曾曲波 廣東省源天工程有限公司

1.概況

東莞市東引運河流域樟村斷面綜合治理工程水環(huán)境綜合整治工程（EPC第一標段）位于東莞市，項目施工區(qū)域涉及大嶺山、寮步、大朗、黃江、東坑、常平和松山湖（南）等7個鎮(zhèn)街（園區(qū)）范圍需治理的干支流河涌、河道、排渠共計82條，治理總長度約135.52km，項目總投資為約6.2億元，屬于大型水環(huán)境綜合治理工程。本工程主要施工內容有內源治理工程（含河道清淤、淤泥固化處理、處理后污泥外運等）、活水保質工程（含新建補水泵站、分散式污水處理設備等）、生態(tài)修復工程（含河道清漂、水生植物種植、新建景觀平臺等）、河岸整治工程（含堤防工程）等工程和為完成工程所修建的各類臨時性工程等。

2.工程重難點、關鍵技術分析

經(jīng)本項目團隊的實施前期綜合分析，認為本項目的施工重點及難點為內源治理工程中涉及暗涵清淤和底泥固化處理工程，原因如下：

一是，暗涵清淤工程，本項目暗涵清淤工程是指對現(xiàn)狀箱涵或管涵（有限空間條件下的暗涵）的淤積底物進行清理，因其施工環(huán)境復雜，淤泥和水位深度無法預測，汛期和雨天時存在暗涵的水位上漲過快的現(xiàn)象，可能對施工人員的作業(yè)安全產(chǎn)生危險，其次，箱涵多年未清理，在清淤裝袋和沖洗攪動污泥時可能產(chǎn)生出大量有毒有害氣體以及易燃易爆氣體，為此，暗涵清淤技術作為本項目的關鍵技術來控制。

二是，底泥固化處理工程，在實施河道疏浚清淤過程中產(chǎn)生大量的黑臭淤泥，使其變?yōu)椤盁o害化、穩(wěn)定化”的回填材料；如果底泥固化工程施工控制不好，難于保證實施固化處理后的底泥達到本項目底泥的填埋要求，可能造成要二次處理增加施工成本，為此，底泥固化處理技術作為本項目的關鍵技術來控制。

基于此，本文重點對暗涵清淤及底泥固化處理這兩項關鍵技術展開探討，希望就該項目的實際操作給其他項目提供經(jīng)驗。

3.暗涵清淤施工技術

3.1 適用范圍及工藝原理

本施工技術主要適合斷面尺寸不大，施工作業(yè)空間小而長的箱涵或管涵，大型機具設備無法進入，只能采取人工使用高壓水槍配合吸污泵進行清淤暗涵工程。

因本項目涉及的暗涵清淤工作施工點較多且分散，施工總體規(guī)劃應根據(jù)設計圖紙及暗涵的尺寸大小等實際情況，合理布局，因地制宜的規(guī)劃好各暗涵的清淤工作面，以每200m至500m暗涵為一個工作面進行控制，利用坐標及標高進行控制，確定暗涵清淤厚度及平面位置，在施工工作面分段設置圍堰及導流方式措施、集污坑后進行清淤施工，完成一個工作面后，結合現(xiàn)場工作面情況依次進入到下一個工作面。

3.2 暗涵清淤關鍵技術分析

3.2.1 氣體檢測評估

暗涵清淤在箱涵內施工，空間氣體流動性較差，可能存在大量的有毒有害氣體，主要包括：硫化氫、一氧化碳、可燃性氣體。為了確保施工作業(yè)安全，施工前委托具有相關專業(yè)檢測資質的單位進行檢測，并專業(yè)評估、確定作業(yè)環(huán)境等級，提出建議及應急處理措施。評估完成并達到作業(yè)要求后，組織安排進行“人、材、機”清淤作業(yè)。進涵清淤作業(yè)前，施工班組應遵循“先通風、后檢測、再作業(yè)”的原則，即：每次進行有限空間施工前必須按要求進行氣體檢測，氣體檢測按照氧氣、可燃性氣體、有毒有害氣體的順序進行，其中有毒有害氣體至少包括硫化氫和一氧化碳，氣體檢測值滿足相關的標準后方可開工，施工過程中每隔15min進行一次氣體檢測，具體檢測方法如下：

