包建平,朱 偉,閔佳華

(1.河海大學環(huán)境學院,江蘇 南京 210098; 2.南京河海科技有限公司,江蘇 南京 210098; 3.浙江省疏浚工程有限公司,浙江 湖州 313000)

中小河道治理中的清淤及淤泥處理技術

包建平1,2,朱 偉1,閔佳華3

(1.河海大學環(huán)境學院,江蘇 南京 210098; 2.南京河?？萍加邢薰?江蘇 南京 210098; 3.浙江省疏浚工程有限公司,浙江 湖州 313000)

綜述我國河道尤其是中小河道的淤泥清除方法,如排干清淤、水下清淤及環(huán)保清淤等,對各種清淤方法的適用范圍和優(yōu)缺點進行分析;同時介紹了污染淤泥鈍化處理、堆場淤泥處理和淤泥資源化處理技術,并分析了其適用范圍,對河道清淤與淤泥處理利用技術進行了展望,以期為我國的河道清淤和淤泥處理提供借鑒。

農村河道;河道疏浚;清淤技術;淤泥處理

我國中小河道淤積現(xiàn)象比較普遍,河道原有的調蓄洪水和防災減災的能力有所減弱。近幾年國家加強了中小河道和農村河道的治理力度,其中清淤工程作為主要措施被廣泛實施。以江蘇省為例,在2003—2014年期間,已投資超過40億元進行河道清淤,累計清淤量超過35億m3[1]。

目前河道清淤已經從過去的僅以提高河道防洪、排澇和灌溉能力[2]的傳統(tǒng)水利工程目標向生態(tài)水利目標拓展,也就是說在很多河道清淤工程的目標中都含有減少河道內源污染,為河道水質改善提供保障的工程目的。

歷史上,農村河道的清淤工程多是基于人工體力勞作的方式來完成,而大型清淤裝備、清淤船只也基本上是為了港口、航道或大江大河的大規(guī)模疏浚工程而建造,無法進入中小河道進行施工,因此中小河流清淤工程一般沒有非常合適的清淤裝備進行施工。與農村河道清淤相關的另一個問題就是淤泥的處理問題。過去農村河道廣泛存在“挖河泥”的冬季作業(yè),并有將挖出來的河泥進行漚肥后作為肥料使用的習慣,這種習慣很自然地解決了淤泥的去向問題。而現(xiàn)在由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展導致了一些農村河道遭受了工業(yè)污水排放的污染,而農村生活方式的變化也使得一些小型工業(yè)廢棄物、生活垃圾被棄置于河道之中。由于這些原因,一些河泥成為“污泥”,其性質不再適宜直接還田或經過漚肥后作為肥料使用。另一方面,農業(yè)生產中化肥的使用越來越普遍,也使得原先用河泥漚制的肥料逐漸喪失了需求。

過去我國在航道、港口和大規(guī)模的內河疏浚工程較多,形成了相應的技術方法和機械設備。“十五”期間,圍繞河湖治理時底泥中污染物的去除問題開展了較多的“環(huán)保清淤”工程,即,指將河湖底泥中聚集的污染物通過清淤方式移出湖泊、河流的工程。環(huán)保清淤與工程清淤的差異在于清淤的底泥厚度很薄,比如太湖環(huán)保清淤工程其底泥為20～40 cm的居多,因此,對清淤設備本身的定位、操作系統(tǒng)的精度要求很高。太湖、滇池等富營養(yǎng)化湖泊都開展了圍繞去除底泥中富含的氮、磷營養(yǎng)而實施大規(guī)模的環(huán)保清淤工程。而城市河道也普遍展開環(huán)保清淤工作,廣州在召開亞運會之前,為了改善河道水質,對城市河涌進行了普遍清淤,上海的蘇州河、南京秦淮河等城市河道都普遍實施了清淤工程。

相對于湖泊而言,城市河道的環(huán)保清淤工程可稍微粗放一些,因為河道本身的流動性和交換的特點,施工的精度和二次污染防治的要求都沒有湖泊敏感。目前環(huán)保清淤工程在淤泥的處理方面普遍采用了堆場堆放的模式,清淤產生的泥漿先進入堆場存放,在沉淀以后進行土地還原或者進行處理利用。

