淺談河湖生態淤泥固結技術與資源再利用

李 廣 陳 龍 劉興峰

中國電建市政建設集團有限公司

1 引言

巢湖是全國五大淡水湖之一，在蓄洪、給水、水產飼養、旅游等方面起到強大作用。同時也是全國重點防治的“三河三湖“之一。多年以來，各類污染源進入河湖，經過積累，逐步留存了大量污染底泥，成了巢湖主要的污染源頭。整個巢湖清淤試點區域面積為5.52km2，清淤深度為20cm～50cm，平均清淤深度基本控制在0.29m，清淤工程量為158.8萬立方米。淤泥是由河湖中污染物持續堆積而成的，是河湖內源污染的起點，引發河湖二次污染，從而導致水污染、富營養化和水藻的爆發；從而造成河湖中水體缺氧，而且嚴重破壞著周邊水與生態環境。

生態清淤就是在符合環保的條件下，以利用合適的機器進行淤泥固化等一系列處理工藝，以實現淤泥的資源再利用，以改進河湖水質及生物生息環境，促進水生態體系的恢復，避免淤泥二次污染。

2 清淤的特點及目的

（1）在河湖清淤過程中，應盡可能地減少泥沙攪拌，防止底泥四處擴散、泄漏措施，避免對河湖產生“二次污染”現象。

（2）在清除沉積已久的污染底泥時，要注意保護河湖底原始底泥不被毀壞，以便于水生植被及生物種群的生態平衡。

（3）對淤泥輸送上岸后，通過淤泥干化余水處理分離，經脫水分離的底泥進入臨時堆場，余水經過高效截留澄清及水質監測，在余水滿足排放標準回排至湖區，避免污染物對環境的次生污染。

（4）采用固化劑與底泥充分混合，生成膠凝物質，黏結土顆粒，進行水化反應將淤泥固化處理，可將含水率較高、強度較低的淤泥轉化為工程回填用土進行資源再利用。淤泥固化實施時產生大量的氨氣殺滅淤泥中滋生的病菌、寄生蟲、病毒等，從而使得PH值導致病毒、寄生蟲卵、病菌等失活，淤泥中的重金屬穩定，滿足《綠化種植土壤》（CJT 340—2011）《園林綠化栽植土質量標準》（DGTJ08—231—2013）中對土壤環境質量要求的指標。

3 主要施工方法及操作要點

3.1 施工工藝流程

圖1 工藝流程圖

3.2 施工要點

3.2.1 施工準備

（1）技術準備。項目部施工技術管理人員熟悉圖紙，編制專項施工方案，同時對各類作業人員的安全技術作業指導書進行交底工作。

（2）設備準備。根據清淤工程量和工期要求選擇絞吸船，挖掘機、壓路機、帶式壓濾機等設備按需求準備。

3.2.2 絞吸船清淤疏浚

（1）排泥管線布設。絞吸式挖泥船在清淤前首先要鋪設一條配套的排泥管，主要以不影響周邊環境和最小排泥輸送距離為最優原則，可以使用潛管并適當配以生產必需的浮管連接至水下潛管一端，沿陸地管線一直延伸至堆土圍護區，進入排泥堆積場內。

（2）浮管敷設。絞吸式挖泥船通常采用長6m鋼管穿浮筒形式布設浮管，為使得泵管間有良好的活動空間通常采用1.5m橡膠軟管連接，在浮管鋪設時要形似流線彎曲，并采取錨定位，防止水流及風速造成管道擺動，影響施工。

（3）潛管敷設。水下潛管在鋪設之前要選擇一塊寬敞、平整的場地進行輸泥管的連接，輸泥管在連接時為確保流線彎曲自由，毎相隔3節采用柔性橡膠管連接，管線一端采用專用橡膠墊圈封堵，使用絞吸船拖入水中，并在水中潛行至預定的方位點，連接的兩點通過配備的水泵及空氣壓縮機以1.8m3∕min的速度，為使管線下潛可以向潛管內注水以及呼吸閥排氣共同實現。

（4）岸管敷設。在岸上鋪設的管道主要有鋼管及不同的彎頭，橡膠墊等構成，使用法蘭加橡膠墊，并以螺栓輔助連接。在岸上管道鋪設時多為人工挑抬施工，過程中要保證鋪設的管道平順，盡量避免出現打的死彎道。

（5）絞吸式挖泥船定位。首先確定河湖的清淤坐標定位點并將施工圖中坐標輸入清淤監測控制軟件，依據GPS坐標指示及風向和水流情況，挖泥船在清淤施工區域內以坐標點定位。按照絞吸船的基本停泊順序，基本先拋設上風口、上游錨。在拋錨時應將絞刀移動到挖泥邊線上，并下放至淤泥中定住船身，要掌控好拋錨的位置即可停泊，并收緊移纜，待上下游向移拋錨抓住后，聯系實測數據，對絞刀下放深度經過深度監控儀進行準確復位，并調整絞刀頭開挖傾斜角及防護罩平行并密封，使其緊靠泥面。

