茅洲河清淤及底泥處置工程施工方案研究

周 巖

(深圳市寶安區(qū)水務(wù)工程事務(wù)中心，廣東 深圳 518101)

0 引言

我國水系發(fā)達(dá)，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境治理不同，導(dǎo)致水土流失和水體污染嚴(yán)重。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，每年大約有上億噸泥沙淤積在自然或人工水體中[1]。工業(yè)化進(jìn)程使大量工業(yè)廢水和生活污水排入河道，淤積泥沙和進(jìn)入河流的污染物嚴(yán)重削弱了自然水體自凈功能，甚至導(dǎo)致水體基本功能喪失[2]。因此，在控制河流外源污染的前提下，清除河道內(nèi)源污染的清淤技術(shù)是一種治理城市水環(huán)境污染的主要技術(shù)途徑[3]。茅洲河流域清淤整治工程遵循“減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化”原則，綜合運(yùn)用水上水下清淤技術(shù)開展河道和岸坡淤泥、垃圾和雜物清理，是一種可行、可借鑒的施工方案。

1 茅洲河流域整治工程概況

茅洲河流域水環(huán)境綜合整治項目清淤工程范圍為2條干支流，分別為茅洲河和沙井河，兩條河呈“Y”字型交叉，河床坡降和水流流速較小，河道底泥污染及淤積較嚴(yán)重，邊坡雜草叢生，各種垃圾、排污口隨處可見。

2 清淤整治施工方案

根據(jù)河道淤積現(xiàn)狀，確定采用絞吸式挖泥船+接力泵站+輸泥管的施工方案。考慮河道清淤工況復(fù)雜，在局部邊角區(qū)域、設(shè)計坡比區(qū)域采用水上挖掘機(jī)+泥駁船運(yùn)輸為輔的清淤方案，將淤泥送至底泥廠。

2.1 河道絞吸式挖泥船清淤施工

2.1.1 施工工藝流程示意圖

河道絞吸式挖泥船施工流程見圖1。

圖1 挖泥船施工流程示意圖

2.1.2 施工工藝

(1)清淤施工

挖掘機(jī)可輔助浮船移動、行走。用定位樁固定浮船后，挖掘機(jī)進(jìn)行清淤施工且把淤泥裝入20 m3～30 m3鐵駁船，駁船運(yùn)輸至臨時泄泥點(diǎn)開倉卸泥后返回水上挖掘機(jī)清淤處裝泥。

(2)分條開挖

水上開挖段河道現(xiàn)狀寬度在10 m～30 m，施工時需分條進(jìn)行開挖。根據(jù)水上挖機(jī)的開挖寬度以及現(xiàn)狀河床寬度，擬分成2條進(jìn)行開挖，從中間往兩側(cè)開挖。

(3)確定標(biāo)高

采用小船和探桿待清淤完成后用探桿檢測清淤深度，避免出現(xiàn)漏挖或開挖深度不足的區(qū)域。

2.2 河道清淤管線布設(shè)

(1)河道清淤浮管敷設(shè)

浮管采用鋼管穿設(shè)浮筒形式。鋼管間采用橡膠柔性連接，確保挖泥船泥漿泵體輸出管道與潛管間有活動幅度。確保浮管線路順暢，按照100 m～200 m間隔拋小錨定位，避免水流和風(fēng)速干擾管道影響正常通航。

圖2 河道通航區(qū)域浮管管線敷設(shè)示意圖

(2)河道清淤潛管敷設(shè)

潛管敷設(shè)采用柔性或剛性連接均可。敷設(shè)過程應(yīng)嚴(yán)格控制上升段和下降段的坡度，管端設(shè)端點(diǎn)站，配置充氣、排氣閥和水閘閥。選擇在風(fēng)浪較小，憩流時下沉潛管。沉放時一端進(jìn)水，一端放氣，兩端下錨固定，并設(shè)置警戒標(biāo)識。

圖3 通航河道潛管管線敷設(shè)示意圖

(3)河道清淤岸管敷設(shè)

岸管采用Φ450 mm鋼管和彎頭、橡膠管由法蘭連接按照設(shè)計線路和鋪設(shè)方法鋪設(shè)。保持管線順直，管底襯墊支架牢固，管線不得出現(xiàn)漏漿、漏泥現(xiàn)象。管線拐彎處根據(jù)現(xiàn)場情況用鋼管彎頭或橡膠軟管。

圖4 管線敷設(shè)水岸接頭

3 底泥處置

為治理茅洲河水質(zhì)黑臭問題，在茅洲河流域水環(huán)境綜合整治工程中，對河道底泥進(jìn)行環(huán)保清淤，消除河道的內(nèi)源污染是十分必要的。底泥處理的原則：“減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化”。

根據(jù)底泥的性質(zhì)、類型，按照最終處置的要求，主要包括原位處理和異位處理兩大類。目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀是采用硝酸鹽原位化學(xué)處理技術(shù)，更多的是用來應(yīng)急處理黑臭水體，短期效果明顯，但耐久性不足，即原位處理投加藥劑太少或藥劑消耗完畢，易造成水質(zhì)反彈。另一種為原位生物修復(fù)處理技術(shù)，茅洲河河道長度約30.69 km，兩側(cè)企業(yè)眾多，人口密集，污染源非常復(fù)雜，重度污染深度達(dá)2 m～3 m，且茅洲河底泥中垃圾成份復(fù)雜，如建筑垃圾、編織袋、棉絮、動物皮毛等，可能對底泥原位處理施工造成極大不便。如采用生物修復(fù)手段處理，微生物菌群只是對少部分易降解有機(jī)污染物有效，茅洲河污染物中重金屬、高分子微生物含量很高，微生物菌群對這些并沒有效果。

