中小河道治理中的清淤及淤泥处理技术

朱文君，练玉琴，陈冬骥

（上海陈政市政工程有限公司，上海市 200940）

0 引言

我国中小河道很多，但是大多都存在污染严重的问题，对人们的生产和生活造成了巨大的危害。究其原因，我国很多地区只是单一的追求经济的快速发展，而对于其所带来的生态环境污染问题却不管不顾。目前，各地水利建设部门已经开始对中小河道污染治理技术展开深入的研究，将先进的治理技术和理念运用到中小河道的治理中，取得了较为显著的效果。一直以来，河道淤积问题严重困扰着人们，传统的清淤目的在于提升河道的灌溉和防洪能力，而现代的清淤目的则是有效解决河道污染源、改善河道水质等更高要求。然而当前中小河道清淤治理技术仍没有合理、系统的技术方式，达不到清淤的要求。因此选取合理的清淤技术是当前中小河道清淤工程能够发挥应有效果的前提。

1 中小河道治理中清淤技术的应用

当前的清淤工程仍然属于环保清淤的类型，在施工前的准备工作中，河道底泥的分析检测工序是必不可少的，判断底泥中是否含有有害性、污染性物质。因此在前期调查工作中，需确定河道底泥的性质和实际淤积情况，有利于选择处理技术方案。清淤技术的具体应用主要包括以下几方面。

1.1 水下清淤方法的应用

该技术主要以挖泥船为施工平台，在船上安装清淤设备，将河道的淤泥进行开挖并通过特定管道输送到指定的位置。按其在施工中的清淤方式可细分为抓斗式、绞吸式、泵吸式及斗轮式。其中抓斗式技术多应用在含有较多杂物且淤泥层较厚的中小河道，具体施工方法是通过安装在船上的液压抓斗将水下淤泥抓取，通过管道将其输送到指定的地方。抓斗式清淤具有操作简便、受天气以及河道内障碍物影响较小等优点，但也有缺点，如经过扰动过的浮泥很容易二次沉入河道。根据相关研究表明，抓斗式清淤技术效果不明显、效率低下，通常仅能达到30%，很难达到改善水质的目标。绞吸式清淤技术在中小河道清淤工程中最为适用，其有诸多优势，如施工精确、效率高，河道通航不会受到影响。但在施工过程中，由于绞刀开挖具有开放式特征，容易出现二次淤积的问题。泵吸式清淤技术一般适用于小型河道施工中，可以同时完成淤泥转移与清除工序，然而在施工过程中可能会吸出较多的河水，为淤泥的处理增加了工作量。斗轮式清淤技术多应用在淤泥层较厚的中型河道中，施工过程中不受外界环境的影响，施工精度高。但在实际施工中，存在淤泥中所含污染物扩散等情况，如果清淤不彻底将会使周边的水体受到污染。

1.2 排干清淤技术的应用

排干清淤技术目前常应用于径流量小，没有通航、防洪功能的河道清淤施工中，包含干挖与水力冲挖两种方式[1]。采用干挖方式清淤，施工中挖掘机将淤泥进行开挖，然后通过渣土车外运。该方法具有施工简便、施工机械普通、清淤效果理想等优点。水力冲挖是应用高压水枪对底泥进行冲刷，被冲刷的泥浆会顺着水流方向流向低洼区域，然后便可完成吸取与输送。水力冲挖具有成本低、机械要求低等优势。综合来看，排干清淤技术可使施工质量得以保证，即使对于包含过多垃圾物质等工程也可做到游刃有余。但其在施工中应做好施工时间控制，通常汛期阶段禁止施工。同时，施工中不利于对生态系统、边坡等的保护。

1.3 环保清淤技术的应用

环保清淤在清淤过程中注重保护水体环境不受影响的前提下改善水质。在施工过程中，该清淤方式对清淤设备有较高的要求，同时需要很好的控制水体浑浊度，合理地选择淤泥排放位置。目前，环保绞吸式清淤技术多应用在中小河道清淤过程中，具有控制污染物扩散和泄露的优点。根据研究表明，采用该方法清淤效果明显，清淤率较高，而且因绞吸式挖泥船中安装有监控和定位装置，施工过程中可以准确判断挖掘轨迹、挖掘精度等，确保清淤效果达到目标要求[2]。

2 处理淤泥的相关技术研究

在河道清淤过程中会产生较多的淤泥，这些淤泥通常具有含水率高、强度低等性质，部分淤泥中可能含有有毒物质，经过雨水冲刷后容易浸出，从而对周围水环境造成二次污染。因此合理地处理清淤过程中产生的淤泥是非常重要的。淤泥的处理方法受到淤泥本身的物理和化学性质的影响，这些性质主要包括淤泥的初始含水率、黏粒含量、有机质含量、黏土矿物种类及污染物类型和污染程度。在实际工程中，应根据待处理淤泥的基本性质和所处的地理位置，选择最适宜的处理技术。

