浅谈河湖生态淤泥固结技术与资源再利用

李 广 陈 龙 刘兴峰

中国电建市政建设集团有限公司

1 引言

巢湖是全国五大淡水湖之一，在蓄洪、给水、水产饲养、旅游等方面起到强大作用。同时也是全国重点防治的“三河三湖“之一。多年以来，各类污染源进入河湖，经过积累，逐步留存了大量污染底泥，成了巢湖主要的污染源头。整个巢湖清淤试点区域面积为5.52km2，清淤深度为20cm～50cm，平均清淤深度基本控制在0.29m，清淤工程量为158.8万立方米。淤泥是由河湖中污染物持续堆积而成的，是河湖内源污染的起点，引发河湖二次污染，从而导致水污染、富营养化和水藻的爆发；从而造成河湖中水体缺氧，而且严重破坏着周边水与生态环境。

生态清淤就是在符合环保的条件下，以利用合适的机器进行淤泥固化等一系列处理工艺，以实现淤泥的资源再利用，以改进河湖水质及生物生息环境，促进水生态体系的恢复，避免淤泥二次污染。

2 清淤的特点及目的

（1）在河湖清淤过程中，应尽可能地减少泥沙搅拌，防止底泥四处扩散、泄漏措施，避免对河湖产生“二次污染”现象。

（2）在清除沉积已久的污染底泥时，要注意保护河湖底原始底泥不被毁坏，以便于水生植被及生物种群的生态平衡。

（3）对淤泥输送上岸后，通过淤泥干化余水处理分离，经脱水分离的底泥进入临时堆场，余水经过高效截留澄清及水质监测，在余水满足排放标准回排至湖区，避免污染物对环境的次生污染。

（4）采用固化剂与底泥充分混合，生成胶凝物质，黏结土颗粒，进行水化反应将淤泥固化处理，可将含水率较高、强度较低的淤泥转化为工程回填用土进行资源再利用。淤泥固化实施时产生大量的氨气杀灭淤泥中滋生的病菌、寄生虫、病毒等，从而使得PH值导致病毒、寄生虫卵、病菌等失活，淤泥中的重金属稳定，满足《绿化种植土壤》（CJT 340—2011）《园林绿化栽植土质量标准》（DGTJ08—231—2013）中对土壤环境质量要求的指标。

3 主要施工方法及操作要点

3.1 施工工艺流程

图1 工艺流程图

3.2 施工要点

3.2.1 施工准备

（1）技术准备。项目部施工技术管理人员熟悉图纸，编制专项施工方案，同时对各类作业人员的安全技术作业指导书进行交底工作。

（2）设备准备。根据清淤工程量和工期要求选择绞吸船，挖掘机、压路机、带式压滤机等设备按需求准备。

3.2.2 绞吸船清淤疏浚

（1）排泥管线布设。绞吸式挖泥船在清淤前首先要铺设一条配套的排泥管，主要以不影响周边环境和最小排泥输送距离为最优原则，可以使用潜管并适当配以生产必需的浮管连接至水下潜管一端，沿陆地管线一直延伸至堆土围护区，进入排泥堆积场内。

（2）浮管敷设。绞吸式挖泥船通常采用长6m钢管穿浮筒形式布设浮管，为使得泵管间有良好的活动空间通常采用1.5m橡胶软管连接，在浮管铺设时要形似流线弯曲，并采取锚定位，防止水流及风速造成管道摆动，影响施工。

（3）潜管敷设。水下潜管在铺设之前要选择一块宽敞、平整的场地进行输泥管的连接，输泥管在连接时为确保流线弯曲自由，毎相隔3节采用柔性橡胶管连接，管线一端采用专用橡胶垫圈封堵，使用绞吸船拖入水中，并在水中潜行至预定的方位点，连接的两点通过配备的水泵及空气压缩机以1.8m³∕min的速度，为使管线下潜可以向潜管内注水以及呼吸阀排气共同实现。

（4）岸管敷设。在岸上铺设的管道主要有钢管及不同的弯头，橡胶垫等构成，使用法兰加橡胶垫，并以螺栓辅助连接。在岸上管道铺设时多为人工挑抬施工，过程中要保证铺设的管道平顺，尽量避免出现打的死弯道。

（5）绞吸式挖泥船定位。首先确定河湖的清淤坐标定位点并将施工图中坐标输入清淤监测控制软件，依据GPS坐标指示及风向和水流情况，挖泥船在清淤施工区域内以坐标点定位。按照绞吸船的基本停泊顺序，基本先抛设上风口、上游锚。在抛锚时应将绞刀移动到挖泥边线上，并下放至淤泥中定住船身，要掌控好抛锚的位置即可停泊，并收紧移缆，待上下游向移抛锚抓住后，联系实测数据，对绞刀下放深度经过深度监控仪进行准确复位，并调整绞刀头开挖倾斜角及防护罩平行并密封，使其紧靠泥面。

