带水清淤与脱水处理施工技术在城市内河治理工程中的应用

2019-02-27闫亚东张春祥

中国水利 2019年2期

闫亚东，王腾，张春祥

（北京金河水务建设集团有限公司，102206，北京）

北京市通州区温榆河综合治理工程主要施工内容为河道清淤治理，主河道治理起点为温榆河通顺路桥，终点为新北关拦河闸（13+330～14+729）长度1 399 m；支流治理起点为温榆河通顺路桥，终点为老北关分洪闸（支 0+000～支 0+750）长度 750 m。主槽总清淤长2.149 km，清淤总方量20.431万m3。作为北京市东部主要蓄排水通道，施工期无法全断面截流，采用围堰方式将增加拦河围堰成本。经调研，在温榆河综合治理工程引入环保清淤及脱水干化处理系统。

一、现场勘测调研

1.淤泥物理性状

温榆河河道平面布置以现状的河道中心线、河道上开口为基准布置，基本维持现有走向，现状河道主槽底宽为110～160 m，上口宽度为130～180 m，堤距为 300～400 m。河道设计常水位为19.5 m。

设计河底纵坡以天然河道纵坡为基础进行适当调整。设计纵坡（清淤基准线）根据上下游拦河闸实测底板高程连线确定。上游苇沟闸闸底高程17.79 m、下游新北关闸闸底高程15.28 m。苇沟闸—新北关闸距离约17.4 km，计算得设计纵坡i=0.00014。施工范围在新北关闸闸前，河道设计清淤底高程15.43～15.28 m，淤泥顶高程 17.3～15.8 m，深度约 0.5～1.9 m。

河道长期处于过流状态，上游淤积含沙量较大，下游含沙量低于上游，淤泥分层明显。

2.淤泥物理性状取样试验

针对河道内淤泥初步调研，随机在清淤范围内取柱状样，并对样品进行泥浆容重、含水率、干密度、颗分试验分析。

试验表明，该河道底泥含沙量较大，粒径较小，含水率较低，取表层淤泥进行含水率试验，表层淤泥含水率达到85%。

二、带水清淤与淤泥脱水处理系统原理

本工程所采用的带水清淤与淤泥脱水处理系统施工技术主要分为两个部分，第一部分为带水清淤系统，第二部分为淤泥脱水干化系统。带水清淤工艺系统可以实现河道清淤过程带水作业，通过管道输送河道淤泥；淤泥脱水系统则是在清淤范围沿线岸边建设淤泥脱水处理中心，通过系统内设置的筛分机、泥浆池、清水池、药剂池、带式压滤机，对淤泥进行物理脱水处理。

三、主要施工技术工艺

1.带水清淤系统

（1）环保绞吸船清淤

绞吸船清淤由环保清淤船、输泥管及配套辅助设备组成，核心设备为环保清淤船。船载绞刀装置、船载柴油机、船载输泥泵。本工程采用1800m3/h产量绞吸船施工，输泥管道为DN350带浮子的软管，以最短距离敷设至岸边，沿岸边DN200钢管驳接口连接输送至固化中心。绞吸船绞刀从中间切入，分左右区域呈扇形扫河床方式逐层绞吸，每层绞吸最大厚度90 cm，扫床范围呈扇形，半径15m，单次扫床面积150 m2，下一次扫描范围与前一次重叠5m宽。重叠区域在船前进方向。

（2）人工水力冲挖清淤

人工水力冲挖清淤的施工方法需搭设封闭围堰，排水后采用人工水力冲挖，通过高压水枪冲散淤泥，使淤泥流动，通过泥浆泵输送。人工冲挖工艺采用在围堰内干槽河底合适位置，布置1台泥浆泵，泥浆泵功率26 kW，工人手持2台15 kW高压水枪泵从泥浆泵位置呈扇形向外侧冲散淤泥土，此时淤泥含水量增大，在水流带动下向泥浆泵泵口流动。泥浆泵将含固率约20%的泥浆水通过布置在淤泥表面的DN150泥浆管道输送至脱水中心。

2.淤泥脱水系统

淤泥脱水系统由泥浆池、泥浆预处理系统、药剂投加系统、脱水机、尾水澄清系统组成，其核心设备为脱水机。淤泥通过清淤船或泥浆泵进入脱水中心的筛分设备，筛分出建筑垃圾、生活垃圾等杂物，进行收集后运送至垃圾消纳站，筛分后的均匀泥浆进入污泥集中池。

泥浆集中池中加入少量药剂进行调理，改变污泥粒子的物化性能，破坏亲水的胶体结构，游离水析出，悬浮的微小颗粒互相凝结与部分砂石颗粒裹挟结团，泥浆浓缩形成浓浆，使需脱水的泥浆体积大幅度降低，并形成上清液从污泥集中池堰口溢出，浓浆进入混合器与药剂混合实现浓浆的调理。

在混合器内，浓浆与药剂进行充分混合并发生进一步反应使悬浮的小泥团形成絮状物，然后相互结合形成矾花，自由水产生，此时浓缩泥浆已经具备泥水分离的物理条件。

絮凝成矾花状态的泥浆进入改进型带式脱水机，经过多滚轴，利用张紧的滤布的剪切力使泥浆挤压脱水。在重力浓缩脱水段，自由水在重力作用下从滤网下排出，剩余絮团继续行进，进入低压区进一步缩小体积降低含水率，低压处理后的泥团逐步失去流动性，从而依次进入中压、高压区压榨脱水。泥饼压滤成形后排出，集中外运处置。