2.1 无污染淤泥与有污染淤泥的处理

无污染淤泥与有污染淤泥的处理方法是不同的，其中有污染淤泥含有的污染物种类不同，其相应的处理方法也不相同[3]。在某些水利工程中产生的淤泥基本上没有污染物或污染物低于相关标准，如南水北调东线工程淮安白马湖段疏浚淤泥无重金属污染，同时氮、磷等营养盐的含量也低，该类无污染或污染程度较轻的淤泥主要产自工业水平不发达的农村地区，可对其进行资源化处理。对于有污染的淤泥，在处理过程中首先考虑如何有效地降低污染程度，如采用钝化稳定性技术降低淤泥中重金属含量。经过处理后的淤泥的用途也是选择淤泥处理技术的前提，如当淤泥中含有较高的氮、磷营养盐时，经过处理后，可用作路堤或普通填土，距水源地较远，可不用考虑氮、磷会再次进入水源造成二次污染。

2.2 污染淤泥的钝化处理技术

工业化程度高的地区由于工业废水的排放，河道淤泥中重金属污染物含量较高，如上海苏州河的淤泥中重金属含量是正常值的2倍，对此类重金属超标的淤泥，可以采用钝化处理技术。因为在不同的环境条件下淤泥中所含重金属的活性状态是不同的，钝化处理是在淤泥中添加相应的化学物质，减小重金属活性状态，将其由不稳定状态转变为稳定状态，从而达到降低污染的目标。此外，在淤泥中添加的化学物质与淤泥发生化学反应后会产生包裹重金属的物质，可以降低重金属的浸出性，从而进一步降低重金属的释放和危害[3]。

2.3 堆场淤泥处置技术

清淤工程中通常设置淤泥堆场，堆场处理技术是采用一系列的处理措施使淤泥加快固结沉降，并运用相应的技术对堆场淤泥表层进行处理，使淤泥堆场可以循环使用或者达到淤泥堆场的快速复耕目标。淤泥堆场循环使用的目的是减小堆场的数量和占地，堆场表层处理技术是为后续施工提供操作平台，而堆场的快速复耕技术则是通过系列技术的结合达到使淤泥堆场快速还原为耕地。

2.3.1 堆场周转使用技术

为了减小堆场的数量和占地，要求堆场周转使用，即对堆场中的淤泥采取技术措施快速处理，之后再次堆放新淤泥，从而达到堆场循环利用的目的。堆场周转技术采用小堆场、高效周转的理念，改变了过去的大堆场、占地多的方法，对于土地资源紧缺的地区是较为有利的。堆场周转技术的设计主要考虑需要处理的淤泥总量、堆场的容量、周转周期和周转次数等，该技术通常可以和固化或者干化技术相结合，就地采用固化淤泥或干化淤泥作为堆场围堰，同时也可以对堆场内的淤泥进行快速资源化利用。

2.3.2 堆场表层处理技术

清淤过程中产生的淤泥初始含水率一般较高，而淤泥颗粒非常细小，黏粒含量通常大于20%，淤泥的性质导致了淤泥在堆场中沉积速度比较缓慢，固结时间较长。据研究表明，吹淤后的淤泥堆场在落淤后的两三年时间内只能在表面形成20 cm左右厚的天然硬壳层，而下部仍然为流态的淤泥，含水率仍在1.5倍液限以上，进行普通的地基处理难度很大[5]。堆场表层处理技术则是采用淤泥堆场原位固化处理技术，在淤泥堆场表面快速形成一层人工硬壳层，人工硬壳层具有一定的强度和刚度，满足小型机械的施工要求，可以进行排水板铺设和堆载施工。人工硬壳层的设计是表层处理技术的关键，主要考虑后续施工的要求，结合下部淤泥的性质，通过试验和模拟确定硬壳层的强度参数和设计厚度，人工硬壳层技术又往往和淤泥固化技术相结合形成固化淤泥人工硬壳层，也可以利用聚苯乙烯泡沫塑料颗粒形成轻质人工硬壳层则效果更好。

2.4 淤泥资源化利用技术

上面阐述的淤泥固化、干化、土壤化等各种能把废弃淤泥变为资源重新进行使用的技术都属于淤泥的资源化利用范畴。此外，淤泥资源化利用技术还包括把淤泥制成砖瓦的热处理方法。热处理方法是通过加热、烧结将淤泥转化为建筑材料，按照原理的差异又可以分为烧结和熔融。烧结是通过加热800～1 200℃，使淤泥脱水、有机成分分解、粒子之间黏结，如果淤泥的含水率适宜，则可以用来制砖或水泥。熔融则是通过加热1 200～1 500℃使淤泥脱水、有机成分分解、无机矿物熔化，熔浆通过冷却处理可以制作成陶粒。热处理技术已经比较成熟，国外和国内的不少学者都进行过相关研究。热处理技术的特点是产品的附加值高，但热处理技术能够处理的淤泥量非常有限，比如普通制砖厂一年大概能消耗淤泥5万m3，不能满足目前我国疏浚淤泥动辄上百万立方米发生量的处理需求，从淤泥的大规模产业化处理前景来讲，固化、干化、土壤化的淤泥资源化利用技术是具有生命力的，若与堆场处理技术相结合则更能显示出效益。