而對于中小河道以及農村河道的清淤工程到底應該如何實施,使用什么樣的清淤機械和工藝,清出來的淤泥應該如何處理,在目前尚無一個比較規(guī)范或者公認的方法。針對這一問題,本文收集和梳理了我國河道尤其是中小河道的清淤方法,以及淤泥處理利用的技術和方法,對各種方法的優(yōu)缺點及適用范圍進行了分析,希望能夠為中小河流、農村河道的清淤工程提供一些技術借鑒。

1 常用河道清淤技術

目前的河道清淤工程,大多數(shù)具有水質改善的目的,因此尚屬“環(huán)保清淤”范圍。另外,在工程上有“疏浚”和“清淤”兩個較為接近的術語,為了區(qū)別于航道、港口等大規(guī)模疏浚工程,筆者建議將中小河道、農村河道的清、挖工程統(tǒng)一稱為“清淤”,突出清除底泥中污染物的概念和解決淤積問題的工程目的?，F(xiàn)在的清淤工程具有系統(tǒng)化施工的特點,在清淤之前應該進行初步的底泥調查。通過測量明確河道底床的形狀特征,通過底泥采樣分析明確底泥中污染物的特點和是否超過環(huán)境質量標準。中小河道,尤其是農村河道工程量偏小,這些前期工作很容易被忽視,但實際上先進行一些簡單的前期工作對整個工程的順利實施并得到預期效果會有極大的幫助。在前期工作的基礎上,根據淤積的數(shù)量、范圍、底泥的性質和周圍的條件確定包含清淤、運輸、淤泥處置和尾水處理等主要工程環(huán)節(jié)的工藝方案,因地制宜選擇清淤技術和施工裝備,妥善處理處置清淤產生的淤泥并防止二次污染的發(fā)生。

由于近些年我國港口、航道、內河以及湖泊清淤工程眾多,疏浚、清淤技術得到長足發(fā)展,裝備能力也大大提升,但能夠進入中小河道和農村河道的專用船只和設備卻并不常見。最常用的中小河道清淤技術可分類如表1所示。

表1 中小河道清淤技術方法分類

1.1 排干清淤

對于沒有防洪、排澇、航運功能的流量較小的河道,排干清淤指可通過在河道施工段構筑臨時圍堰,將河道水排干后進行干挖或者水力沖挖的清淤方法。排干后又可分為干挖清淤和水力沖挖清淤兩種工藝。

a. 干挖清淤:作業(yè)區(qū)水排干后,大多數(shù)情況下都是采用挖掘機進行開挖,挖出的淤泥直接由渣土車外運或者放置于岸上的臨時堆放點。倘若河塘有一定寬度時,施工區(qū)域和儲泥堆放點之間出現(xiàn)距離,需要有中轉設備將淤泥轉運到岸上的儲存堆放點。一般采用擠壓式泥漿泵,也就是混凝土輸送泵將流塑性淤泥進行輸送,輸送距離可以達到200～300 m,利用皮帶機進行短距離的輸送也有工程實例。干挖清淤其優(yōu)點是清淤徹底,質量易于保證而且對于設備、技術要求不高;產生的淤泥含水率低,易于后續(xù)處理。

b. 水力沖挖清淤:采用水力沖挖機組的高壓水槍沖刷底泥,將底泥擾動成泥漿,流動的泥漿匯集到事先設置好的低洼區(qū),由泥泵吸取、管道輸送,將泥漿輸送至岸上的堆場或集漿池內。水力沖挖具有機具簡單,輸送方便,施工成本低的優(yōu)點，但是這種方法形成的泥漿濃度低,為后續(xù)處理增加了難度,施工環(huán)境也比較惡劣。

一般而言,排干清淤具有施工狀況直觀、質量易于保證的優(yōu)點,也容易應對清淤對象中含有大型、復雜垃圾的情況。其缺點是,由于要排干河道中的流水,增加了臨時圍堰施工的成本;同時很多河道只能在非汛期進行施工,工期受到一定限制,施工過程易受天氣影響，并容易對河道邊坡和生態(tài)系統(tǒng)造成一定影響。