污泥集中池的上清液和脱水设备的压滤水以及清洗水通过管道和设备基础围堰收集流入过滤澄清池。

四、关键施工技术

1.清淤系统与脱水系统结合

带水清淤与淤泥脱水相结合，两项施工技术无缝衔接形成一个处理系统，比传统清淤方式先进，不需要大量铺设入河马道，无需进行拆迁和大量伐移树木即可开工清淤；对河道内环境影响较小；由于采用清淤船清淤，汛期对清淤施工无影响；淤泥经过压缩后含水率降低至60%以下，达到了减量化施工的目标，同时减少了运输过程中遗撒的风险，更符合渣土车上道运输的要求。

2.固废筛分和浮渣隔除

河道淤泥中有大量的生活垃圾及其他杂物固废，在底泥处理场中设置3套特制型滚筒筛，可以将固废垃圾预先筛分去除，垃圾统一收集运送至城市垃圾处理站。保障后面环保工艺管道和泵不易堵塞，保障整个底泥处理工艺的连续和顺畅。

3.淤泥集中调理并浓缩

经过预调理的淤泥黑臭水再经过固废筛分后，从淤泥集中池的斜坡面缓冲而下，淤泥中的悬浮物凝聚成大团浓浆，部分自由水在行进中析出，向后级池溢流。

4.浓淤泥浆调理脱水处理

淤泥集中池为锥底状，浓浆逐步集中在锥底便于泵的抽取，淤泥集中池上设作业钢平台，潜污泵在锥底抽取浓浆后进入静态混合器与环保药液混合，再经高压混合器使淤泥团形成适合压滤的紧密的絮凝矾花，絮凝泥团经过带式浓缩机过滤，去除自由水后，进入改进型底泥干化脱水设备主机，经过预压、低压、中压、高压压滤，形成干滤饼排出，由皮带输送机送入干泥堆场装车转运。

5.集中池溢流水及压滤水环保调理

淤泥集中池浅层溢流水经垛堰排入第一级过滤池，压滤水及滤网清洗水在主机基础汇集后经水渠排往第二级过滤池，两水在第二级过滤池汇合，压滤水中含有少量环保药效在第二池中被充分利用，达到对淤泥集中池溢流水的再次调理作用，充分调理后的水再经过3个清水过滤池流入最后一级清水池，最后一级清水池负责处理场内滤网清洗和泡药的供水，多余清水经过环绕水渠外排，确保外排水水质未经过二次污染。

图1 脱水中心平面图

6.环保絮凝添加剂的使用

（1）混凝剂 PAC

无机高分子混凝剂聚合氯化铝（简称聚铝）对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，聚合氯化铝具有吸附、凝聚、沉淀等性能。

（2）凝剂 PAM

本项目使用絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺，其外观为白色粉粒。聚丙烯酰胺具有絮凝性能，使悬浮物质通过电中和、架桥吸附作用有效降低泥浆流体的摩擦阻力，通过机械的、物理的、化学的方式粘合，最终使泥水分离。

7.脱水中心各分系统的设计建造

脱水中心在设计建造过程中较为灵活，单台机组占地约200㎡，依据现场实际情况，脱水中心各系统可综合考虑设计，没有固定的建造形式，有利于适应多样化的场地要求。脱水中心平面图见图1。

五、环境影响评价

1.大气环境影响结论

施工期间绞吸船、施工机械、运输车辆等产生的废气会对周边的大气环境造成一定影响，但由于施工期间机械设备及车辆非连续运转使用，废气产生量较小，清淤、脱水、运输施工期间运输车辆和施工机械排放的尾气对周边环境影响较小，随施工结束而结束。

2.水环境影响结论

现状温榆河河水进入污泥脱水站，温榆河水为污泥输送载体，污泥处理过程中添加的聚合氯化铝及聚丙烯酰胺均为饮用水净化处理常用药剂，絮凝剂将淤泥、原河水中的部分悬浮物絮凝沉淀，回流水排入原河道，未与其他污染物接触。经过水质检测，其水质类别同原河水水质类别，认为回排水对原河道无污染。

3.噪声环境影响结论

本项目产噪设备主要来源于污泥脱水站、机械设备运行等，主要为发电机、泵类、风机，噪声源强在70dB(A)。淤泥脱水中心设置有封闭厂房，厂界的噪声贡献值可以满足允许标准限值。脱水中心运行噪声不会对当地声环境质量产生明显影响。

4.固体废弃物环境影响分析

本项目固体废物主要包括污泥脱水站运行产生的污泥以及温榆河周边游人产生的生活垃圾。施工期间的建筑垃圾和河道清理垃圾应定期清运至指定弃渣场，防止弃渣乱堆乱弃造成环境污染。生活垃圾来源于施工人员生活过程中产生的少量废弃物，其成分与城市居民生活垃圾成分相似。生活垃圾将分类收集、定点密封存放，由专人定期清运至生活垃圾消纳场所。本项目污泥脱水站运行产生的污泥经机械浓缩脱水后运至渣土消纳厂处理。