河湖淤泥疏浚及淤泥处理处置技术应用研究

黄 胜

中交二航局市政建设有限公司

1 引言

为改善河湖状况需要进行淤泥疏浚工程，疏浚淤泥经常采用堆放处置措施。由于疏浚泥沉积固结速率慢等特点，采用堆放疏浚泥带来大面积占用土地资源的问题。我国由于技术经费原因，淤泥尚无合理的处理技术，大多以农肥形式用于农业。近年来河湖生态疏浚新技术工艺不断推广应用，枣阳市沙河水环境综合治理工程对河湖生态环保疏浚工程管理提出新要求，目前国内河湖生态疏浚方面尚无统一技术规程，为提高生态疏浚工作水平，编制河湖生态疏浚工程施工规程，为河湖淤泥疏浚处理技术应用提供借鉴。

2 河湖疏浚泥处理的意义

污淤泥自身再悬浮是导致水体变黑重要因素，受污染底泥污染物释放影响，上覆水COD 增加32%～64%，对污泥清淤能降低水体污染物浓度。淤泥疏浚意义是将沉积富集在底泥中的污染物从水体转移，减少水体内源污染释放对水质影响。为快速完成泥沙淤积处理，应对淤泥进行有效处理，发挥河道生态功能，提升周围渗透环境质量。疏浚淤泥具有强度低，含有病原生物等特性，疏浚淤泥运输中易洒落；堆放地易产生难闻气味；降水作用下易产生泥浆液形成二次污染。

当今社会信息技术日益普及，我国不断加大河湖资源建设力度，受到河湖地理位置限制，需要对河湖边区域泥沙淤积进行处理。我国相关领域专家针对典型河湖建立相应模型，进行系列技术性专项研究，为淤泥疏浚问题解决奠定了基础。发达国家以商业化方式对淤泥进行处理利用。英法等国家在80年代末开始利用淤泥为主要原料制造净化燃料，燃烧中不会排出有害气体[1]。日本淤泥用于生产各类建筑材料，淤泥材料制成的砖块重量轻，适宜建筑物装饰。我国淤泥处理主要进行填埋处理，造成土地资源浪费。泥水分离技术研发应用可以减少疏浚泥堆场用地面积，对解决疏浚泥场征地带来的系列社会问题具有重要意义。目前快速固结技术经过多年室内研究，形成包括关键技术参数等方面的技术内容，但大面积推广应用需要经过工程实践检验，形成成熟的施工工艺。

3 河湖疏浚泥淤泥处置技术

为验证快速固结技术取得室内中试成果，及结论性意见在工程实践中的可靠性，在枣阳市沙河水域城市水环境综合治理项目中，对河湖疏浚堆场关键技术进行工程应用试验，形成施工工艺。枣阳市位于湖北省西北部，辖区面积3276km²，城镇人口70.52 万人。枣阳市物华天宝，经济社会发展迅速[2]。沙河是枣阳市母亲河，多年均净流量为2 亿立方米，河道自东向西穿过城区，承载防洪排涝、生态景观等多种功能。城区主要水体有东西冷水沟、护城河与干流城区段，由于底泥污染等原因需要综合治理。

目前国内常用的河湖清淤方法包括干式与半干式清淤。干式清淤法针对水量不大的河道，将淤泥层暴露出来，采用人工方法对河道清淤。其优点是易于控制清淤深度，施工效率高；缺点是对堤岸稳定性产生影响。泥床暴露易产生恶臭，施工环境较差。通常采用汽车运输淤泥，易造成淤泥撒漏产生二次污染。半干式清淤针对水量不大的河道，采用泵送设备抽排清淤。半干式清淤的特点是将河道积水排干，留有10cm～20cm 深河水搅拌淤泥。采用管道输送方式[3]。其优点是可不用车辆运输，避免二次污染问题；缺点是泵吸能耗较大。湿式清淤是国内河湖疏浚工程中常用清淤方法，通常依靠船上吸泥管前端装设旋转铰刀装置，经吸泥管绞起泥沙物料，输送到泥沙物料堆积场。挖运等作业可一次连续完成。

图1 机械一体化淤泥处理工艺

国内外生态清淤采用绞吸挖泥方式，国内经济发达地区实施很多淤泥生态清淤处理项目，如南京玄武湖等，常见的淤泥处理有传统机械脱水法、化学固化法、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。自然晾晒是最简单的方法。许多内陆湖泊采用堆泥场自然干化法，如无锡五里湖底泥疏浚工程。通常要设置堆场，虽然堆场晾晒是最简单的脱水方法，但需占用大量土地，污染物渗入地表土层造成二次污染。真空排水法适用于有机质含量低、持水性差的淤泥脱水。疏浚淤泥黏度高，真空排水通道会被淤堵。有关疏浚泥固化处理集中于疏浚淤泥强度等力学特性研究。采用强胶结才老，使疏浚淤泥可一次胶结成型。固化处理后疏浚淤泥可作为建材使用，但淤泥化学固化技术成本较高，淤泥处置环境经济效益较差。