1.2 水下清淤

水下清淤一般指將清淤機具裝備在船上,由清淤船作為施工平臺在水面上操作清淤設備將淤泥開挖,并通過管道輸送系統(tǒng)輸送到岸上堆場中。水下清淤有以下幾種方法。

a. 抓斗式清淤:利用抓斗式挖泥船開挖河底淤泥,通過抓斗式挖泥船前臂抓斗伸入河底,利用油壓驅動抓斗插入底泥并閉斗抓取水下淤泥,之后提升回旋并開啟抓斗,將淤泥直接卸入靠泊在挖泥船舷旁的駁泥船中,開挖、回旋、卸泥循環(huán)作業(yè)。清出的淤泥通過駁泥船運輸至淤泥堆場,從駁泥船卸泥仍然需要使用岸邊抓斗,將駁船上的淤泥移至岸上的淤泥堆場中。

抓斗式清淤適用于開挖泥層厚度大、施工區(qū)域內障礙物多的中、小型河道,多用于擴大河道行洪斷面的清淤工程。抓斗式挖泥船靈活機動,不受河道內垃圾、石塊等障礙物影響,適合開挖較硬土方或夾帶較多雜質垃圾的土方;且施工工藝簡單,設備容易組織,工程投資較省,施工過程不受天氣影響。但抓斗式挖泥船對極軟弱的底泥敏感度差,開挖中容易產生“掏挖河床下部較硬的地層土方,從而泄露大量表層底泥，尤其是浮泥”的情況;容易造成表層浮泥經攪動后又重新回到水體之中。根據工程經驗[3-5],抓斗式清淤的淤泥清除率只能達到30%左右,加上抓斗式清淤易產生浮泥遺漏、強烈擾動底泥,在以水質改善為目標的清淤工程中往往無法達到原有目的。

b. 泵吸式清淤:也稱為射吸式清淤,它將水力沖挖的水槍和吸泥泵同時裝在1個圓筒狀罩子里,由水槍射水將底泥攪成泥漿,通過另一側的泥漿泵將泥漿吸出,再經管道送至岸上的堆場,整套機具都裝備在船只上,一邊移動一遍清除。而另一種泵吸法是利用壓縮空氣為動力進行吸排淤泥的方法,將圓筒狀下端有開口泵筒在重力作用下沉入水底,陷入底泥后,在泵筒內施加負壓,軟泥在水的靜壓和泵筒的真空負壓下被吸入泵筒。然后通過壓縮空氣將筒內淤泥壓入排泥管,淤泥經過排泥閥、輸泥管而輸送至運泥船上或岸上的堆場中。

泵吸式清淤的裝備相對簡單,可以配備小中型的船只和設備,適合進入小型河道施工。一般情況下容易將大量河水吸出,造成后續(xù)泥漿處理工作量的增加。同時,我國河道內垃圾成分復雜、大小不一,容易造成吸泥口堵塞的情況發(fā)生。

c. 普通絞吸式清淤:普通絞吸式清淤主要由絞吸式挖泥船完成。絞吸式挖泥船由浮體、鉸絞刀、上吸管、下吸管泵、動力等組成。它利用裝在船前的橋梁前緣絞刀的旋轉運動,將河床底泥進行切割和攪動,并進行泥水混合,形成泥漿,通過船上離心泵產生的吸入真空,使泥漿沿著吸泥管進入泥泵吸入端,經全封閉管道輸送(排距超出挖泥船額定排距后,中途串接接力泵船加壓輸送)至堆場中。普通絞吸式清淤船及絞刀如圖1所示。