（6）清淤疏浚。利用绞吸式挖泥船在河湖库区淤泥采挖区内，通过斗轮头分层切削挖除土方，泥泵吸泥，再经过密封排泥管线和多级接力泵站层层加压输送至排泥场内。其余开挖上断面土方由绞吸式挖泥船直接按设计断面开挖后输送至排泥场内。一般开挖方式分为：①分条开挖，即挖泥船移动到挖泥边线上，并将定位桩打设在河底泥层中，促使船身以船尾定位桩为中心，船身长度为半径，斗轮头以扇形左右摆动，促使挖泥船完成扇形横挖法作业；②分层开挖法，即绞吸式挖泥船在施工条幅内开挖作业时，以适合开挖层厚分层开挖，能有效减小回淤量，提高开挖精度，减少已开挖区在实施过程中的再次落淤，为减小污染扩散，清淤时要求绞刀低抬速、低转速运行作业，并保持慢速均速移动，将绞刀对周围水体的扰动规模尽可能的限制在较小。

3.2.3 脱水干化处理

一般绞吸船的泥浆泵吸入的底泥含水率在85%～95%，并且在泥浆中含有大量的沙石和垃圾。为了减少沙石和垃圾等物体对脱水机械的缠绕和损伤，首先利用垃圾分选机械对吸入底泥进行筛分，将含在内部的石块及垃圾等筛分出来，然后由污泥干化设备将泥浆中含水率控制在30%之内。在除去砂石及垃圾后通过污泥干化设备的二、三级精密筛分将0.045mm以上粒径的泥筛分出来，剩余部分微小的悬浮胶体颗粒随大量余水进入余水处理系统。

截留的淤泥含水率很高，通过管道排入污泥调蓄池，经过絮凝剂的絮凝，凝结形成大的絮状物，直接通过带式压滤机来实现脱水，淤泥经过浓缩以及被压形成含水率小于60%的泥饼，滤液澄清回排至湖区，含水率较低的泥饼将进入临时堆场。

污泥干化设备可筛分的底泥粒径为大于0.045mm，底泥在疏浚前处于相对的水泥平衡状态，依据《疏浚与吹填工程质量检验标准》（JTJ 324—2006），整个巢湖清淤试点区域清淤深度为20cm～50cm，平均清淤深度基本控制在0.29m，清淤工程量为158.8万立方米，表层浮泥层15cm左右，易扰动，糊状粘稠。绞吸船针对悬浮层切削面筛分大量悬浮胶体颗粒，通过余水截留处理回排。第二层开始，由于泥浆因压实度成团块状，绞吸船切削制浆经输泥管线进入污泥干化设备，经过机械三级分离系统筛分后，90%～95%的底泥筛分出料，剩余5%～10%的微小颗粒经过管道进入余水截留处理回排。该设备处理实现余水清澈，主要是去除余水中的SS，可有效地消除余水中的有机物，通过设备被物化高效截留后，回排水中的SS达到标准，然后回排湖区。

3.2.4 淤泥回填

淤泥经过安全化、稳定化处置达到回用标准后，运至填埋区采用铺设HDPE膜进行安全防渗处理。干泥污染物浓度检测值应小于《绿化种植土壤》（CJT 340—2011）《园林绿化栽植土质量标准》（DGTJ08—231—2013）中对土壤环境质量要求的指标。

防渗工程完成后，将处理合格的淤泥运送至回填区域进行回填，主要可适用于矿山修复、湿地带建设。每层回填厚度50cm碾压密实；然后上部再填筑一层20cm～30cm厚的原生土，碾压密实后上报监理工程师验收，验收合格后进行下一层填筑，如此填筑，直至回填至设计标高。

4 传统挖泥船与绞吸船挖泥船设备的不同

传统常规的清淤设备一般为抓斗、绞吸式、斗轮式、耙吸式等挖泥船。传统的挖泥设备由于未配备防扩散装配，在实施过程中易搅拌大量悬浮泥沙、涉及规模较大，造成实施以后回淤量过大，往往无法满足设计要求，则通过利用超挖的方式，这样既毁坏了原始土，又不能彻底进行污染物的清除，污泥扩散将对水体造成二次污染。

绞吸式挖泥船通过利用专用绞刀头清淤，牢固的叶片滚动轻削淤泥，使用密封罩装置防止悬浮与流动状淤泥扩散，并使之利用导流槽导向吸入口，泥泵通过管道将污染物运送至淤泥堆放指定地点，可清除河湖中悬浮与流淌状淤泥，通过余水截留处理回排。增强密封罩的防扩散效果，减小清淤对周围水域环境的滋扰影响，但是无法挖除硬地质，对湖底的原状土不形成破坏。

5 生态清淤主要技术要求

为确保挖泥船在开挖区域平面质量精确控制，控制的实测定位的方式有经纬仪、测距仪、全站仪测放样坐标及GPS跟踪定位。同时，为确保工程质量精确开挖高程的效果，不影响工程质量评定，采取最佳的高程控制方式人工测杆、测深仪、人工结合仪器等。

6 结束语

绞吸挖泥船在河湖进行实施清淤时，减少泥沙搅拌，尽可能防止底泥扩散、外泄，利用机械进行淤泥固化等一系列处理工艺，以实现淤泥的资源再利用，避免淤泥二次污染。生态清淤是改善河湖湖水质和底栖环境的最直接、最有效、最环保的措施。采用固化剂与底泥充分混合，生成胶凝物质，黏结土颗粒，进水化反应等，经过对淤泥固化处理技术，可将含水率较高、强度较低的淤泥转化为工程回填用土进行资源再利用，给工程带来了良好的经济效益。