3 清淤及淤泥处理处置技术的发展方向

随着社会的发展和对生态环境保护的重视，越来越多的城市和农村河道继续开展清淤和疏浚工程，清淤产生的大量淤泥占用大面积堆场，因此对清淤技术和淤泥处理处置技术提出了新的要求。最新的清淤技术目前有以下几种：

（1）高浓度原位环保清淤方法。由于目前常用的环保清淤方法清淤出的淤泥浓度在15%～20%，水分子的体积要远大于土颗粒的体积，清淤泥浆的体积为颗粒的4～5倍。这些高含水的泥浆往往需要较大的堆场进行放置，很多清淤工程因为堆场场地的问题而受到严重制约。高浓度原位环保清淤能够降低清淤过程中泥浆的增容率，在中间输送过程中可以使泥浆含水率得到降低，将淤泥直接变成可以用于填土的土料使用。因此为了节省占地和降低整个清淤和淤泥处理的成本，高浓度原位环保清淤技术已经成为未来的发展趋势。

（2）堆场淤泥快速排水技术。目前大多数内河清淤的淤泥都在堆场中堆放，淤泥堆场经过地基处理，解决其长期沼泽状态的问题后可用于建设、景观、农田利用的土地。而这一地基处理过程就是淤泥固结排水的过程。淤泥黏粒含量高、透水性差，在自重作用下的固结时间长，自重固结后的强度低。淤泥的快速排水固结问题成为一个亟待解决的问题。软黏土地基使用的真空预压法和堆载预压法对于淤泥往往难以发挥良好的效果。淤泥含水率极高，处于流动状态，颗粒之间的有效应力非常低，在高压抽真空的状态下淤泥颗粒会和间隙水一起流动，从而使排水板出现淤堵而无法排水。如何解决排水系统的淤堵问题成为淤泥快速排水的关键。堆场淤泥快速排水技术是在淤泥内铺设多层多排水平排水通道，其层间距、排间距都在60～80 cm，以形成高密度泥下排水网络。将该网络与地面密封的水平排水管密封连接，再与射流排水装置连接后抽气抽水，可加快淤泥的排水速度。目前这一技术开发和其中的关键问题尚处于探索的初期阶段[6]。

4 结语

中小河道、农村河道的清淤工程既有传统清淤的“疏通”目的，也就是解决排涝、防洪、灌溉功能保障的目的，也有改善河道水质，促进生态系统健康，提升河道景观的深层目的。因此，从清淤的前期工作、方案制定、工艺选择、工程实施的所有环节中，必须保证这种“多目的”清淤的特征。中小河道、农村河道的清淤工程与港口航道和大江大河清淤工程有所不同，具有工程量小、大型船只通行困难、清淤对象含有各种垃圾、性质复杂的特点。从这种特点出发较为简易的清淤技术往往易于采用。无论采用何种技术，河道治理的主要目标——水质改善应该是清淤方法、工艺选择中必须考虑的问题。因地制宜，考虑河道的各种条件，在有条件的情况下选择排干清淤不失为一种现实的选择。在不能够排干的情况下，通过改进的小型泵吸式、绞吸式清淤船可以成为一种选择，也是小河道清淤技术发展的方向。农村地区有别于沿海城市，具备低洼地带和周转土地的优势，因此在淤泥处理方面也应该突出因地制宜的思想。淤泥在低洼地带堆放后还原为土地利用，无重金属污染淤泥的还田，以及简单处理后作为河堤加固、道路铺设的填土进行使用，是最为适合农村地区的方法。目前，清淤工程中一些新技术、新方法大多数还是为大规模工程和城市地区的工程而开发，中小河道和农村地带的清淤工程设备的适用性问题需要进一步的研究和开发。

[1]徐丽.中小河道治理中的清淤及淤泥处理技术研究[J].南方农机，2017，48(6)：74-75.

[2]兰彬.中小河道治理中的清淤及淤泥处理技术[J].黑龙江科技信息，2016(15):240.

[3]包建平，朱伟，闵佳华.中小河道治理中的清淤及淤泥处理技术[J].水资源保护，2015，31(1)：56-62.

[4]唐运平，张志扬，邓小文，等.利用城市生态河道深度净化污水处理厂出水的工程技术研究 [J].环境工程学报，2009,3(7)：1165-1169.

[5]刘青松，张春雷，汪顺才，等.淤泥堆场人工硬壳层地基极限承载力室内模拟研究[J].岩土力学，2008，29(S1):671-674．

[6]周源，高玉峰，陶辉，等.透气真空快速泥水分离技术对淤泥水分的促排作用[J].岩石力学与工程学报，2010，29(S1):3064-3070．