①選取在施工段（50m）的中段箱涵上進行鉆孔，孔徑為4cm，采用1寸軟管插入箱涵內，插入口軟管與孔壁的間隙有水泥砂漿封堵，插入深度根據(jù)箱涵的高度確定，測點設置在作業(yè)人員的呼吸帶高度內，檢測箱涵空間范圍內有毒有害氣體含量，從而保證在不進入箱涵空間的情況下通過氣孔進行檢測，確保整個箱涵空間的施工安全性。

②檢測時，保持正常的鼓風機送風、抽風機抽風及檢查井井蓋打開，才能準確、真實的反映箱涵清淤過程中箱涵內有毒有害氣體含量。

③直至檢查結果滿足標準要求，才能進行下一道工序施工。檢測結果內容包括檢測時間、檢測位置、檢測方法、檢測結果和監(jiān)護者簽名，依據(jù)《地下有限空間作業(yè)安全技術規(guī)范》（DB11T852-2019）見表1。

表1 氣體檢測標準

3.2.2 設置圍堰及導流方式措施、集污坑

①設置圍堰。根據(jù)箱涵內水位高度，采用土袋圍堰結構形式，圍堰高度按照箱涵內水位以上0.5m控制，每200m設置一處圍堰。在1#通風口（出入口）上游50cm設置圍堰，在2#通風口（出入口）下游50cm設置圍堰和集污坑（擬定尺寸為150cm＊100cm＊100cm，或利用原有檢查井設施進行集污），具體詳見圖1、圖2。

圖1 暗涵清淤施工剖面圖

圖2 集污坑示意圖

②導流方式與措施。根據(jù)各渠道的現(xiàn)狀特點、斷面形式及來水流量大小等實際情況，因地制宜合理的采用導流方式；若清淤暗涵（渠）上游來水量不大及渠道縱向坡降滿足埋設管道排水的條件的下，可以采用在上游圍堰一側底部埋設排水管并沿清淤渠道的內部走向（底部）直至下游圍堰，并穿越下游圍堰一側底部的方式進行管道內自流（排）式導流；若來水量大等原因不能滿足埋設管道自流（排）式導流，可以采用在上游圍堰上游側適宜的位置安裝一臺抽排流量能力略大于來水量的水泵，以保證水位不超過上游圍堰的方式進行導流，鋪設的排水管道可從1#通風口（出入口）引出，沿清淤渠道的走向一直鋪設并進入2#通風口（出入口）后，將排水管出口引至下游圍堰的下游1米開外進行排水導流，以滿足圍堰內干地施工。

③設置集污坑。若清淤施工段無法利用原有檢查井設施進行集污，再考慮在施工段內合適的位置設置集污井，在選定的位置先采用破碎錘破碎，破碎點間距0.3～0.5m，逐層破碎，再用PC200挖機開挖集污坑。集污坑做好后按要求進行安全防護。箱涵清淤完成后，需對箱涵底板進行恢復。

3.2.3 利用設備進行清淤

本項目涉及暗（箱）涵清淤擬采用高壓水槍稀釋淤泥，并用大型吸污車抽排淤泥及局部輔助人工清淤的方法。

①清淤過程中為確保清淤人員的安全，鼓風機送新風、抽風機抽風應始終不間斷工作。作業(yè)人員在井下每隔2分鐘不斷與外部現(xiàn)場監(jiān)管人員進行傳話，凡是進入暗涵的作業(yè)人員,必須戴防毒面具，在暗涵內作業(yè)的人員不得使用明火，每次下井作業(yè)最長時間不超過2h，且必須到路面休息15分鐘后方可再次下箱涵作業(yè)；或直接由下一班作業(yè)人員替換進行暗涵清淤作業(yè)，每名作業(yè)人員每天入涵時間不得超過4小時。

②箱涵內作業(yè)人應實時檢測有毒有害氣體含量，并且與箱涵外面監(jiān)測人員保持通信聯(lián)系暢通；從上游出入口利用高壓清洗車配置的高壓管對箱涵底泥進行高壓沖水，由上游沖洗至下游，不斷地來回沖洗，使淤泥稀釋，稀釋后的底泥和污水流入集水坑，通過大型吸污車把污水吸走，直至清理干凈，稀釋后的底泥統(tǒng)一運到底泥處理廠進行處理。（詳見圖3暗涵清淤施工）