圖1 普通絞吸式清淤船及絞刀

普通絞吸式清淤適用于泥層厚度大的中、大型河道清淤。普通絞吸式清淤是一個挖、運、吹一體化施工的過程,采用全封閉管道輸泥,不會產生泥漿散落或泄漏;在清淤過程中不會對河道通航產生影響,施工不受天氣影響,同時采用GPS和回聲探測儀進行施工控制,可提高施工精度。普通絞吸式清淤由于采用螺旋切片絞刀進行開放式開挖,容易造成底泥中污染物的擴散,同時也會出現(xiàn)較為嚴重的回淤現(xiàn)象。根據已有工程的經驗[4,6],底泥清除率一般在70%左右。另外,吹淤泥漿濃度偏低,導致泥漿體積增加,會增大淤泥堆場占地面積。

d. 斗輪式清淤:利用裝在斗輪式挖泥船上的專用斗輪挖掘機開挖水下淤泥,開挖后的淤泥通過挖泥船上的大功率泥泵吸入并進入輸泥管道,經全封閉管道輸送至指定卸泥區(qū)。斗輪式挖泥船及斗輪如圖2所示。斗輪式清淤一般比較適合開挖泥層厚、工程量大的中、大型河道、湖泊和水庫,是工程清淤常用的方法。清淤過程中不會對河道通航產生影響,施工不受天氣影響,且施工精度較高。但斗輪式清淤在清淤工程中會產生大量污染物擴散,逃淤、回淤情況嚴重,淤泥清除率在50%左右,清淤不夠徹底,容易造成大面積水體污染。

圖2 斗輪式挖泥船及斗輪

1.3 環(huán)保清淤

環(huán)保清淤包含兩個方面的含義,一方面指以水質改善為目標的清淤工程,另一方面則是在清淤過程中能夠盡可能避免對水體環(huán)境產生影響。環(huán)保清淤的特點有：①清淤設備應具有較高的定位精度和挖掘精度,防止漏挖和超挖,不傷及原生土;②在清淤過程中,防止擾動和擴散,不造成水體的二次污染,降低水體的混濁度,控制施工機械的噪音,不干擾居民正常生活;③淤泥棄場要遠離居民區(qū),防止途中運輸產生的二次污染。

環(huán)保清淤的關鍵和難點在于如何保證有效的清淤深度和位置,并進行有效的二次污染防治,為了達到這一目標一般使用專用的清淤設備[7],如使用常規(guī)清淤設備時必須進行相應改進。專用設備包括日本的螺旋式挖泥裝置和密閉旋轉斗輪挖泥設備。這兩種設備能夠在挖泥時阻斷水侵入土中,故可高濃度挖泥且極少發(fā)生污濁和擴散現(xiàn)象,幾乎不污染周圍水域。意大利[8]研制的氣動泵挖泥船用于疏浚水下污染底泥,它利用靜水壓力和壓縮空氣清除污染底泥,此裝置疏浚質量分數(shù)高,可達70%左右,對湖底無擾動,清淤過程中不會污染周圍水域。國內目前所使用的環(huán)保清淤設備多為在普通挖泥船上對某些挖泥機具進行環(huán)保改造,并配備先進的高精度定位和監(jiān)控系統(tǒng)以提高疏浚精度、減少疏浚過程中的二次污染,滿足環(huán)保清淤要求[7]。

環(huán)保絞吸式清淤是目前最常用的環(huán)保清淤方式,適用于工程量較大的大、中、小型河道、湖泊和水庫,多用于河道、湖泊和水庫的環(huán)保清淤工程。環(huán)保絞吸式清淤是利用環(huán)保絞吸式清淤船進行清淤。環(huán)保絞吸式清淤船配備專用的環(huán)保絞刀頭,清淤過程中,利用環(huán)保絞刀頭實施封閉式低擾動清淤,開挖后的淤泥通過挖泥船上的大功率泥泵吸入并進入輸泥管道,經全封閉管道輸送至指定卸泥區(qū)。環(huán)保式清淤船及專用環(huán)保刀頭如圖3所示。

圖3 環(huán)保式清淤船及專用環(huán)保刀頭

環(huán)保絞吸式清淤船配備專用的環(huán)保絞刀頭具有防止污染淤泥泄漏和擴散的功能,可以疏浚薄的污染底泥而且對底泥擾動小,避免了污染淤泥的擴散和逃淤現(xiàn)象,底泥清除率可達到95%以上;清淤濃度高,清淤泥漿質量分數(shù)達70%以上,一次可挖泥厚度為20～110 cm。同時環(huán)保絞吸式挖泥船具有高精度定位技術和現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng),通過模擬動畫,可直觀地觀察清淤設備的挖掘軌跡;高程控制通過挖深指示儀和回聲測深儀,精確定位絞刀深度,挖掘精度高[9]。環(huán)保式清淤船及專用環(huán)保刀頭如圖3所示。

