城市江河湖泊生态清淤及泥沙固化施工关键技术研究与应用

黄 伟 汪贵成

(长江河湖建设有限公司，湖北 武汉 430010)

1 概 述

为加快城市黑臭水体整治工作，改善城市生态环境，促进城市生态文明建设，城市河湖底泥疏浚处理技术引起广泛关注。城市河湖疏浚底泥处理的主要方法是淤泥堆场处理和脱水固化处理。淤泥堆场处理需要占用大量的土地资源，在城市中很难应用。

长江河湖建设有限公司根据城市河湖底泥有机质、重金属、生活垃圾较多的特点，有针对性地开发生态疏浚底泥固化式环保处理工艺，并经工程实践应用后，形成一项城市江河湖泊生态疏浚及泥沙固化施工工法。该项施工工法结合工程实际情况，因地制宜、大胆创新推广应用，累计处理淤泥近150万m3。河湖底泥生态疏浚固化环保处理质量优良，各项指标达到或优于设计或行业标准。

2 工法特点

2.1 工法先进环保

采用刀头定位装置，实现精确挖掘。该方法在传统环保绞吸清淤机的绞刀头上增加了定位防护罩，开挖精度控制在10cm以内，实现了精确清淤，安全保障效果显著；底泥疏浚、固化一次完成，可实现24小时不间断作业；泥沙脱水效率高，固化后便于运输；脱水泥饼的含水量为35%～40%，处于硬塑状态，体积减少量大，大大降低了处理后污泥的运输成本和占地成本；过滤水清澈，尾水悬浮指数SS小于20mg/L，符合国家Ⅰ类水排放标准。

2.2 可持续发展与循环经济

压滤固化后的沉积物无侧限抗压强度7天超过0.2MPa，可用作建筑原料，也可用作农业、园林绿化和土地改良的土壤材料。实现河湖沉积物的资源化利用和最终处置。该方法强调河湖底泥处理首先要达到“减量化、无害化、稳定化和资源化”的目标，符合国家提倡的可持续发展和循环经济的要求。

本系统主体设备已国产化，技术成熟、维护方便。

3 适用范围

本方法适用于大、中、小型河流、湖泊、水库的大流量疏浚和生态环境疏浚工程。特别是在环保处置要求高的城市河湖疏浚固化处理中，经济和社会效益更加突出。

4 工艺原理

利用环保绞吸式挖泥船的大功率泥浆泵，将河湖底泥浆吸入全封闭泥浆管道，并输送至进水口前池。泥浆经过垃圾筛分系统通过管道混合器进入沉淀池沉淀；细颗粒通过重力通道进入浓缩池，在浓缩池中进行化学调理后，泥浆通过管道输送到机械搅拌系统，搅拌系统中设有筛分装置，对泥浆中的杂质进行进一步的筛分和处理；采用加压泥浆泵系统将物料池中搅拌均匀的泥浆泵送至板框压滤机进行压滤脱水固化处理；排出的固化泥浆由传送带输出并储存在预定位置，此时固化泥饼的含水量低于41%。

该方法固化剂的配方主要由聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、聚合氯化铁、非金属氧化物SO2和SO3、重金属捕集剂等组成。通过动态调整疏浚底泥组成、进行随机取样试验，确定最佳配比后应用于工程中。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

工艺流程为：施工准备→绞吸船组装就位→刀头定位装置安装→浮管输泥管安装→水下生态沉积物清淤→管道输泥→初筛→药剂浓缩沉淀→二次浓缩沉淀→振动二次筛分→搅拌加药→压滤→泥饼固化→资源化利用(见图1)。

图1 工艺流程

处理系统：底泥疏浚→污泥管道输送→污泥粗筛→化学浓缩调理→底泥固化调理→板框压滤脱水熟化→污水澄清处理。

污泥输送系统：利用环保绞吸船将河道淤泥输送至现场污泥处置厂排泥区前池。

淤泥粗筛系统：淤泥混合泥浆通过淤泥粗筛系统，分离污染底泥中的漂浮杂质。

絮凝剂调理系统：首先筛分系统对泥浆中的垃圾、砂石进行移除，接着沉积物被泵送至浓缩池。在管口处设置絮凝剂加入装置，使沉淀物逐渐浓缩并沉淀在底部，浓缩沉淀物被输送到指定地方进行后续处理。上清液排放至余水池处理，达标后排放。将浓缩后的泥沙输送至泥沙调理存储池，在调理装置中加入化学物质(固化剂)进行混合调理，形成沉积物的骨架结构，促进细胞内水分的释放和沉积物微粒的聚集，彻底改变沉积物的高持水能力,促进泥水分离，提高强度，使排出的泥沙满足改性要求。

板框式压滤系统：在泥浆由板框式压滤机输送的条件下，由给料泵和高压油泵提供强压力挤压底泥，得到含水量小于41%的块状泥饼。将压滤后的水送入污水处理系统进行后续处理。

