国内外城市河道淤泥清理设备发展现状的探讨

申长璞 李永祥 王明旭

（河南工业大学 机电工程学院，郑州 450007）

国内外城市河道淤泥清理设备发展现状的探讨

申长璞 李永祥 王明旭

（河南工业大学 机电工程学院，郑州 450007）

针对目前城市河道受淤泥污染严重和淤泥清理工艺存在的不足，本文从存在的缺陷入手，系统分析了国内外城市河道淤泥清理工艺和设备研究技术现状，并结合我国城市河道的特点，对城市河道淤泥清理工艺和设备进行深入探讨，最后给出了研究思路和方法，为解决多年来一直困扰国内城市河道污染治理难题，提供了解决思路。

城市河道 淤泥清理工艺 设备 思路和方法

引言

随着城市经济的高速发展，城市化和工业化进程加快，城市河道水环境受到严重污染和破坏。受制于污水、污泥的收集、污染源控制等因素的影响，我国城市河道普遍为纳污河道，这种情况将在一定时期内长期存在。受污染河道的河水滞流，河道淤积，水体浑浊，甚至时常出现黑臭的现象。原来作为生活和工业用水水源的河道水，其功能己受到严重影响。河道水具有的美化环境，调节城区小气候，景观旅游等功能也大大下降。河道的积泥、淤塞使航运、防洪功能显著退化，且入湖河道污染还是大多数湖泊污染及富营养化的主因。河道水环境的恶化不但使城市人居环境和景观效果被严重破坏，而且严重破坏了河流生态系统原有的功能和稳定性。《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》规定，到“十二五”末，污泥无害化处置率应达到70%。

但有关专家表示，国内污泥、餐厨及其他有机垃圾处理存在技术路径不清晰等问题，目标难以如期完成。因此，对城市河道以清淤疏浚为重点，全面开展水环境综合整治已刻不容缓。

从目前国内外应用的城市河道淤泥清理来看，常用的淤泥清理方式主要分为两大类：排干淤泥清理和水下淤泥清理。由于国情不同，河道的环境特点不同，采用的淤泥清理方式也不同，现对国内外常用的清淤方式进行阐述。

1 常用城市河道淤泥清理方法

最常用的城市河道淤泥清理方法的分类如图1所示。

图1 城市河道淤泥清理方法的分类

1.1 排干淤泥清理

对于城市里那些没有防洪、排涝、航运能力的较小型河道，一般采用排干清淤的方式对城市河道淤泥进行清理。排干淤泥清理又可分为干挖清淤和水力冲挖清淤两种方式。

（1）干挖淤泥清理：河道水排干后，一般采用人工或挖掘机挖出淤泥，挖出的淤泥直接由车外运或者在岸边临时堆放。如图2所示的挖淤泥清理。干挖淤泥清理的优点是淤泥清理彻底，对设备和技术要求不高，清理出的淤泥含水率低，易于后续处理。但是，这种清淤方式效率较低、成本较高，而且淤泥岸边的临时堆放容易造成河道的二次污染，破坏城市周围居住环境。

图2 干挖淤泥清理

（2）水力冲挖淤泥清理：采用高压水枪冲刷河道底部淤泥，将底部淤泥冲刷成泥浆，使流动的泥浆汇集到地势低洼的区域，再由泥浆泵吸取输送，将泥浆输送到河岸的集浆池里。如图3水力冲挖淤泥清理。水力冲挖淤泥清理具有设备简单，技术要求不高，施工成本低的优点。但这种方法形成的泥浆浓度低，后续处理难度大，施工环境相对比较恶劣。

图3 水力冲挖淤泥清理

1.2 水下淤泥清理

水下淤泥清理一般是将淤泥清理装备装载到船上，以船体作为施工平台，在船上操作淤泥清理设备，挖取淤泥，并且通过输送系统输送到船上的储泥池或岸上的堆场中。水下淤泥清理有以下几种方法。

