薛 強(qiáng)，胡勝華，彭秀達(dá)，劉長(zhǎng)奇，羅金學(xué)，彭冠平，閔紅平

(1.中建三局綠色產(chǎn)業(yè)投資有限公司，湖北 武漢 430056；2.中建三局水務(wù)環(huán)保設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430014)

1 引言

清淤根據(jù)其目的，主要分為工程清淤和環(huán)保清淤，前者主要是為了擴(kuò)容、擴(kuò)充斷面等，其多用于航道疏通、水庫(kù)擴(kuò)容等[1]；后者則主要是為了消除內(nèi)源污染，多用于景觀水體、河道、湖泊等的水環(huán)境治理[2]。

在環(huán)境敏感區(qū)水環(huán)境提升工程中，環(huán)保清淤是有效方法之一，也是前置工程之一。但由于環(huán)境敏感區(qū)在地理位置、功能屬性、環(huán)境要求等方面的特殊性，環(huán)保清淤在其實(shí)施過(guò)程中，往往難度較大[3]。

本文針對(duì)環(huán)境敏感區(qū)的特殊情況，結(jié)合實(shí)際案例——襄陽(yáng)市護(hù)城河清淤工程，研究了環(huán)境敏感區(qū)環(huán)保清淤施工技術(shù)，以期為類似項(xiàng)目提供借鑒和參考。

2 工程簡(jiǎn)介

襄陽(yáng)市護(hù)城河清淤工程為襄陽(yáng)市重點(diǎn)民生工程之一，為典型的環(huán)境敏感區(qū)河道內(nèi)源治理項(xiàng)目。

襄陽(yáng)市護(hù)城河位于襄陽(yáng)市襄城區(qū)，其歷史悠久，為襄陽(yáng)重要風(fēng)景區(qū)。襄陽(yáng)市護(hù)城河長(zhǎng)4700 m，平均寬度130 m，為亞洲最寬護(hù)城河，總水域面積達(dá)到61.1×104m2(圖1)。

圖1 護(hù)城河周邊情況

本工程清淤范圍為襄陽(yáng)公園至南門橋(樁號(hào)0+000～2+266，即圖2中B1和B2區(qū)域，B1和B2之間有橋梁)、民主路橋至夫人城(3+360～4+700，即圖2中A1、A2和A3區(qū)域，A1和A2之間、A2和A3之間均有橋梁)，合計(jì)長(zhǎng)度3606 m，淤泥厚度0.33～0.95 m，清淤面積547864 m2，總清淤量為35.48×104m3。本工程總工期120日歷天，采取EPC模式實(shí)施。

圖2 護(hù)城河清淤范圍

3 工程實(shí)施難點(diǎn)分析

襄陽(yáng)市護(hù)城河清淤工程由于涉及環(huán)境敏感區(qū)，且需在120 d內(nèi)完成35.48×104m3的清淤、淤泥處理和消納，其實(shí)施難度較大，經(jīng)分析，其實(shí)施難點(diǎn)歸結(jié)如下。

3.1 如何將清淤對(duì)周邊的影響降至最低

襄陽(yáng)市護(hù)城河內(nèi)岸緊鄰古城墻，對(duì)岸緊鄰住宅、商鋪等，北部則緊鄰漢江，且周邊休閑民眾及游客眾多，具有風(fēng)景區(qū)和建成區(qū)雙重屬性，屬典型環(huán)境敏感區(qū)域，因此，如何在大規(guī)模清淤施工時(shí)對(duì)周邊的影響降至最低，為本工程難點(diǎn)之一。

3.2 工期緊，任務(wù)重，如何確保按時(shí)履約

本工程工期僅為120日歷天，而需完成的工程內(nèi)容眾多，涵蓋本工程的環(huán)評(píng)、勘察設(shè)計(jì)、淤泥處置中心的土建安裝、35.48×104m2淤泥的清淤、淤泥的處理、淤泥的消納、竣工驗(yàn)收等等，考慮到前期手續(xù)辦理及臨建約需45 d，實(shí)際施工時(shí)間僅約70 d，經(jīng)計(jì)算，日清淤量和淤泥日處理量均高達(dá)5068水下自然方，加之護(hù)城河屬環(huán)境敏感區(qū)域且周邊施工用地缺乏，均不利于大規(guī)模施工的展開(kāi)，因此，本工程的按時(shí)履約，為難點(diǎn)之二。