近年来，随着对黑臭水体治理要求提高，处理后淤泥处置成为推进水域生态进程的关键。许多国家开发利用淤泥方面改善城市环境。目前国内常用污泥处理方式通常为填土利用。淤泥预处理后可作建材等，或作淤泥堆场围堰等实际工程填土材料等。淤泥经简单消化灭菌后有机物含量降低，可根据淤泥含水率等因素进行专门填埋。淤泥土地填埋需要大面积场地，需做防渗处理避免污染地下水，对淤泥的脱水与填埋作业有较高要求。富营养化的泥质可进行土壤改良。含杂质的淤泥不能直接送到田里。在泥浆出口处应设置滤网，泥浆厚度不宜过大，适当控制化肥用量。

4 河湖疏浚泥淤泥处理技术的应用

本项目清淤断面设计按照“清除污染层、维持河岸稳定”的原则设计。以淤积厚度为依据，确定出设计清淤开挖控制线，目前清淤量计算方法主要包括断面法、数值地貌模拟法。本工程采用断面法计算。根据《疏浚与吹填工程设计规范》（JTS 181—5—2012），计算超深按0.15m考虑。目前国内常用的河道清淤采用围堰干挖、机械疏挖等方案。

围堰干挖是将河道分段截流排干水体后，采用机械与人工相结合的办法，利用反铲挖掘机挖装土。方案施工简单，可利用周边堆场堆放淤泥，但工期较长；对渠道的宽度要在一定范围内，渠道两岸需有供挖土机行走道路，淤泥转运时对运输车密封要求较高，运输成本高。绞吸式挖泥船是在清淤工程中运用广泛，利用吸水管前端旋转绞刀装置，将河底泥沙进行切割，将绞起的泥沙物料，由排泥管输送到泥沙物料堆积场，挖泥泥等工作可一次连续完成，是成本较低的挖泥船，小型绞吸式挖泥船船体尺寸为12×4.0×0.9，输送距离1km～2km。优点是不影响河道正常运行，淤泥由排泥管封闭输送，对周边环境影响较小，适合沿河人口密度较大，不能截留的河道清淤；缺点是运维要求较高，对河道宽度有一定要求。

本工程清淤范围为护城河的书院街至关南街段、西冷水沟。河道两岸多处经过房屋，无法采用绞吸船清淤。沙河河道较长，河道断面宽度大；淤泥最大深度为1.5m，本次清淤范围的河道采用机械疏挖；河道两侧有现状房屋，周边排污口做导流，护城河清淤量39317m3。西冷水沟局部清淤面积较小，建议西冷水沟采用人工清淤，郊野段西冷水沟断面较小，建议采用机械疏挖进行清淤。

自然干化传统的处置选择农用地，清淤产生淤泥通过泥浆车运输倾倒，干化后的泥土作为农用土使用[4]。河道水质污染情况比较严重，污染物浓度含量较高，对堆场土壤产生污染，散发工程方案异味气体。板框压滤处理系统是疏浚泥浆输送至调节池，用泥浆泵送至“脱水固结一体化”处理系统进行泥浆的调理。对淤泥进行脱水固结处理，淤泥体积减量约60%，可完成对重金属、细菌等有害物质的消毒或固结。

淤泥固化处理是将疏浚淤泥沉淀后，在淤泥中添加适量淤泥固化剂，增加抗压强度。淤泥固化剂由结构剂、促凝剂按配比配置混合体，向淤泥中加入固化剂，利用活性成分与淤泥中水分发生快速胶凝反应，表现出含水率降低、良好的抗压抗剪能力。通过复杂的理化反应将淤泥转化成类似土壤的固化体[5]。真空预压法是在软基表面铺设砂垫层，用封闭膜使其与大气隔绝，通过砂垫层内埋设吸水管道，自然干化占地面积大；真空预压法占地面积较大，场地较难满足；板框压滤处理方案，用电量大，处理后的泥饼需要转运；淤泥固化处理方案，耗电量小，但需占用场地。本工程选用淤泥固化处理。

5 结束语

随着国家治理黑臭水体力度加大，各地加快推进黑臭水体进程。因地制宜采用合适的工程技术手段，快速处理污泥底泥成为流域水体治理的关键。采用合乎实际的资源化方案，对实现黑臭水体治理目标具有重要作用。本项目设计概算为106452.09 万元，工程其他费用19853.36 万元，基本预备费7336.12 万元。枣阳沙河城区段的控源截污、两岸绿道建设，促进人与自然和谐相处，着力打造美丽枣阳，实现经济、社会环境综合效益的最大化。