內河航道疏浚清淤中船載離心脫水系統的應用

黎超 江西省信江通航管理中心

1.清淤離心脫水系統介紹

清淤離心脫水系統，在淤泥開挖方面沿用的是船載挖掘機挖泥原理，只是比傳統的浮船挖機挖泥效率更高，將內河航道內淤泥挖出后泥船靠岸，由挖機將淤泥投放于河岸邊預先設置的儲泥池內，再進行池內淤泥均質攪拌，并通過清淤離心脫水系統將淤泥就地處理：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。針對該系統存在的弊端，進而研發出船載離心機脫水系統。

2.工程背景

H河流域面積247km2，河流全長27.50km，內河航道平均縱坡37‰。其中上游內河航道長約12km，具有山區河流的特點，河床狹窄，內河航道曲折，呈V字形河槽，內河航道寬約30～60m，內河航道縱坡40‰；中游河段內河航道長7km，內河航道縱坡20‰，河床呈寬淺復式河床，河床寬近百米。下游航道長約8.5km，內河航道縱坡16‰，河床展寬呈寬淺式，平面河槽形態呈蜿蜒型。H河多年平均年徑流深為62mm，年徑流量為1531.4萬m3，最大徑流量出現在1967年，年徑流量為3082萬m3，最小年徑流量出現在1972年，年徑流量為663萬m3，多年平均徑流系數0.121，清水流量約為0.15m3/s。H河洪水多發生在汛期的6～9月，常常形成局部性山洪，且為山洪冰雹多發區。該河屬于山區內河航道，流域洪水主要由暴雨形成，大洪水多發生在7、8兩月，最遲可到10月上旬。區域內時空分布極不均勻，持續時間一般小于24小時，超過三天的比較罕見。據實測資料統計，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。該內河航道沒有進行過系統治理，隨著河道的逐年淤泥，現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安全。加強內河航道治理作為國家公共服務的重點工程，防洪減災的重要內容和水利建設的主要任務，政府一直非常重視。防洪減災事關國計民生，洪水來無定時，因此該內河航道清淤治理十分必要和緊迫。

3.船載離心機系統的應用

常規清淤方式和國內相關機構研制出清淤離心脫水系統清淤方式的共同點在于使淤泥轉變為可運輸泥漿的過程均在陸地上完成，如果這一過程在清淤內河航道水體中完成，那么場地占用問題及二次污染問題便迎刃而解。基于此，研發機構在改進其清淤離心脫水系統的基礎上，開發出船載離心機脫水系統，該系統將移動離心機集成系統置于清淤船之上，通過清淤船載離心系統在清淤船上動態脫水，即通過可移動式離心機集成系統的應用便可完成內河航道清淤施工作業全過程。

3.1 工藝原理

按照設計理念，先通過水陸兩用挖掘車或絞吸挖掘船進行待清理內河航道淤泥開挖，再通過船艙內分離池將所挖掘淤泥分篩，初步分篩出大顆粒物后，轉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 系統的可行性分析

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

3.3 系統的應用過程分析

考慮到該河流內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，清淤時間應越短越好，所以，船載離心機脫水系統在該內河航道清淤處理方面的應用優勢明顯。船載離心機脫水系統在該內河航道清淤治理的應用過程中，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，應先進行水力負荷的調整，以防多余的固體廢棄物隨著清液重新排回內河航道，導致臥螺離心機電機荷載增大的同時，影響清淤效果。根據設計，為保證離心機性能的充分發揮，提升清淤施工工效，應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。該內河航道清淤所使用的船載離心機脫水系統參數具體見表1。

由上表參數取值情況可以看出，在船載離心機脫水系統清淤施工過程中，將離心機轉速設定在1300r/min，系統淤泥處理能力即可達到200m3/h，滿足該內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，固相淤泥經現場分離后可直接運輸。根據施工規范及類似工程疏浚清淤施工經驗，結合設計圖紙淤泥清理一次性挖大設計標高，并在該內河航道X段北側開挖出一條比設計標高深2～3m的溝渠，以達到航道淤積疏浚的目的。

圖1 系統運行細節設計

表1 船載離心機脫水系統參數

4.結論

船載離心機脫水系統在H內河航道清淤治理工程中的應用結果表明，與河岸現場臨時建設處理車間、儲泥池以及處置過程結束后拆除的處理技術相比，安裝在清淤船上的船載離心機脫水系統有效解決了場地問題，只要清淤船能通行的內河航道均可開展清淤施工，真正實現在內河航道水面移動、實時清淤處理的功能，該系統在實際工程現場清淤方面的應用效果也完全達到了工程清淤治理的設計要求，可見，該系統技術具有較大的推廣應用價值。但是，船載離心機脫水系統在實際應用過程中還面臨諸多技術難題，也存在較大的技術改進優化空間，例如將傳統技術中的清淤處理平臺（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，必須進一步加強結構的整合設計；現有船載離心機脫水系統在日常維護方面必須加強安全穩定性能測試，確保施工過程的安全性與高效性，同時，還應加強清淤船固液分離過程中成套設備運行的減噪處理設計，在船載離心機脫水系統疏浚清淤的基礎上，積極探索內河航道的生態修復、污水處理、堤岸修復等可持續發展的新技術。