3.3 如何防治施工中的二次污染

本工程中，易造成二次污染之處主要有三：其一，在清淤過(guò)程中，由于大型機(jī)械作業(yè)，極易引起水體擾動(dòng)，進(jìn)而造成淤泥擴(kuò)散；其二，護(hù)城河淤泥含水率高達(dá)70%，倘若處理不當(dāng)，易二次泥化，造成二次污染；其三，淤泥處理過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量高SS尾水[4]。

3.4 淤泥的消納

本工程淤泥疏挖量高達(dá)35.48×104m3，淤泥常規(guī)的消納方式一般為填埋，然而由于護(hù)城河周邊的填埋場(chǎng)容量均有限，無(wú)法受納如此巨量的淤泥，因此，其最終的合理消納為本項(xiàng)目的難點(diǎn)之一。

4 環(huán)保清淤施工技術(shù)研究

4.1 低影響清淤施工技術(shù)

為將施工對(duì)周邊的影響降至最低，本工程主要采取以下措施。

4.1.1 帶水清淤作業(yè)

為保障護(hù)城河正常景觀功能及周邊居民游客正常游玩休閑，本工程采取環(huán)保絞吸的帶水清淤作業(yè)方式，相對(duì)于傳統(tǒng)干挖清淤，帶水環(huán)保絞吸清淤無(wú)排水后淤泥裸露及惡臭現(xiàn)象，也無(wú)施工機(jī)械頻繁出入造成的揚(yáng)塵、噪音及交通管制等影響，同時(shí)，不會(huì)受天氣因素的制約(圖3)。

圖3 環(huán)保絞吸船清淤

本工程分別在A區(qū)配置1臺(tái)流量800 m3/h的環(huán)保絞吸船，在B區(qū)配置一臺(tái)流量1500 m3/h和一臺(tái)流量2000 m3/h的環(huán)保絞吸船，并嚴(yán)格踐行6:00～22:00的作業(yè)時(shí)間規(guī)定，其實(shí)際穩(wěn)定的日產(chǎn)能可達(dá)6000水下方淤泥，考慮到清淤船轉(zhuǎn)移、停工檢修及其它突發(fā)情況，考慮10 d的自由時(shí)間，即可在70 d內(nèi)完成所有清淤作業(yè)。

4.1.2 淤泥異位處置

考慮到護(hù)城河延線無(wú)淤泥處置用地也無(wú)實(shí)施條件，本工程采取密閉管線將淤泥輸送至圖2所示紅色區(qū)域(淤泥處置中心)(圖4)進(jìn)行集中處理及外運(yùn)。該區(qū)域占地約16000 m2，離護(hù)城河直線距離約500 m，為拆遷空地，且四周均為待拆遷區(qū)。

圖4 淤泥處置中心

另外，在鋪設(shè)輸泥管線時(shí)，采取沉管加浮管的形式，且浮管盡量靠近岸邊，最大限度減少管線對(duì)于河面游船的干擾；輸泥管道在穿越人行道路時(shí)，則架設(shè)斜坡架(圖5)并張貼警示標(biāo)語(yǔ)圖，保證正常交通，完工后修復(fù)。

圖5 斜坡架

4.1.3 強(qiáng)化構(gòu)筑物保護(hù)

在構(gòu)筑物附近進(jìn)行絞吸施工時(shí)，護(hù)城河兩岸已護(hù)砌部分下邊緣、兩側(cè)棧道及其他構(gòu)筑物均預(yù)留2 m安全距離(根據(jù)實(shí)際情況確定下邊緣)，然后以1∶3的邊坡與河底清淤控制高程銜接，并采取掏挖成坡法；同時(shí)，采取管理人員旁站監(jiān)督，并密切巡檢以確保構(gòu)筑物的安全穩(wěn)定，同時(shí)，安排專人利用全站儀進(jìn)行觀測(cè)和分析，以了解構(gòu)筑物變形情況，并及時(shí)預(yù)警；實(shí)際施工時(shí)，對(duì)于按圖施工存在極大破壞構(gòu)筑物穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，及時(shí)提請(qǐng)監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位到場(chǎng)予以解決。

4.2 淤泥高效處理處置施工技術(shù)