2 河道淤泥的處理處置技術

河道清淤必然產生大量淤泥,這些淤泥一般含水率高、強度低,部分淤泥可能含有有毒有害物質,這些有毒有害物質被雨水沖刷后容易浸出,從而對周圍水環(huán)境造成二次污染。因此有必要對清淤后產生的淤泥進行合理的處理處置。淤泥的處理方法受到淤泥本身的基本物理和化學性質的影響,這些基本性質主要包括淤泥的初始含水率(水與干土質量比,下同)、黏粒含量、有機質含量、黏土礦物種類及污染物類型和污染程度。在實際的淤泥處理工程中,可以根據待處理淤泥的基本性質和擁有的處理條件,選擇合適的處理方案。

縱觀國內外淤泥處理處置技術,可以按照不同的劃分標準進行如表2所示的分類,在實際的淤泥處理工程中,可以根據待處理淤泥的基本性質和擁有的處理條件,選擇合適的處理方案。

表2 淤泥的處理處置技術分類

2.1 無污染淤泥與污染淤泥的處理

淤泥是否污染及含有的污染物種類不同，其相應的處理方法也不盡相同,某些水利工程中產生的淤泥基本上沒有污染物或污染物低于相關標準,例如南水北調東線工程淮安白馬湖段疏浚淤泥無重金屬污染,同時氮磷等營養(yǎng)鹽的含量也低,對于此類無污染或輕污染的淤泥可以進行資源化處理,這類淤泥主要產生于工業(yè)比較落后的農村地區(qū)。而對污染物超過相關標準的淤泥,則在處理時首先應考慮降低污染水平到相關標準之下,例如對重金屬污染超標的淤泥可以采取鈍化穩(wěn)定化技術。淤泥處理技術的選擇也要考慮到處理后的用途,比如對氮、磷營養(yǎng)鹽含量高的淤泥,當處理后的淤泥擬用作路堤或普通填土而離水源地較遠,氮、磷無法再次進入到水源地造成污染時,一般不再考慮氮磷的污染問題。

a. 堆場處理與就地處理:堆場處理法是指將淤泥清淤出來后,輸送到指定的淤泥堆場進行處理,我國河道清淤大多采用絞吸式挖泥船,造成淤泥中水與泥的體積比在5倍以上,而淤泥本身黏粒含量很高,透水性差,固結過程緩慢,因此,如何實現(xiàn)泥水快速分離,縮短淤泥沉降固結時間,從而加快堆場的周轉使用或快速復耕,是堆場處理法中關鍵性問題。就地處理法則不將底泥疏浚出來,而是直接在水下對底泥進行覆蓋處理或者是排干上覆水體然后進行脫水、固化或物理淋洗處理,但也應根據實際情況選用處理方法,如對于淺水或水體流速較大的水域,不宜采用原位覆蓋處理,對于大面積深水水域則不宜采用排干就地處理。

b. 資源化利用與常規(guī)處置:淤泥從本質上來講屬于工程廢棄物,按照固體廢棄物處理的減量化、無害化、資源化原則,應盡可能對淤泥考慮資源化利用。廣義上講, 只要是能將廢棄淤泥重新進行利用的方法都屬于資源化利用,例如利用淤泥制磚瓦、陶粒以及固化、干化、土壤化等方法都屬于淤泥再生資源化技術。而農村地帶可將沒有重金屬污染但氮、磷含量比較豐富的淤泥進行還田,成為農田中的土壤?；蛘邔⑦@種淤泥在洼地堆放后作為農用土地進行利用。當然在堆場堆放以后如果能夠自然干化,滿足人及輕型設備在表面作業(yè)所要求的承載力的話,作為公園、綠地甚至市政、建筑用地都是可以的。利用淤泥的資源化利用技術是國際上很多發(fā)達國家常采用的處理方法,如在日本,整個土建行業(yè)的廢棄物利用率已經從1995年的58%提高到2000年的80%,淤泥等廢棄土的利用率也達到了60%[8]。