（1）抓斗式淤泥清理：抓斗式淤泥清理，是通过抓斗式淤泥清理船上的绳索，吊住抓斗来控制抓斗的张开与闭合，当抓斗张开，抓斗靠自身重力下到河底插入淤泥中，然后通过绳索闭合抓斗抓取淤泥，再靠绳索把抓斗提出水面，将淤泥卸入停靠在抓斗式淤泥清理船旁边的驳泥船中。清出的淤泥通过驳泥船运至岸边，再通过岸边抓斗将淤泥移至岸上的淤泥堆积场中。如图4抓斗式淤泥清理。抓斗式淤泥清理适合清理较硬的土质或夹带有较多杂物的河底。但抓斗式清淤对较软的泥地敏感度差，清理时容易挖取河底较硬的土层，从而泄露大量的表层底泥，造成浮泥现象。根据工程经验[1-4]，抓斗式淤泥清理清除率只能达到30%左右，加上抓斗式清淤易产生浮泥遗漏、强烈搅动底泥，在以水质改善为目标的清淤工程中往往无法达到原有目的。

图4 抓斗式淤泥清理船及抓斗

（2）普通绞吸式淤泥清理：利用装载在船头桥梁前端的绞刀的旋转运动，将河底的淤泥进行搅动和切割，使泥水进行混合，形成泥浆，然后通过离心泵使泥浆沿着吸泥管道输送到堆积场中。普通绞吸式淤泥清理船及绞刀如图5所示。

普通绞吸式淤泥清理适用于淤泥层厚度较大的大中型河道。普通绞吸式淤泥清理采用全封闭管道输送，不会产生泥浆的泄露；在清理淤泥的过程中不会影响河道的通行，并且采用了GPS和回声探测仪进行控制，能够提高施工的精度[1]。但是，绞刀旋转工作时，容易造成淤泥污染物的扩散，而且会出现回淤现象。根据已有工程的经验[3,5]，底泥清除率一般在70%左右。由于泥浆浓度偏低，会增加堆场的面积。

图5 普通绞吸式淤泥清理船及绞刀

（3）斗轮式淤泥清理：利用装载在船头上的专用斗轮挖掘机进行挖掘清理淤泥，挖取的淤泥通过泥泵吸入并输送到卸泥场。斗轮式淤泥清理船及斗轮如图6所示。斗轮式淤泥清理船适用于淤泥层较厚、工程较大的大中型河道、水库和湖泊。清淤过程不会对通航产生影响，不受天气因素的影响，施工精度较高。但在清理淤泥的过程中，会产生大量的污染物扩散现象，回淤、逃淤现象较为严重，清淤率在50%左右，清出不彻底，容易造成水体污染[1]。

图6 斗轮式淤泥清理船及斗轮

2 对城市河道淤泥清理设备及工艺的探讨

2.1 对城市小型河道排干淤泥清理的探讨

从以上阐述可知，目前，城市小型河道排干的淤泥清理设备和工艺方案比较简单、工作效率低、前期准备工作和人工需求量相对较大，对后期清理出的淤泥不能及时进行处理，不仅需要占用较大的堆场占地面积，而且还会对人们的生活环境造成二次污染。因此[6]，目前急需一种能自行出入水域具有清理脱水输送功能的一体化淤泥清理设备。这样不仅提高了效率，大大减少了提前准备的工作量，而且通过一体化淤泥清理设备的清理、输送、脱水，最后输出的淤泥是脱水后含水很低的淤泥。脱水后的淤泥不再需要大面积的堆场用于淤泥脱水，也减少了淤泥对自然环境和人们居住环境的二次污染。

2.2 对城市大中型河道水下淤泥清理的探讨

当前的城市大中型河道水下淤泥清理，淤泥清理装备相对比较成熟，清淤效果也相对比较好。但是，这些淤泥清理设备形式基本上是组合形式，只能单一地收集、输送淤泥，并且清理和输送的淤泥属于泥浆，含水量极高。清理出来的泥浆输送到驳泥船中，会占用驳泥船大量的空间，增加驳泥船的运送次数，占用大量能源。在地面运输途中，可能会对环境造成污染。因此，需要一种集淤泥的收集、输送、脱水、干燥为一体的淤泥清理船。

2.3 城市河道淤泥清理装备及流程工艺的研究思路

通过对目前城市河道淤泥清理设备及工艺的探讨可以看出，现有设备工艺的淤泥清理和淤泥脱水干燥是分离开来的，会造成能源浪费、土地资源的大面积占用、环境的二次污染和整个淤泥清理效率降低，延长了淤泥清理周期。因此，需要一种集淤泥的收集、输送、脱水、干燥为一体的淤泥清理设备及工艺。这样干燥过的淤泥可以直接输送到岸上，并进行资源化利用，既减少了运输消耗的能源，节省了堆场占地面积，提高了效率，还避免了对环境的二次污染。通过阅读相关文献[7-16]，列出此设备及工艺的主要研究内容：①研究城市河道污泥的收集、输送、分级、脱水、烘干一体化处理工艺与无污染处理技术；②研究城市河道污泥处理工艺中所需的收集输送设备、分级设备、分离设备、脱水烘干一体化处理设备；③研究城市河道污泥处理的智能化控制技术。