本工程通過(guò)建設(shè)淤泥處置中心(圖4)來(lái)實(shí)現(xiàn)淤泥的高效處理處置，所采取的工藝為國(guó)家級(jí)工法——河湖淤泥脫水固結(jié)一體化處理工藝(圖6)，該工藝能實(shí)現(xiàn)淤泥處理的工廠化作業(yè)，能將含水率90%以上的淤泥漿處理為含水率40%以下的泥餅，并可根據(jù)需要完成對(duì)重金屬、微生物、細(xì)菌等有害物質(zhì)的消毒、鈍化或固結(jié)，是一套可與常用清淤船(尤其是環(huán)保絞吸式船)直接對(duì)接的淤泥處理系統(tǒng)，特別適合于施工場(chǎng)地小、周邊土地資源稀缺的城市景觀水體的生態(tài)修復(fù)工程中對(duì)淤泥的處理[5]。

圖6 河湖淤泥脫水固結(jié)一體化處理工藝

根據(jù)生產(chǎn)工藝，淤泥處置中心共設(shè)置四大系統(tǒng)。

4.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)主要包含沉淀池和泥漿池兩個(gè)單元(圖7)。

圖7 沉淀池(a)和泥漿池(b)

沉淀池設(shè)計(jì)為為鋼混結(jié)構(gòu)平流式沉淀池，尺寸為長(zhǎng)×寬×高=23.6 m×7 m×2 m，其主要功能是消能除雜(泥團(tuán)、石塊、磚瓦等)。沉淀池末端設(shè)有回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵兩臺(tái)，柵條間距10 mm，平面尺寸為6 m×3.6 m，主要對(duì)泥漿中的生活垃圾、蚌殼等進(jìn)行攔截。

考慮到泥漿池區(qū)域地面以下2 m為回填雜土，2～5 m為淤泥質(zhì)土，土質(zhì)較差，且地下水位較高，為確保泥漿池庫(kù)容和圍堰結(jié)構(gòu)安全，泥漿池采用拉森鋼板樁加土圍堰的方式。本工程泥漿儲(chǔ)存池設(shè)計(jì)占地面積約為7230 m2，設(shè)計(jì)深度為4.5 m，設(shè)計(jì)總庫(kù)容32535 m3，有效庫(kù)容28920 m3。絞吸泥漿在泥漿池內(nèi)初步沉淀后，濃度可達(dá)到約20%(原始濃度約5%)。

4.2.2 調(diào)理改性系統(tǒng)

調(diào)理改性系統(tǒng)主要由材料添加系統(tǒng)和均化池兩個(gè)單元組成(圖8)。

圖8 材料添加系統(tǒng)(a)和均化池(b)

本工程設(shè)置材料添加系統(tǒng)一套，包括80 m3立式儲(chǔ)料罐2臺(tái)、臥式泥漿攪拌機(jī)2臺(tái)(一用一備)、制藥系統(tǒng)2套(一用一備)及材料倉(cāng)庫(kù)一座。泥漿池泥漿經(jīng)泥漿池內(nèi)的小型絞吸船絞吸后輸送至臥式攪拌機(jī)內(nèi)，同時(shí)，制藥系統(tǒng)將制備好的調(diào)理藥劑溶液同步泵入泥漿攪拌機(jī)中，兩者混合均勻后自流進(jìn)入均化池，在均化池內(nèi)進(jìn)行充分反應(yīng)，完成調(diào)理過(guò)程。本工程均化池設(shè)計(jì)為鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為長(zhǎng)×寬×高= 35 m×16 m×2.5 m。

本工程所用調(diào)理藥劑主要包含SWHB-A、SWHB-B和SWHB-C三種(圖9)，A劑主要可使淤泥漿中膠體克服粒子間的斥力，促使顆粒絮凝成團(tuán)而沉淀，實(shí)現(xiàn)去穩(wěn)定化的效果，進(jìn)而改善淤泥的沉降脫水性能；B劑主要可破壞淤泥絮體的結(jié)構(gòu)，使更多毛細(xì)結(jié)合水和表面黏附水轉(zhuǎn)換為自由水；C劑主要可增強(qiáng)絮體骨架，形成更多出水通道[6]。

圖9 調(diào)理藥劑SWHB-A(a)、SWHB-B(b)和SWHB-C(c)

4.2.3 機(jī)械脫水系統(tǒng)

本工程主要配置8臺(tái)800平隔膜式板框壓濾機(jī)進(jìn)行淤泥脫水作業(yè)，8臺(tái)壓濾機(jī)分兩列并排布置在脫水廠房?jī)?nèi)，整個(gè)廠房尺寸為長(zhǎng)×寬×高= 79.6 m×15.2 m×9.6 m(圖10)。

圖10 隔膜式板框壓濾機(jī)

