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。我國由于技術經費原因，淤泥尚無合理的處理技術，大多以農肥形式用于農業。近年來河湖生態疏浚新技術工藝不斷推廣應用，棗陽市沙河水環境綜合治理工程對河湖生態環保疏浚工程管理提出新要求，目前國內河湖生態疏浚方面尚無統一技術規程，為提高生態疏浚工作水平，編制河湖生態疏浚工程施工規程，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，發揮河道生態功能，提升周圍滲透環境質量。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；堆放地易產生難聞氣味；降水作用下易產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。發達國家以商業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過多年室內研究，形成包括關鍵技術參數等方面的技術內容，但大面積推廣應用需要經過工程實踐檢驗，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，轄區面積3276km2，城鎮人口70.52 萬人。棗陽市物華天寶，經濟社會發展迅速[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，承載防洪排澇、生態景觀等多種功能。城區主要水體有東西冷水溝、護城河與干流城區段，由于底泥污染等原因需要綜合治理。

目前國內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。其優點是易于控制清淤深度，施工效率高；缺點是對堤岸穩定性產生影響。泥床暴露易產生惡臭，施工環境較差。通常采用汽車運輸淤泥，易造成淤泥撒漏產生二次污染。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，經吸泥管絞起泥沙物料，輸送到泥沙物料堆積場。挖運等作業可一次連續完成。

圖1 機械一體化淤泥處理工藝

國內外生態清淤采用絞吸挖泥方式，國內經濟發達地區實施很多淤泥生態清淤處理項目，如南京玄武湖等，常見的淤泥處理有傳統機械脫水法、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，淤泥處置環境經濟效益較差。

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進程的關鍵。許多國家開發利用淤泥方面改善城市環境。目前國內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。淤泥經簡單消化滅菌后有機物含量降低，可根據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有較高要求。富營養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，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、維持河岸穩定”的原則設計。以淤積厚度為依據，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、數值地貌模擬法。本工程采用斷面法計算。根據《疏浚與吹填工程設計規范》（JTS 181—5—2012），計算超深按0.15m考慮。目前國內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，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。

自然干化傳統的處置選擇農用地，清淤產生淤泥通過泥漿車運輸傾倒，干化后的泥土作為農用土使用[4]。河道水質污染情況比較嚴重，污染物濃度含量較高，對堆場土壤產生污染，散發工程方案異味氣體。板框壓濾處理系統是疏浚泥漿輸送至調節池，用泥漿泵送至“脫水固結一體化”處理系統進行泥漿的調理。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生快速膠凝反應，表現出含水率降低、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，實現經濟、社會環境綜合效益的最大化。