圖3 暗涵清淤現(xiàn)場施工

③遇到需人工輔助清渣作業(yè)情況，在滿足上述安全防護措施的條件下進行，在各個井口作業(yè)處安裝施工專用吊土機，在箱涵內人工清淤作業(yè)人員采用橡膠桶盛裝清淤的渣土，再用人力斗車裝載后運至井位點，由于井筒口徑較小，采用專用吊土機將盛裝清淤土的橡膠桶吊運出地面，再使用人力斗車裝載轉運至場內臨時堆放點，積聚了有一定數(shù)量時，采用人工裝載上車后運輸至泥渣土受納場進行填埋處理,如底泥未達到填埋要求應運到底泥處理廠進行處理再作最終處置。

④淤泥清理外運完成后,再用高壓水槍對暗涵人工清淤部分進行沖洗干凈。清理底泥完畢后搞好周圍衛(wèi)生，并拆除圍堰或砌墻、回填集水坑，恢復箱涵底板。

3.3 技術應用成效分析

（1）通過此技術實施清淤后的暗涵能符合相關施工圖紙、規(guī)范、標準的要求，為此，恢復暗涵的泄洪能力，有效降低項目區(qū)河道的洪水位，可維持下游河道岸線和水流穩(wěn)定，改善河岸的防洪排水條件，保證了渠道的防洪排洪安全，有利于沿岸地區(qū)經(jīng)濟正常的持續(xù)發(fā)展。

（2）本技術將施工過程中的質量、技術、安全等管理方法相互結合，形成的施工流程銜接順暢，能達到高效施工，在確保了工程質量與安全的前提下降低成本。經(jīng)我公司經(jīng)濟效益核算，本關鍵技術通過在本項目的應用，共取得經(jīng)濟效益約48萬元。

4.淤泥固化處理施工技術

本施工技術主要涉及對水庫、湖泊、河道（河涌）等清淤產(chǎn)生的淤泥進行穩(wěn)定化、固化處理處置等內容。實施過程應根據(jù)河道（河涌）清淤產(chǎn)生的淤泥特性分析及污染程度試驗檢測分析結果，對淤泥穩(wěn)定化及固化處理。經(jīng)處理后淤泥達到無害化標準后，按要求運至業(yè)主指定的棄土場進行填埋或用于本項目區(qū)內護岸整治、堤防加固的回填土。

4.1 淤泥穩(wěn)定化技術分析

淤泥穩(wěn)定化是指對河道淤泥中的將易腐化的部分有機物進行分解轉化，及對重金屬元素由非穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉化達到稀釋鈍化的目的，最終使淤泥大大降低惡臭、不易腐敗，并達到無公害化標準的填埋要求。

淤泥中重金屬的形態(tài)是指重金屬的價態(tài)、化合態(tài)、結合態(tài)和結構態(tài)四個方面，即某一種重金屬元素在環(huán)境中以某種離子或分子存在的實際形式。污泥中重金屬存在形態(tài)的有關研究成果表明重金屬形態(tài)分為以下五種：可交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)、硫化物及有機結合態(tài)和殘渣態(tài)。不同形態(tài)重金屬的生物有效性不同，前三種形態(tài)穩(wěn)定性差，容易被植物吸收利用；后兩種形態(tài)穩(wěn)定性強，不易釋放到環(huán)境中。污泥中重金屬處理的目的是采用有效的方法，使污泥中的重金屬降到標準值并向穩(wěn)定性強的形態(tài)轉化，降低重金屬釋放到環(huán)境中的風險。

本技術實施前期，我項目團隊擬先對東坑鎮(zhèn)河涌的淤泥樣品進行穩(wěn)定化技術的前期試驗，經(jīng)試驗取得相關技術數(shù)據(jù)支持后，方可進行規(guī)?；?、標準化的淤泥的穩(wěn)定化施工。

淤泥樣品特性：外觀呈灰黑色、有惡臭味，有滑膩感；測定PH值為6.51，有機質含量為14.32%，含水率為71.3%，樣品中8種重金屬含量測定數(shù)據(jù)如表2。

