河道砂性底泥疏浚、固化及资源化利用方案设计及工程应用

潘国勇，匡 义，羊樟发，周永红，王小明

（1.杭州市富阳区水利水电工程监管中心，浙江 杭州 311400；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

河湖底泥中所含物质包括有机质、泥沙、黏土、矿物质及污染物等。在河流长期的传输过程中，这些物质经过物理、化学、生物作用形成了底泥，底泥中含有的污染物，长期沉积在湖泊底部，形成淤积，一方面削弱河湖行洪能力，影响周边城市防洪安全，另一方面底泥氮磷等释放会使水体富营养化，影响城市生态水环境[1]。

目前，国内河湖底泥疏浚、处置是水环境综合整治工程的重要内容之一，相关研究人员已围绕底泥的“减量化、无害化、稳定化、资源化”进行了大量的研究与试验[2-6]，但是针对河湖砂性底泥研究与应用案例却较少，整体上缺乏系统性、全方位研究与设计。因此，本文基于某河道清淤工程案例，对河道砂性底泥疏浚、固化及资源化利用设计方案进行探讨分析，为后续类似工程的设计、施工提供参考和借鉴。

1 工程概况

某河道位于浙江省西北部，河道内分布养殖场、河床淤积严重，水域较为封闭，加上常年未进行清理，严重影响当地防洪安全以及水生态环境。为满足河道分流行洪、提升水环境兼顾水上休闲运动等要求，需对其进行河道清淤、疏浚。

本河道宽度150.00～330.00 m，长度约7.1 km，现状河底面高程为-6.54～3.70 m，水位常年在4.70 m左右，现状水质良好。河底淤泥以中砂、塘泥、黏质粉土成分为主，污染物较轻，检测情况可控。

根据设计原则，本工程清淤按照天然河势清除1.00 m 高程以上淤积，两侧坡比采用1∶5，与原始边坡顺接，水下清淤工程量约68.40 万m3（自然方）。本次清淤深度内涉及的土层主要为：①3 层塘泥、②1-1 层黏质粉土、③1 层中砂。其中①3层塘泥呈流塑状，最大含水率为58.1%，其主要成份以黏性土为主，局部夹有少量粉砂及粉土层，含砂量约为5.0%；②1-1 层黏质粉土呈稍密状，局部地段夹黏性土，黏性土呈流塑～软塑状，变相为淤泥质土，含砂量约为20.0%；③1 层中砂主要以中砂为主，局部位置黏性土及粉土含量较高，中砂层内含泥量约为22.6%。

2 工程实施特点

由于本工程距离城区居民区近，疏浚规模较大，周边场地堆场极其紧缺，结合底泥特征，考虑周边交通条件及环境保护等因素，本工程实施中需满足以下要求：

（1）河道清淤及底泥输送不能影响河道两岸排灌两用闸等正常运行。

（2）河道清淤厚度较小，水下清淤设备需具有较高的疏浚精度，高效、方便、经济合理，并能有效减小疏浚施工对水体的扰动。

（3）河道清淤、底泥输送以及后续底泥处理工艺相互配套、协调，需严格控制底泥输送过程中的二次污染及流失。

（4）底泥处理处置需实现污染底泥的减量化、无害化、稳定化，并能尽量实现砂、泥饼等资源化利用。

（5）底泥处理后的余水需要全部进行达标处理，并尽可能实现水循环利用，不能对受纳水体生态环境产生危害。

基于上述要求，本文从河道砂性底泥疏浚、底泥输送、底泥处置、余水处理以及资源化利用等方面进行分析比较，以期为现场施工提供最优设计方案。

3 河道清淤及输送设计

河道底泥的清淤技术主要包括排干清淤、水下清淤[7]。河道底泥输送技术有泥驳运输、输泥管运输、皮带机运输、自卸汽车运输、吹泥船运输等。

考虑到河道沿线两岸分布多处排灌两用闸，当地有一定的取水要求，不能将河道断流排干，同时该河道水域较宽，地下水水位较高且丰富，河道与地下水存在互补关系，河道清淤无法采用排干清淤，因此需采用水下清淤技术。