當淤泥中含有某些特殊污染物如重金屬或某些高分子難降解有機污染物而無法去除,進行資源化利用會造成二次污染。這時就需要對其進行一步到位的處置,即采用措施降低其生物毒性后進行安全填埋,并需相應做好填埋場的防滲設置。

2.2 污染淤泥的鈍化處理技術

工業(yè)發(fā)達地區(qū)的河道淤泥中重金屬污染物往往超標,通常意義上的污染淤泥多指淤泥中的重金屬污染,例如上海蘇州河的淤泥中重金屬比當?shù)乇尘爸蹈叱?倍以上[10],對此類重金屬超標的淤泥,可以采用鈍化處理技術。鈍化處理是根據淤泥中的重金屬在不同的環(huán)境中具有不同的活性狀態(tài),添加相應的化學材料使淤泥中不穩(wěn)定態(tài)的重金屬轉化為穩(wěn)定態(tài)的重金屬而減小重金屬的活性,達到降低污染的目的。同時添加的化學材料和淤泥發(fā)生化學反應會產生一些具有對重金屬物理包裹的物質,可以降低重金屬的浸出性,從而進一步降低重金屬的釋放和危害[11-12]。鈍化后重金屬的浸出量小于相關標準要求之后,這種淤泥可以在低洼地處置,也可作為填土材料進行利用。

2.3 堆場淤泥處置技術

清淤工程中通常設置淤泥堆場,堆場處理技術就是從初始的吹填階段開始,采用系列的處理措施快速促沉、快速固結,并結合表層處理技術,將淤泥堆場周轉使用或者達到淤泥堆場的快速復耕。

堆場周轉技術目的是減小堆場數(shù)量和占地,堆場表層處理技術是為后續(xù)施工提供操作平臺,而堆場的快速復耕技術則是通過系列技術的結合達到使淤泥堆場快速還原為耕地。

a. 堆場周轉使用技術。堆場周轉使用技術是指通過技術措施將堆場中的淤泥快速處理,清空以后重新吹淤使用,如此反復達到堆場循環(huán)利用的目的。堆場周轉技術改變了以前的大堆場、大容量的設計方法,而提出采用小堆場、高效周轉的理念,特別適合于土地資源緊缺的東部地區(qū)。堆場周轉技術的設計主要考慮需要處理的淤泥總量、堆場的容量、周轉周期和周轉次數(shù)等,該技術通常可以和固化或者干化技術相結合,就地采用固化淤泥或干化淤泥作為堆場圍堰,同時也可以對堆場內的淤泥進行快速資源化利用。

b. 堆場表層處理技術。清淤泥漿的初始含水率一般在80%以上,而淤泥的顆粒極細小,黏粒含量都在20%以上,這使得泥漿在堆場中沉積速度非常緩慢,固結時間很長。吹淤后的淤泥堆場在落淤后的兩三年時間內只能在表面形成20 cm左右厚的天然硬殼層,而下部仍然為流態(tài)的淤泥,含水率仍在1.5倍液限以上,進行普通的地基處理難度很大[13]。堆場表層處理技術則是利用淤泥堆場原位固化處理技術(圖4),人為地在淤泥堆場表面快速形成一層人工硬殼層,人工硬殼層具有一定的強度和剛度,滿足小型機械的施工要求,可以進行排水板鋪設和堆載施工,從而方便對堆場進一步的處理。人工硬殼層的設計是表層處理技術的關鍵,主要考慮后續(xù)施工的要求,結合下部淤泥的性質,通過試驗和模擬確定硬殼層的強度參數(shù)和設計厚度,人工硬殼層技術又往往和淤泥固化技術相結合形成固化淤泥人工硬殼層,也可以利用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)顆粒形成輕質人工硬殼層則效果更佳。