表2 東坑鎮(zhèn)某河涌底泥8種重金屬含量表

根據(jù)表2可以看出淤泥樣品受重金屬鎳污染較為嚴重，鎘和銅出現(xiàn)輕微污染，共3 種重金屬超出土壤環(huán)境質量二級標準（居住用地）的范圍，為此，項目團隊研究擬加入有絮凝、去除重金屬、脫臭、除油、殺菌、除磷、降低出水COD（化學需氧量）及BOD（生化需氧量）等功效的穩(wěn)定化等藥劑后經(jīng)反應充分后，再測定這3種重金屬的變化情況，具體試驗方法如下。

將每10kg經(jīng)充分混均的淤泥樣品分成10份淤泥樣品，每個淤泥樣品為1kg。根據(jù)單因子評價法，在“聚合氯化鋁、陽離子型聚丙烯酰胺、氯化鐵、聚合硅酸鋁鐵、除臭劑”五種藥劑投放用量不變的情況下，再分別加入不同劑量的重金屬捕捉劑，得到投放不同配比的穩(wěn)定化藥劑的試驗樣品（詳見表3）。

表3 東坑鎮(zhèn)河涌底泥樣品穩(wěn)定化藥劑配比情況表（單位mg/kg）

在不同配比藥劑的充分反應后，測得樣品中8種重金屬的含量的變化情況，詳見表4。

表4 東坑鎮(zhèn)河涌底泥樣品重金屬的含量的變化情況表（單位mg/kg）

由表4分析可知，淤泥樣品經(jīng)穩(wěn)定化處理后，各重金屬含量均有下降。當重金屬捕獲劑量達到0.03mg/kg時，鎳的含量為149 mg/kg，達到回填土無機污染物的環(huán)境質量第二級標準值里的居住用地標準≤150mg/kg，其他7種重金屬含量也均達標；且經(jīng)試驗測定，經(jīng)過穩(wěn)定化處理后的淤泥基質的pH得到提高，多數(shù)重金屬離子能與OH-結合，生成不溶于水的鹽類，如Cr，Cu和Pb；穩(wěn)定劑中含有一些黏土礦物，這些物質對重金屬離子有較好的離子交換吸附作用，穩(wěn)定劑與水發(fā)生反應后,生成的水化產(chǎn)物對重金屬離子有包裹和吸附作用重金屬形態(tài)由非穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉化；為此，在考慮經(jīng)濟性和符合標準的情況下，項目團隊采用樣品編號6對應的穩(wěn)定化藥劑配比對東坑鎮(zhèn)某河涌的淤泥進行規(guī)模化的實施穩(wěn)定化處理。其他河涌的淤泥穩(wěn)定化處理，同理采用此試驗法進行前期的穩(wěn)定化試驗后，再規(guī)模化實施對淤泥進行穩(wěn)定化處理。

4.2 淤泥固化技術分析

淤泥固化是指為減小淤泥的體量，對淤泥進行脫水固化成泥餅達到最大限度進行減量化處理。

經(jīng)過項目團隊綜合對本項目淤泥的含水率、容重等特性的研究，基于施工高效性及經(jīng)濟性等方面考慮，項目團隊采取機械脫水固結一體化法的方案，它由砂水分離設備、垃圾分揀設備、底泥脫水設備、加藥設備、泥水處理設備及干底泥輸送設備等組成是一套完整設備裝置，機械脫水固結一體化主要設備設施具體詳見圖4。

圖4 機械脫水固結一體化主要設備、設施圖

4.2.1 技術方案基本原理

本淤泥固化技術方案主要由預處理系統(tǒng)及調理改性系統(tǒng)兩大系統(tǒng)中的若干個施工工序組成，詳見圖5。預處理系統(tǒng)中的垃圾分選設施將分離出來的砂石、垃圾以及經(jīng)脫水后干泥由皮帶輸送機輸送至運泥車，由運泥車將脫水后的干泥運往指定地點進行后續(xù)處理；調理改性系統(tǒng)中的帶式壓濾機是本技術方案的核心設備，是由帶式壓濾機及濃縮機組合成的一體化的過濾設備，主要由驅動裝置、機架、壓榨編上濾帶、下濾帶、濾帶張緊裝置、濾帶調整裝置、濾帶清洗裝置、卸料裝置、氣壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部件組成。底泥脫水過程中分離出來的水經(jīng)處理達到排放標準回用于稀釋藥劑和沖洗設備，其余排入河道，處理后的泥塊運至指定點進行填埋。經(jīng)過一套完整技術系統(tǒng)處理后，實現(xiàn)淤泥內部中的自由水的減少且有效降低有毒有害物質含量，達到可直接進行填埋的要求，避免了對環(huán)境土壤的二次污染；固化后的淤泥的重量、體積的明顯減小，達到減小填埋占用面積。