調(diào)理后泥漿由8臺(tái)90kW進(jìn)料泵分別泵送至各個(gè)壓濾機(jī)，進(jìn)料壓力約0.8MPa，然后經(jīng)過(guò)壓榨、泄壓、反吹、卸料等系列工序，最終形成含水率40%以下的硬塑狀泥餅(泥餅質(zhì)量見(jiàn)表1)，壓濾余水則經(jīng)管道自流進(jìn)入泥漿池內(nèi)。

表1 泥餅質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

本工程每個(gè)壓濾循環(huán)穩(wěn)定時(shí)長(zhǎng)約70 min，脫水車間可實(shí)現(xiàn)24h連續(xù)運(yùn)行，8臺(tái)800型板框壓濾機(jī)的滿負(fù)荷產(chǎn)能可達(dá)可達(dá)7000 m3水下方淤泥每天，最終可生產(chǎn)出泥餅約2200 m3，即該淤泥處置中心完全可匹配水上清淤作業(yè)的進(jìn)度，可在70 d內(nèi)完成35.48×104m3淤泥的處理。

4.2.4 尾水處理系統(tǒng)

尾水處理系統(tǒng)詳見(jiàn)4.3小節(jié)。

4.3 環(huán)保清淤二次污染防治技術(shù)

針對(duì)本工程潛在的二次污染風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，本工程主要采取以下措施予以防治。

4.3.1 清淤時(shí)淤泥擴(kuò)散防治

首先，本工程三條清淤船配備的均為環(huán)保絞吸刀頭(圖11)，該刀頭外面有一堅(jiān)固的鋼質(zhì)防護(hù)罩，在絞吸作業(yè)時(shí)，絞刀在罩內(nèi)旋轉(zhuǎn)切割底泥，僅引起罩內(nèi)泥水的擾動(dòng)，且罩內(nèi)泥水可及時(shí)被泥泵吸走，從而減少了淤泥的擴(kuò)散。

圖11 環(huán)保絞吸刀頭

另外，進(jìn)行絞吸作業(yè)時(shí)，對(duì)表層浮泥“只吸不攪”，下層底泥則“攪吸并用”，最大限度的減小絞吸過(guò)程造成的二次污染及逃淤損失。

4.3.2 淤泥二次泥化防治

本工程在淤泥處理時(shí)，采取SWHB-A、SWHB-B和SWHB-C三種調(diào)理藥劑聯(lián)用對(duì)其進(jìn)行調(diào)理改性，淤泥性質(zhì)已發(fā)生根本性改變，另外，改性后淤泥經(jīng)板框壓濾后，其含水率已低至40%以下，呈硬塑狀泥餅，具有較好的水穩(wěn)定性和強(qiáng)度，余水不會(huì)二次泥化，可保障淤泥在填埋或者綜合利用時(shí)的安全性。

4.3.3 尾水凈化處理

本工程尾水主要是泥漿池末端的表層溢流水，結(jié)合本工程的出水要求，在泥漿池末端設(shè)置尾水處理區(qū)，共配置2臺(tái)10000 m3/d的超磁分離一體化設(shè)備，占地面積約1500 m3。本工程采用提升泵將尾水打入超磁分離系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)投加PAC、PAM藥劑等經(jīng)過(guò)混合攪拌，形成微磁絮團(tuán)，自流進(jìn)入超磁分離機(jī)，經(jīng)過(guò)超磁機(jī)打撈后，SS去除率達(dá)90%～95%，藻類去除率≥95%，TP去除率80%～90%，COD去除率40%～60%，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中規(guī)定的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，尾水最終則進(jìn)入市政污水管網(wǎng)，尾水處理后質(zhì)量見(jiàn)表2。

表2 尾水質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

4.4 淤泥的綜合利用技術(shù)

4.4.1 就近利用

由于護(hù)城河周邊渣土場(chǎng)容量均有限，而本工程泥餅量高達(dá)15×104m3左右(水下方淤泥方量∶泥餅方量≈3∶1)，泥餅的出路為制約本工程實(shí)施的一大難題。經(jīng)前期摸排，發(fā)現(xiàn)護(hù)城河距離魚梁洲較近，而且交通便利，且魚梁洲正在建設(shè)的中央公園需要大量的土地改良用土，而據(jù)表1中的泥餅分析結(jié)果可知，護(hù)城河淤泥無(wú)毒無(wú)害，且其含水率和有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)均可達(dá)到土地改良用標(biāo)準(zhǔn)，因此處理后的泥餅具備作為土地改良用的基本條件，經(jīng)多方協(xié)調(diào)，本工程最終將部分脫水后的泥餅運(yùn)至魚梁洲作為土地改良用土使用。