圖4 淤泥原位固化處理技術

c. 堆場快速復耕技術。堆場快速復耕技術主要包括泥水快速分離技術、人工硬殼層技術和透氣真空快速固結技術。

泥水快速分離技術是指首先在吹淤過程中添加改良黏土顆粒膠體離子特性的促沉材料,促使固體土顆粒和水快速分離并增加沉降淤泥的密度,另一方面則是在堆場中設置具有截留和吸附作用的排水膜進一步提高疏浚泥沉降速度,同時可利用隔埂增加流程和改變流態(tài),從而達到疏浚泥漿的快速密實沉積的效果[14]。透氣真空快速固結技術則是通過人工硬殼層施工平臺,在淤泥堆場中插設排水板或設置砂井,然后在硬殼層上面鋪設砂墊層,砂墊層和排水板搭接,其上覆蓋不透水的密封膜與大氣隔絕,通過埋設于砂墊層中帶有濾水管的分布管道,用射流泵進行抽氣抽水,孔隙水排出的過程使有效應力增大,從而提高了堆場淤泥的強度,達到快速固結的目的。透氣真空固結技術和常規(guī)的堆載預壓技術結合在一起進行可以達到更理想的效果[15]。

對于部分淤泥堆場來說,由于堆存的淤泥深度較深,若將整個淤泥堆場的淤泥處理完成來滿足復耕的目的,投資較大,同時對于堆場復耕來說,對承載力要求相對較低,因此基于堆場表層處理的復耕技術在堆放淤泥較深的堆場經常被使用。通過淤泥堆場原位固化處理技術,將淤泥堆場表層(80～120 cm)淤泥進行固化處理,處理完成后再對表層的固化土進行土壤化改良,以滿足植物種植的要求。

2.4 淤泥資源化利用技術

上面闡述的淤泥固化、干化、土壤化等各種能把廢棄淤泥變?yōu)橘Y源重新進行使用的技術都屬于淤泥的資源化利用范疇。此外,淤泥資源化利用技術還包括把淤泥制成磚瓦的熱處理方法。熱處理方法是通過加熱、燒結將淤泥轉化為建筑材料,按照原理的差異又可以分為燒結和熔融。燒結是通過加熱800～1 200℃,使淤泥脫水、有機成分分解、粒子之間黏結,如果淤泥的含水率適宜,則可以用來制磚或水泥。熔融則是通過加熱1 200～1 500℃使淤泥脫水、有機成分分解、無機礦物熔化,熔漿通過冷卻處理可以制作成陶粒。熱處理技術已經比較成熟,國外和國內的不少學者都進行過相關研究[16-17]。熱處理技術的特點是產品的附加值高,但熱處理技術能夠處理的淤泥量非常有限,比如普通制磚廠1年大概能消耗淤泥5萬m3,不能滿足目前我國疏浚淤泥動輒上百萬立方米發(fā)生量的處理需求,從淤泥的大規(guī)模產業(yè)化處理前景來講,固化、干化、土壤化的淤泥資源化利用技術是具有生命力的,若與堆場處理技術相結合則更能顯示出效益。

3 清淤及淤泥處理處置技術的發(fā)展方向

隨著社會的發(fā)展,對生態(tài)環(huán)境保護的重視,越來越多的城市和農村河道將進行清淤和疏浚工程,清淤產生的大量淤泥占用大面積堆場,因此對清淤技術和淤泥處理處置技術提出了新的要求[17]。

最新的清淤技術目前有以下幾種:

a. 高濃度原位環(huán)保清淤方法。由于目前常用的環(huán)保清淤方法清淤出的淤泥濃度在15%～20%左右,水分子的體積要遠大于土顆粒的體積,清淤泥漿的體積大約為顆粒的4～5倍。這些高含水泥漿往往需要較大的堆場進行放置,很多清淤工程因為堆場場地的問題而受到嚴重制約。高濃度原位環(huán)保清淤能夠降低清淤過程中泥漿的增容率,在中間輸送過程中可以使泥漿含水率得到降低,將淤泥直接變成可以用于填土的土材料使用。因此,為了節(jié)省占地和降低整個清淤和淤泥處理的成本,高濃度原位環(huán)保清淤技術已經成為未來的發(fā)展趨勢[8]。