技术路线：道污泥资源化的收集、输送、分级、脱水、烘干、再加工最终作为建材与生物质肥料。淤泥从收集到资源化的技术路线如图7所示。

图7 淤泥从收集到资源化的技术路线

3 结语

城市河道淤泥清理工程不仅疏通了城市河道，而且使城市的排涝、防洪有了保障，还改善了河道水质，促进了生态系统的健康，给城市居民提供了良好的生活环境。因此，城市河道淤泥清理工程具有重要意义。

本文针对国内外现有城市河道淤泥清理工艺和装备进行阐述，并对其特点进行详细研究分析，提出对城市河道淤泥清理在节能、环保、高效的清理工艺和装备的大体思路，并且对其研究内容和技术路线做了叙述和说明。

对淤泥清理设备的研发和工艺的制定有很大的发展空间，从淤泥的收集到最后与淤泥资源化形成一条科学、实用、节能、环保且不间断的淤泥清理利用链条。

[1]包建平，朱伟，闵佳华.中小河道治理中清淤及淤泥处理技术[J].水资源保护，2015，（3）：56-62，68.

[2]金晔军.浙江省水利疏浚业发展现状调查与对策探讨[J].浙江水利科技，2013，（4）：83-85，94.

[3]罗成定，詹雄伟.乡村中小型河道清淤机研制[J].江苏农机化，2003，（3）：19.

[4]彭建军，井绪东.常见挖泥船疏浚特性及选型[J].浙江水利科技，2004，（6）：87-88.

[5]朱玉强.环保疏浚与环保疏浚设备探析[J].水利科技与经济，2010，（10）：1118-1120.

[6]陈陆华.城市河道清淤机的研究与开发[D].济南：山东大学，2011．

[7]汪泳.市政污泥干燥特征及污泥中温带式干燥工艺应用研究[D].天津：天津大学，2012．

[8]费逸华，周成蹊，钱健航.船载离心脱水系统在河道清淤工程中的应用[J].中国给水排水，2014，（12）：60-62.

[9]姚斌，师洪波，袁泉.卧螺离心机设计选型中应注意的几个问题[J].过滤与分离，2007，（3）34-36．

[10]严六四.国内外河道疏浚工程施技术的发展[J].水利水电施工，2006，（9）：34-35．

[11]朱永兴.自动水下清淤机及其推广[J].水产科技技情报，1999，（4）：181-182．

[12]王汉新，王长亮，王传志.舟载清绞一体式水下清淤机的研制[J].现代制造技术与装备，2009，（6）：32-34．

[13]余杰，田宁宁，王凯军.中国城市污水处理厂污泥处理、处置问题探讨分析[J].环境工程学报，2007，（1）：82-86．

[14]梁鹏，黄霞，钱易.污泥减量化技术的研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2003，（1）：44-51．

[15]来彦伟.苏州河底泥污染状况及其治理对策[J].上海师范大学学报：自然科学版，2000，（2）：85-92.

[16]万晓，张妍，张超.水热技术在污泥减量化和资源化中的应用[J].水工业市场，2010，（8）：55-57.

Discussion on the Development Status of the Urban River Silt Cleaning Equipment at Home and Abroad

SHEN Changpu,LI Yongxiang,WANG Mingxu
（School of Mechanical & Elec trical Engineeri ng,Henan University of Technology, Zhengzhou, 450007）

Aiming at the existing problems in the process of sludge and sludge cleaning, this paper analyzes the cur rent situation of domestic and i nternational urban river si lt cleaning process and equip ment systematically, and com bines with the characteristics of urban rivers in our country, the proces s and equipment of urban river silt cleaning are in-depth discussion. Finally the research ideas and methods are given to solve the longtime problem of urban river pollution in China.

urban river, silt cleaning process, equipment, ideas and methods

河南省重点科技攻关项目“玉米粒收后的干燥及清理技术与关键装备的研创”（152102110071）；河南省重大专项“粮食产后清理技术与关键装备的集成研究及示范”（121199110120）。