)橘Y源重新進(jìn)行使用的技術(shù)都屬于淤泥的資源化利用范疇。此外，淤泥資源化利用技術(shù)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(jié)將淤泥轉(zhuǎn)化為建筑材料，按照原理的差異又可以分為燒結(jié)和熔融。燒結(jié)是通過加熱800～1 200℃，使淤泥脫水、有機(jī)成分分解、粒子之間黏結(jié)，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(jī)成分分解、無機(jī)礦物熔化，熔漿通過冷卻處理可以制作成陶粒。熱處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟，國外和國內(nèi)的不少學(xué)者都進(jìn)行過相關(guān)研究。熱處理技術(shù)的特點(diǎn)是產(chǎn)品的附加值高，但熱處理技術(shù)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(dòng)輒上百萬立方米發(fā)生量的處理需求，從淤泥的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化處理前景來講，固化、干化、土壤化的淤泥資源化利用技術(shù)是具有生命力的，若與堆場處理技術(shù)相結(jié)合則更能顯示出效益。

3 清淤及淤泥處理處置技術(shù)的發(fā)展方向

隨著社會(huì)的發(fā)展和對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，越來越多的城市和農(nóng)村河道繼續(xù)開展清淤和疏浚工程，清淤產(chǎn)生的大量淤泥占用大面積堆場，因此對(duì)清淤技術(shù)和淤泥處理處置技術(shù)提出了新的要求。最新的清淤技術(shù)目前有以下幾種：

（1）高濃度原位環(huán)保清淤方法。由于目前常用的環(huán)保清淤方法清淤出的淤泥濃度在15%～20%，水分子的體積要遠(yuǎn)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(jìn)行放置，很多清淤工程因?yàn)槎褕鰣龅氐膯栴}而受到嚴(yán)重制約。高濃度原位環(huán)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(jié)省占地和降低整個(gè)清淤和淤泥處理的成本，高濃度原位環(huán)保清淤技術(shù)已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。

（2）堆場淤泥快速排水技術(shù)。目前大多數(shù)內(nèi)河清淤的淤泥都在堆場中堆放，淤泥堆場經(jīng)過地基處理，解決其長期沼澤狀態(tài)的問題后可用于建設(shè)、景觀、農(nóng)田利用的土地。而這一地基處理過程就是淤泥固結(jié)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(jié)時(shí)間長，自重固結(jié)后的強(qiáng)度低。淤泥的快速排水固結(jié)問題成為一個(gè)亟待解決的問題。軟黏土地基使用的真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法對(duì)于淤泥往往難以發(fā)揮良好的效果。淤泥含水率極高，處于流動(dòng)狀態(tài)，顆粒之間的有效應(yīng)力非常低，在高壓抽真空的狀態(tài)下淤泥顆粒會(huì)和間隙水一起流動(dòng)，從而使排水板出現(xiàn)淤堵而無法排水。如何解決排水系統(tǒng)的淤堵問題成為淤泥快速排水的關(guān)鍵。堆場淤泥快速排水技術(shù)是在淤泥內(nèi)鋪設(shè)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(wǎng)絡(luò)。將該網(wǎng)絡(luò)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(shù)開發(fā)和其中的關(guān)鍵問題尚處于探索的初期階段[6]。

4 結(jié)語

中小河道、農(nóng)村河道的清淤工程既有傳統(tǒng)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(zhì)，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)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(shí)施的所有環(huán)節(jié)中，必須保證這種“多目的”清淤的特征。中小河道、農(nóng)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(duì)象含有各種垃圾、性質(zhì)復(fù)雜的特點(diǎn)。從這種特點(diǎn)出發(fā)較為簡易的清淤技術(shù)往往易于采用。無論采用何種技術(shù)，河道治理的主要目標(biāo)——水質(zhì)改善應(yīng)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(xiàn)實(shí)的選擇。在不能夠排干的情況下，通過改進(jìn)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(shù)發(fā)展的方向。農(nóng)村地區(qū)有別于沿海城市，具備低洼地帶和周轉(zhuǎn)土地的優(yōu)勢(shì)，因此在淤泥處理方面也應(yīng)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(shè)的填土進(jìn)行使用，是最為適合農(nóng)村地區(qū)的方法。目前，清淤工程中一些新技術(shù)、新方法大多數(shù)還是為大規(guī)模工程和城市地區(qū)的工程而開發(fā)，中小河道和農(nóng)村地帶的清淤工程設(shè)備的適用性問題需要進(jìn)一步的研究和開發(fā)。

[1]徐麗.中小河道治理中的清淤及淤泥處理技術(shù)研究[J].南方農(nóng)機(jī)，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(shù)[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(shù)[J].水資源保護(hù)，2015，31(1)：56-62.

[4]唐運(yùn)平，張志揚(yáng)，鄧小文，等.利用城市生態(tài)河道深度凈化污水處理廠出水的工程技術(shù)研究 [J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，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(nèi)模擬研究[J].巖土力學(xué)，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(shù)對(duì)淤泥水分的促排作用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(S1):3064-3070．