污水净化系统：对浓缩机和调节池的上清液进行沉淀，对压滤后产生的加压过滤水进行沉淀，以减少悬浮固体，达到有关标准后排放。

5.2 重点操作要点

认真研究设计图纸及相关施工规范后编制施工计划并进行技术披露。进行初步的地形调查和污泥处理能力计算，确定污泥污染因子的含量和最佳化学试剂配比。

5.2.1 泥浆输送与淤泥粗筛分

利用绞吸船的大功率淤泥泵将河底淤泥输送到进水口前池。泥浆经管道输送至筛面，过滤后的水从筛板的缝隙中流出。同时，固体物质通过筛分机后大颗粒逐渐沉降，然后用机械方式清除。

5.2.2 沉淀池

粒径大于0.2mm、密度大于2.65t/m3的沙粒经过沉淀池后沉淀，清除的泥沙可以用于建筑填料。经过沉沙池运行稳定处理后效果好。一般设置两级沉淀池。在缓流作用下砾石沉降效果较为理想。

5.2.3 浓缩池

泥浆经过浓缩池溢流，在自然重力作用下沉降比较慢。在溢流口设置化学添加设备，使泥浆通过时，提高底泥的固含量，便于后续处理。如果药剂输送过多，容易使井底泥浆结块，不利于提升和再运输。如果太小，泥浆就不能容纳，水也不能分离，从而达不到浓缩的目的。为保证纸浆浓度和尾水质量，浓缩器不应少于两个。浆液经过化学调理后，通过罐底的管道泵送到机械搅拌系统。从尾水表面分离出来的悬浮物，经排水管收集至污水澄清池，经处理后排放。

5.2.4 淤泥搅拌调理装置

底泥调理装置接收化学浓缩机中由扬升泵输送的底泥，并添加化学固化剂,通过搅拌使固化剂迅速反应，达到底泥改良的目的。调节好混合调理装置后，污泥排入沉淀储存池。

5.2.5 药剂投加系统

为了提高脱水性能需要添加化学品调节酸碱度以降低污染物的活性。金属制品，通常是橡胶制品，不得用于药物容器。

5.2.6 沉淀存储池

污泥在搅拌调节装置中调节后，直接流入池中。由于调节后的污泥已经与污泥和水分离，池中的部分水可以通过池中的溢流管排出，使得储存池有更多的空间来储存调节后的污泥。

5.2.7 压滤系统

该系统的主要设备为压滤机和传送带。沉淀储罐中处理后的污泥由泥浆泵泵入过滤室。当过滤室充满泥浆时，在压力泵的压力下，水通过过滤板上的排水孔从滤布中过滤出来，并排入清水池。当没有水从排水孔中过滤出来时，关闭加压泵，排出加压水，释放气缸压力，然后将固化污泥排出并储存在预定位置。此时，固化污泥的含水量约为41%。

5.2.8 固体(泥饼)运输

经污泥处理后，污泥饼含水率小于41%，无二次污染。泥饼的承载力、渗透性和pH值与普通土相当，可作为路堤加固和地基工程的回填材料，也可作为农业、园林绿化和土地改良的土料。

5.2.9 余水处理装置

残留水主要由有机物和悬浮固体组成。为防止余水中有机物和悬浮物的污染，设置了余水处理装置，余水采用沉淀池处理。处理后，剩余的水可以排入水体。同时，剩余的水可用于溶解药物。

6 工程施工应用案例

6.1 清淤疏浚设备配置

南淝河截污及水质改善(清淤)工程、南京市秦淮河清淤工程、东引运河下游石鼓水闸至虎门水闸段河道清淤清障应急工程、茂名市电白区2018年省中小河流治理工程、武汉东湖水环境改善工程等项目施工中，河道泥沙疏浚采用485kW柴油发电机绞吸式挖泥船，并采用污泥输送管道。固化场设置锚船、光栅机、过滤面积800m2的板式框式压滤机，并设置空压机、料罐等配套设施。

6.2 设备处理能力

上述项目中绞吸式挖泥船理论排泥浆量为2400～3100m3/h，转换为水下自然方的挖掘能力为500～800m3/h；一般而言，1m3沉积物会脱水固化成0.5m3的泥饼泥土，即2m3的沉积物，产生1m3的泥土。

6.3 应用效果

污泥如何处置是最关键的环节。疏浚淤泥资源化利用是通过对淤泥的无害化处理、固化和减容化处置等解决河流湖泊被污染问题，特别是在大中型城市，可以解决废弃淤泥的处置和淤泥造成的环境污染问题。污泥的合理处置关系到环境、生态、节能减排，特别是大中城市河湖污泥的有效处置，直接影响到城市水环境、水生态、城市人居环境和城市经济建设的可持续发展。

7 结 语

南淝河截污及水质改善(清淤)工程、南京市秦淮河清淤工程、东引运河下游石鼓水闸至虎门水闸段河道清淤清障应急工程、茂名市电白区2018年省中小河流治理工程、武汉东湖水环境改善工程施工均采用了城市河湖生态疏浚底泥固化联合式施工方法，施工效果良好，有效治理和处置了城市河湖淤泥，改善了水资源和水环境质量。为城市河湖生态疏浚提供了可借鉴经验。