圖5 淤泥固化技術方案基本原理圖

4.2.2 淤泥固化處理技術要點分析

淤泥固化脫水處理過程可分為預處理、重力脫水、楔形區(qū)預壓脫水及壓榨脫水4個重要階段，主要技術要點分析如下：

①預處理階段。將原始泥漿與絮凝劑混合，物料在絮凝劑作用下，細微顆粒逐漸粘成絮團狀,并初步沉淀，為污泥的過濾脫水準備條件。

②重力脫水階段。被絮凝的物料逐漸加到濾帶上，使絮團之外的自由水，在重力作用下與絮團分離，逐漸使污泥絮團的水份降低，流動性變差。因此，重力脫水段的脫水效率的高低取決于過濾介質（濾帶）的性質、污泥的性質及污泥的絮凝程度。重力脫水段去除了污泥中很大一部分水份。

③重力脫水階段楔形預壓脫水階段。污泥經(jīng)重力脫水之后，流動性明顯變差，但仍難滿足壓榨脫水段對污泥流動性的要求，因此，在污泥的壓榨脫水段和重力脫水之間，加了一個楔形預壓脫水段，污泥經(jīng)該段的輕微擠壓脫水之后，流動性幾乎完全喪失，這樣就保證了污泥在正常情況下不會在壓榨脫水段被擠出，為順利地進行壓榨脫水創(chuàng)造條件。

④壓榨脫水階段。指污泥進入第一壓榨脫水輻之后，在濾帶張力的作用下，使上、下濾帶夾著濾餅繞著大小不同的壓榨根進行反復地擠壓與剪切作用，脫除了大量的毛細作用水，使濾餅水份逐漸減少，最后濾餅含水率為68-80%，在物料出口處設有上、下濾餅刮泥板，刮泥板可去除濾帶上未脫落的濾餅。

4.3 技術應用成效分析

通過本技術方案進行穩(wěn)定化、固化處理后的底泥，我項目團隊對成型的底泥按每2萬方檢測一次，且每個固化場和棄土場堆放的底泥檢測不少于3次。根據(jù)成型的底泥的檢測結果，底泥的污染物等指標均低于相應的限值，且浸出毒性鑒別值低于相應標準值時，則表明無污染危害，固化后的底泥符合規(guī)劃設計及環(huán)境保護的要求。

通過本技術方案對固化處理1m3淤泥需投入穩(wěn)定化改性藥劑、固化設備費、填埋成本等進行綜合成本分析。成本分析如下：穩(wěn)定化改性藥劑投放成本約120元/m3，機械設備能源動力費用約80元/m3，運輸填埋成本約約60元/m3，其他綜合管理費用投入費用約35元/m3，則固化處理1m3單位淤泥成本約295元/m3，根據(jù)市場調查，目前東莞市場上消納場處理1m3淤泥的單價一般為310元/t，本項目約需處理淤泥60萬m3，由此核算，本技術方案的實施可為本項目節(jié)約900萬元，具有顯著的經(jīng)濟效益

固化改性處理后的底泥，同時可以用作本工程的護岸工程中的填土，不僅能實現(xiàn)廢棄物的再生利用，還可作護岸植物的種植土壤，為此，具有顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

5.結語

在水環(huán)境治理的工程中，既要注重生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的理念，又要注重治理與修復相結合的方式。為使東莞市東引運河樟村斷面水環(huán)境工程項目得到了有效的治理，本文重點對本項目涉及的暗涵清淤及底泥固化處理兩項關鍵技術進行展開探討，本項目實施過程中因地制宜選取、制定合宜的工程技術方案并實施應用，并取得了顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，希望就該項目的實際操作給其他類似項目提供經(jīng)驗借鑒作用，共同促進我國水污染治理工作的健康發(fā)展。