根据本河道清淤特点，结合河道水下清淤及底泥输送技术，初拟2 种方案进行比选（见表1）。最终拟推荐“绞吸式挖泥船+输泥管道”方案。

表1 河道清淤及输送方案比选表

4 底泥处理设计

4.1 底泥处理技术简介

底泥处理技术主要包括原位处理和异位处理2大类[8]。

原位处理技术是指在河湖泊涌内利用物理、化学或生物方法以减少污染底泥总量、减少底泥污染物含量或降低底泥污染物溶解度、毒性或迁移性，并减少底泥污染物释放、改善污染水体活性的底泥治理技术，主要包括原位物理法、原位化学法、原位生物修复法。异位处理技术是指在土壤污染严重的情况下，挖出污染土壤进行集中生物降解，通过向土壤中投入填充剂，如木片、树皮等，以改善土壤结构，使之疏松通气，降解污染物的微生物繁殖，处理后的土壤运回原处。

河道底泥采用疏浚设备将底泥疏浚至岸边后，需通过底泥预处理及脱水，使得底泥能够“减量化、稳定化、无害化和资源化”，目前技术相对成熟，主要包括物理脱水固结法、搅拌固化法、机械脱水法、热处理法等。

4.2 清淤及底泥输送技术比选

本段河道底泥污染较轻，清淤的主要目的之一为增加河道行洪断面，采用原位处理技术并不适用于本工程。因此在异位处理技术中选2 种处理方案进行比选（见表2）。

表2 河道底泥处理方案比选表

鉴于本工程当地降雨呈明显季节性变化，降雨频繁且集中，加上自然晾晒场面积需求量较大，工程区域可用征地较为紧张，征地协调难度较大，工程距离居民区较近，环保、水保等要求高，自然晾晒方案可靠性较低。

机械脱水法相比较自然晾晒方案，其工程费用相对较高，但是在运行可靠性、适应性、资源化利用、环水保等方面有显著优势。

综合技术、经济、风险等方面考虑，推荐可靠性和环保性更高的方案2，即机械脱水法（板框压滤方案）。

4.3 底泥处理工艺流程及设计方案

（1）清淤底泥通过绞吸式挖泥船、输泥管道等输送到底泥处理厂，进入泥砂分离系统，通过振动筛、脱水筛等设备将垃圾、砂砾进行分离，垃圾外运，砂砾经过清洗堆放至临时堆砂场并实现资源化利用。

（2）泥浆经过泥砂分离系统后自行流入固液分离系统（沉淀池）进行浓度调节，浓缩、静置后泥浆形成沉淀，上部清液析出，溢流至余水处理系统，余水经达标处理后用于厂区洗砂、绿化及农用灌溉等。

（3）经过固液分离系统（沉淀池）浓缩后的泥浆通过绞吸船输送至均化调理系统（调理池），通过管道添加絮凝剂、脱水剂等方式对泥浆进行调理、调质。

（4）经过调理调质的浓底泥通过泥浆泵送至脱水固化系统，采用板框压滤机进行脱水，泥饼脱水达标后通过皮带机输送至泥饼堆场，采用土方填筑等方式消纳。

底泥处理厂工艺流程见图1，平面布置见图2。

图1 底泥处理厂工艺流程图

图2 底泥处理厂平面布置图

底泥处理厂的底泥预处理采用泥砂分离池+固液分离池方案，底泥脱水采用板框压滤的机械脱水法，余水处理采用超磁分离技术。厂区主要由泥砂分离系统、洗砂系统、固液分离系统、均化调理系统、脱水固化系统、余水处理系统等组成，总占地面积约为5.2 万m2（含进出厂道路）。

4.4 底泥处理中的资源化利用

（1）根据工程经验，经过板框压滤机脱水后含水率会大幅降低，通过加入絮凝剂、石灰等对泥饼进行改良、改性，使其强度、渗透性等参数满足土方填筑资源化利用要求[9]，可用于堤防填筑、景观回填等。

（2）在砂性底泥处理过程中，分离出的大量中砂经清洗后可用于房屋建筑等工程。

（3）在底泥固化脱水过程中，对产生的余水进行处理达标排放，可用于本工程洗砂、洗车、绿化洒水及农用灌溉等。

5 结 语

根据本工程特点，本文提出“绞吸式挖泥船+管道输送+机械脱水法（板框压滤）+泥饼、砂砾及余水资源化利用”的技术方案具有较好的可行性，其底泥疏浚效果较好，能有效避免二次污染，并实现泥饼、砂砾及余水等资源化利用，为类似工程提供借鉴和参考。