4.4.2 資源化利用

淤泥難消納可以說(shuō)是環(huán)保清淤工程的共性問(wèn)題，尤其對(duì)于環(huán)境敏感區(qū)，周邊棄渣場(chǎng)少，且容量有限，隨著土地資源日趨緊張，棄渣場(chǎng)數(shù)量將被逐步壓縮，使得淤泥難消納的問(wèn)題將被逐步放大。要解決這一共性問(wèn)題，開(kāi)發(fā)淤泥的多途徑綜合利用技術(shù)為其唯一解。

為探索淤泥多途徑綜合利用方式，也為推動(dòng)淤泥綜合利用處置技術(shù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，本工程進(jìn)行了淤泥資源化中試試驗(yàn)。本中試?yán)们捌谛≡囋囼?yàn)成果，以護(hù)城河清淤泥漿脫水泥餅為原料，通過(guò)對(duì)泥餅的改性，分別生產(chǎn)出了合格的園林種植土和工程土。中試設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為100 t/d，中試工期3個(gè)月，主要配置1臺(tái)1 m3混凝土攪拌機(jī)和一套配料皮帶秤等設(shè)備。

本中試試驗(yàn)中，淤泥制工程土主要是通過(guò)摻加無(wú)機(jī)細(xì)骨料和少量膠凝材料，經(jīng)分散、攪拌、養(yǎng)護(hù)等工序后，可生產(chǎn)出符合設(shè)計(jì)要求的工程土。脫水泥餅摻加量可達(dá)85%～95%，制備的工程土無(wú)二次污染，可用于道路路基、堤防、洼地、建筑工程基坑回填，出路廣，具備良好經(jīng)濟(jì)價(jià)值[7]。

本中試?yán)媚囡炆a(chǎn)的工程土進(jìn)行了路基填筑試驗(yàn)，經(jīng)測(cè)試，路基壓實(shí)度可達(dá)94%(圖12)。

圖12 淤泥制備的工程土(a)、路基填筑試驗(yàn)(b)及壓實(shí)度檢測(cè)(c)

淤泥制備園林用土主要是利用淤泥中存在的氮、磷和有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)元素，通過(guò)加入秸稈、微生物菌劑等，并經(jīng)攪拌、養(yǎng)護(hù)等工序，可制得性能優(yōu)良的園林用土，其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置-園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T 23486-2009)中的相關(guān)要求。

本中試?yán)媚囡炆a(chǎn)的園林用土進(jìn)行了種植驗(yàn)證試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)歷時(shí)半年的觀察，發(fā)現(xiàn)所種植物均長(zhǎng)勢(shì)良好，說(shuō)明本工藝制備的園林用土是可行的(圖13)。

圖13 淤泥制備的園林綠化土(a)及其用于種植梔子花(b)和月季(c)

5 結(jié)論

本工程屬典型的環(huán)境敏感區(qū)環(huán)保清淤工程，在施工作業(yè)過(guò)程中，受制于作業(yè)環(huán)境、工期等因素，工程實(shí)施難度大，主要體現(xiàn)在施工影響的控制、按期履約、二次污染的防治以及淤泥的消納4個(gè)方面。針對(duì)這四大難題，本工程一是通過(guò)針對(duì)性措施，將工程施工影響降至最低限度；二是通過(guò)日均6000 m3水下方的絞吸清淤加工廠化模式的淤泥處置，于70 d內(nèi)完成了主體工程施工，實(shí)現(xiàn)按期履約；三是通過(guò)環(huán)保絞吸頭的運(yùn)用、超磁分離一體化設(shè)備的運(yùn)用及專業(yè)化淤泥調(diào)理藥劑的運(yùn)用，分別防治了淤泥擴(kuò)散、尾水污染及淤泥二次泥化這三大潛在的二次污染風(fēng)險(xiǎn)；四是通過(guò)泥餅外運(yùn)作土壤改良土和外運(yùn)填埋并用，成功解決本工程淤泥消納難題，同時(shí)也通過(guò)淤泥資源化中試試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出了泥餅生產(chǎn)工程土和園林綠化土兩大工藝產(chǎn)品，為淤泥的多途徑綜合利用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本工程的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，可為其他類似環(huán)境敏感區(qū)環(huán)保清淤工程的設(shè)計(jì)、施工提供參考和借鑒。