異位處置方案：采用疏浚設(shè)備將黑臭底泥疏浚至岸邊，通過底泥預(yù)處理及脫水，使黑臭底泥能夠“減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化”，目前技術(shù)相對成熟，是底泥處理主流的方法。鑒于此，茅洲河底泥處置修建底泥處理廠在國內(nèi)目前尚屬首創(chuàng)。

為了確保茅洲河底泥處置及資源化利用，在原狀為空地的沙浦西排洪渠與茅洲河交界處，修建了1#和3#底泥處置廠，1#、3#底泥處理廠主要由泥砂分離系統(tǒng)、洗砂系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)、改性拌合系統(tǒng)、均化調(diào)理系統(tǒng)、脫水成固系統(tǒng)、余水深度處理系統(tǒng)以及堆場等部分組成，總占地面約為3.87萬m2。

本工程疏浚底泥含水率高、流動性大、總量多，需處理底泥預(yù)估總量為384.42萬m3，為避免對周邊環(huán)境造成二次影響，需對底泥進(jìn)行調(diào)理改性和機(jī)械脫水固化處理。技術(shù)路線為“清淤疏浚、除渣沉淀、調(diào)理改性、脫水固化”，即清淤設(shè)備將河道底泥清淤疏浚，送至底泥處理廠，經(jīng)垃圾分選、沉淀、改性、脫水等一系列工藝處理后，形成固態(tài)無害、性質(zhì)穩(wěn)定并具有一定強(qiáng)度的硬狀壓縮泥餅。

圖5 清淤及底泥處置工藝流程示意圖

(1)除雜、洗砂系統(tǒng)

絞吸式挖泥船疏浚后的底泥通過管道輸送，進(jìn)入泥砂分離系統(tǒng)，泥砂分離系統(tǒng)主要由格柵機(jī)及泥砂分離池組成。通過格柵機(jī)過濾掉建筑垃圾和生活垃圾之后進(jìn)入沉砂池。河砂在沉砂池沉淀下來，通過提砂、洗砂和輸砂等環(huán)節(jié)存儲在臨時堆場，以備外運(yùn)進(jìn)行資源化利用。

(2)調(diào)理改性系統(tǒng)

清淤底泥經(jīng)過除雜、洗砂之后自流到達(dá)沉淀池。沉淀池中上層清水自流至余水池，繼而通過水泵抽至凈水系統(tǒng)。沉淀池中下層泥漿由小型絞吸船通過管道輸送至調(diào)理改性系統(tǒng)。經(jīng)加藥(絮凝、固化、穩(wěn)定劑)攪拌，存儲備用。

(3)脫水固化系統(tǒng)

完成加藥調(diào)理后的泥漿通過渣漿泵輸送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理。通過該程序?qū)V渣與水分離，最后制出泥餅，產(chǎn)出的泥餅可根據(jù)不同需要進(jìn)行資源化利用。

(4)余水處理

余水采用超磁凈水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。經(jīng)沉淀池分離后的表面溢流水通過余水池收集后，泵送至超磁水體凈化站的混凝系統(tǒng)，通過固液分離凈化，分離出來的底泥將再次回到沉淀池進(jìn)行處理，產(chǎn)出的凈水高于原河水水質(zhì)，回排入河。

圖6 余水處理系統(tǒng)

圖7 清水池

(5)資源化利用

資源化利用系統(tǒng)分為兩部分，即對余砂資源利用和余土資源利用。

1)余砂資源利用

在沉沙池中將經(jīng)過初步分離的砂通過洗砂機(jī)清洗檢測無害后得到成品砂。可利用于人工造地、管道工程溝槽回填、房屋建筑拌合材料等工程行業(yè)。

2)余土資源利用

底泥經(jīng)脫水固結(jié)和無害化處理后形成余土，結(jié)合當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展需求用于當(dāng)?shù)氐墓こ探ㄔO(shè)用于工程筑填、工程基礎(chǔ)回填。或經(jīng)調(diào)理改性無害處置、脫水固結(jié)后的余土燒制陶粒，探索資源化利用新途徑。茅洲河底泥處置后的泥餅曾用于茅洲河燕羅濕地項目中制作成透水磚鋪設(shè)成平臺供游人踩踏，并且用于潛流人工濕地中的填料——陶粒，也是底泥處置后經(jīng)資源化利用而成。

圖8 處置后的泥餅

圖9 茅洲河燕羅濕地透水磚鋪設(shè)平臺

4 結(jié)語

河道清淤通常是在機(jī)械設(shè)施的幫助下，把河底的淤泥混合為流體狀，借助水流裹挾將其帶走，以此產(chǎn)生疏通的效果。茅洲河流域清淤整治施工方案挖輸河道和岸坡淤泥，綜合采取清淤以絞吸挖泥船開挖為主、水上挖機(jī)為輔；底泥運(yùn)輸以管道運(yùn)輸為主、泥駁運(yùn)輸為輔的施工措施完成河道的生態(tài)清淤治理，有效改善了河道水環(huán)境，恢復(fù)了河道防洪、調(diào)蓄及通航能力。同時完善底泥后續(xù)資源化處理流程，從而為河道清淤、流域水環(huán)境治理提供系統(tǒng)化、可持續(xù)的治理方案。