（6）清淤疏浚。利用絞吸式挖泥船在河湖庫區淤泥采挖區內，通過斗輪頭分層切削挖除土方，泥泵吸泥，再經過密封排泥管線和多級接力泵站層層加壓輸送至排泥場內。其余開挖上斷面土方由絞吸式挖泥船直接按設計斷面開挖后輸送至排泥場內。一般開挖方式分為：①分條開挖，即挖泥船移動到挖泥邊線上，并將定位樁打設在河底泥層中，促使船身以船尾定位樁為中心，船身長度為半徑，斗輪頭以扇形左右擺動，促使挖泥船完成扇形橫挖法作業；②分層開挖法，即絞吸式挖泥船在施工條幅內開挖作業時，以適合開挖層厚分層開挖，能有效減小回淤量，提高開挖精度，減少已開挖區在實施過程中的再次落淤，為減小污染擴散，清淤時要求絞刀低抬速、低轉速運行作業，并保持慢速均速移動，將絞刀對周圍水體的擾動規模盡可能的限制在較小。

3.2.3 脫水干化處理

一般絞吸船的泥漿泵吸入的底泥含水率在85%～95%，并且在泥漿中含有大量的沙石和垃圾。為了減少沙石和垃圾等物體對脫水機械的纏繞和損傷，首先利用垃圾分選機械對吸入底泥進行篩分，將含在內部的石塊及垃圾等篩分出來，然后由污泥干化設備將泥漿中含水率控制在30%之內。在除去砂石及垃圾后通過污泥干化設備的二、三級精密篩分將0.045mm以上粒徑的泥篩分出來，剩余部分微小的懸浮膠體顆粒隨大量余水進入余水處理系統。

截留的淤泥含水率很高，通過管道排入污泥調蓄池，經過絮凝劑的絮凝，凝結形成大的絮狀物，直接通過帶式壓濾機來實現脫水，淤泥經過濃縮以及被壓形成含水率小于60%的泥餅，濾液澄清回排至湖區，含水率較低的泥餅將進入臨時堆場。

污泥干化設備可篩分的底泥粒徑為大于0.045mm，底泥在疏浚前處于相對的水泥平衡狀態，依據《疏浚與吹填工程質量檢驗標準》（JTJ 324—2006），整個巢湖清淤試點區域清淤深度為20cm～50cm，平均清淤深度基本控制在0.29m，清淤工程量為158.8萬立方米，表層浮泥層15cm左右，易擾動，糊狀粘稠。絞吸船針對懸浮層切削面篩分大量懸浮膠體顆粒，通過余水截留處理回排。第二層開始，由于泥漿因壓實度成團塊狀，絞吸船切削制漿經輸泥管線進入污泥干化設備，經過機械三級分離系統篩分后，90%～95%的底泥篩分出料，剩余5%～10%的微小顆粒經過管道進入余水截留處理回排。該設備處理實現余水清澈，主要是去除余水中的SS，可有效地消除余水中的有機物，通過設備被物化高效截留后，回排水中的SS達到標準，然后回排湖區。

3.2.4 淤泥回填

淤泥經過安全化、穩定化處置達到回用標準后，運至填埋區采用鋪設HDPE膜進行安全防滲處理。干泥污染物濃度檢測值應小于《綠化種植土壤》（CJT 340—2011）《園林綠化栽植土質量標準》（DGTJ08—231—2013）中對土壤環境質量要求的指標。

防滲工程完成后，將處理合格的淤泥運送至回填區域進行回填，主要可適用于礦山修復、濕地帶建設。每層回填厚度50cm碾壓密實；然后上部再填筑一層20cm～30cm厚的原生土，碾壓密實后上報監理工程師驗收，驗收合格后進行下一層填筑，如此填筑，直至回填至設計標高。

4 傳統挖泥船與絞吸船挖泥船設備的不同

傳統常規的清淤設備一般為抓斗、絞吸式、斗輪式、耙吸式等挖泥船。傳統的挖泥設備由于未配備防擴散裝配，在實施過程中易攪拌大量懸浮泥沙、涉及規模較大，造成實施以后回淤量過大，往往無法滿足設計要求，則通過利用超挖的方式，這樣既毀壞了原始土，又不能徹底進行污染物的清除，污泥擴散將對水體造成二次污染。

絞吸式挖泥船通過利用專用絞刀頭清淤，牢固的葉片滾動輕削淤泥，使用密封罩裝置防止懸浮與流動狀淤泥擴散，并使之利用導流槽導向吸入口，泥泵通過管道將污染物運送至淤泥堆放指定地點，可清除河湖中懸浮與流淌狀淤泥，通過余水截留處理回排。增強密封罩的防擴散效果，減小清淤對周圍水域環境的滋擾影響，但是無法挖除硬地質，對湖底的原狀土不形成破壞。

5 生態清淤主要技術要求

為確保挖泥船在開挖區域平面質量精確控制，控制的實測定位的方式有經緯儀、測距儀、全站儀測放樣坐標及GPS跟蹤定位。同時，為確保工程質量精確開挖高程的效果，不影響工程質量評定，采取最佳的高程控制方式人工測桿、測深儀、人工結合儀器等。

6 結束語

絞吸挖泥船在河湖進行實施清淤時，減少泥沙攪拌，盡可能防止底泥擴散、外泄，利用機械進行淤泥固化等一系列處理工藝，以實現淤泥的資源再利用，避免淤泥二次污染。生態清淤是改善河湖湖水質和底棲環境的最直接、最有效、最環保的措施。采用固化劑與底泥充分混合，生成膠凝物質，黏結土顆粒，進水化反應等，經過對淤泥固化處理技術，可將含水率較高、強度較低的淤泥轉化為工程回填用土進行資源再利用，給工程帶來了良好的經濟效益。