b. 堆場淤泥快速排水技術。目前大多數(shù)內河清淤的淤泥都在堆場中堆放。淤泥堆場經過地基處理,解決其長期沼澤狀態(tài)的問題后可用于建設、景觀、農田利用的土地。而這一地基處理過程就是淤泥固結排水的過程。淤泥黏粒含量高,透水性差,在自重作用下的固結時間長,自重固結后的強度低。淤泥的快速排水固結問題成為一個亟待解決的問題。軟黏土地基使用的真空預壓法和堆載預壓法,對于淤泥往往難以發(fā)揮良好的效果[18-19]。淤泥含水率極高,處于流動狀態(tài),顆粒之間的有效應力非常低,在高壓抽真空的狀態(tài)下淤泥顆粒會和間隙水一起流動,從而使排水板出現(xiàn)淤堵而無法排水。如何解決排水系統(tǒng)的淤堵問題成為淤泥快速排水的關鍵。堆場淤泥快速排水技術是在淤泥內鋪設多層多排水平排水通道,其層間距、排間距都在60～80 cm左右,以形成高密度泥下排水網絡。將該網絡與地面密封的水平排水管密封連接,再與射流排水裝置連接后抽氣抽水,可加快淤泥的排水速度。目前這一技術開發(fā)和其中的關鍵問題尚處于探索的初期階段[20]。

4 結 語

中小河道、農村河道的清淤工程既有傳統(tǒng)清淤的“疏通”目的,也就是解決排澇、防洪、灌溉功能保障的目的,也有改善河道水質,促進生態(tài)系統(tǒng)健康,提升河道景觀的深層目的。因此,從清淤的前期工作、方案制定、工藝選擇、工程實施的所有環(huán)節(jié)中,必須保證這種“多目的”清淤的特征。

中小河道、農村河道的清淤工程與港口航道和大江大河清淤工程有所不同,具有工程量小、大型船只通行困難、清淤對象含有各種垃圾、性質復雜的特點。從這種特點出發(fā)較為簡易的清淤技術往往易于采用。無論采用何種技術,河道治理的主要目標——水質改善應該是清淤方法、工藝選擇中必須考慮的問題。因地制宜,考慮河道的各種條件,在有條件的情況下選擇排干清淤不失為一種現(xiàn)實的選擇。在不能夠排干的情況下,通過改進的小型泵吸式、絞吸式清淤船可以成為一種選擇,也是小河道清淤技術發(fā)展的方向。

農村地區(qū)有別于沿海城市,具備低洼地帶和周轉土地的優(yōu)勢,因此在淤泥處理方面也應該突出因地制宜的思想。淤泥在低洼地帶堆放后還原為土地利用，無重金屬污染淤泥的還田,以及簡單處理后作為河堤加固、道路鋪設的填土進行使用,是最為適合農村地區(qū)的方法。

目前,清淤工程中一些新的技術、新的方法大多數(shù)還是為大規(guī)模工程和城市地區(qū)的工程而開發(fā),中小河道和農村地帶的清淤工程設備的適用性問題需要進一步的研究和開發(fā)。

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Technology of dredging and sludge treatment in small and medium-sized river regulation

BAO Jianping1,2, ZHU Wei1, MIN Jiahua3

(1.CollegeofEnvironment,HohaiUniversity,Nanjing210098,China; 2.NanjingHohaiTechnologyCo.,Ltd.Nanjing210098,China;3.ZhejiangDredgingEngineeringCo.,Ltd.,Huzhou313000,China)

The sludge dredging methods such as draining dredging, underwater dredging and environmental protection dredging, etc. for the river, especially small and medium-sized river in China were reviewed. The application scope, the advantages and disadvantages of all kinds of sludge dredging methods were analyzed. In the meantime, the technologies of pollution silt passivation treatment, yard sludge processing and sludge recycling treatment were introduced, and the application scopes of those technologies were analyzed. Technologies of river dredging and silt utilization were prospected. The purpose of this paper is to provide

for river dredging and sludge treatment in our country.

rural river; river dredging; dredging technology; sludge treatment

10.3880/j.issn.1004-6933.2015.01.009

水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07103-005,2013ZX07113001);水利部公益性行業(yè)科研專項(201201015);江蘇省水利科技項目(30145048712);江蘇省科技基礎設施建設計劃(BM2013013)

包建平(1983—),男,博士研究生,主要研究方向為環(huán)境工程及河道淤泥處理。E-mail: smalllbao@163.com

TV85

A

1004-6933(2015)01-0056-07

2014-12-10 編輯：高渭文)