新型河底淤泥收集装置的研究和应用

林 驰 宗 政 尹 勇 尤宽山

新型河底淤泥收集装置的研究和应用

林 驰 宗 政 尹 勇 尤宽山

一、引言

随着现代工业的发展，大量的建筑垃圾、生活垃圾和工业废水排入河道中，无形中增大了清淤疏浚的难度。不仅打破了生态平衡，而且导致了水体污染物的过量排放，这就需要对疏浚河道中的泥土进行清理。

当前河道的清淤方式主要有传统清淤和环保清淤两大类。传统清淤的方式主要是用抓斗清淤或者是用泥浆泵进行清淤,尽管用抓斗进行清淤比较简便，对操作者的要求也不高，但在清淤时的精度难以控制，并且对上层的浮泥和中层的淤泥清理也不够彻底，在抓斗上升的过程中大量悬浮状的污染物也会泄露至上部未被污染的水中，且不容易控制挖深，导致有些地方挖深超大，破坏了河道底部未被污染的硬土，对河流水体生态影响较大。泥浆泵清淤需要将清淤段河水全部抽干，再用水泵把淤泥冲稀，最终用泥浆泵将泥浆通过泥浆管道抽除，这种清淤方法需抽除的泥浆量大，而且河底淤泥裸露，散发出臭味，影响周边居民生活环境、河道通航和配水等功能。

环保清淤是通过清淤疏浚，清除河道内的淤泥、悬浮物、污染物质和营养物质，减少底泥中污染物和营养物质的释放，达到恢复水体自净能力、改善水环境、提高水体水质的目的。同时整个清淤的过程，对河道生态系统、周围环境的破坏和影响程度也能降低到最小。

二、清淤船舶的布局

清淤船舶主要由底泥收集装置、臂架系统、排泥管、船体、尾部螺旋桨组成。河底泥土收集装置安放于清淤臂架系统的前端，收集后的泥土通过排泥管排放至外部，见图1。

三、河底淤泥收集装置构成

河底淤泥收集装置主要是由左右驱动马达、螺旋集料器、左右过滤格栅、吸泥口、清理口、无堵塞泥浆泵、泥泵马达等部分构成，见图2。置于过滤格栅内部的螺旋收集装置收集的泥土可以通过无堵塞泥浆泵吸走并通过排泥管排到外部；左、右过滤格栅通过安装在其两端的左、右马达驱动，在工作的时候可以在泥浆中滚动以带动船体向前运动。泥浆泵系统是在引进美国埃里考特泵技术基础上通过消化、吸收并研制成功的疏浚无堵塞泥浆泵，已在杭州西湖、绍兴等河湖清淤中得到很好应用。主要特点有：操作方便、结构简单、没有二次污染、排料浓度较高（30%～50%）、排运距离较远（700m，附加增压装置可达3000m）。

四、清淤装置的工作原理

图1 清淤船舶整体布局图

该收集装置在工作时，过滤格栅两端的马达可以分别驱动左、右过滤格栅，在工作船清淤时可以辅助控制船体方向。过滤格栅的直径在制造的时候，可以根据工况的需求制作，这样可以有效地控制该装置对河道下层无污染或少污染底泥的扰动。由于小型河道一般都穿过人们聚居区，相应的生活垃圾也多，如旧衣服、编织袋等，如果旧衣服、编织袋被吸入泥泵或者排泥管就很容易堵塞，影响其正常工作，过滤格栅之间的档距为6～8cm，可以很好地过滤上述生活垃圾以及大石块。

位于过滤格栅中间的螺旋收集装置，可以把经过格栅过滤后的淤泥及泥浆、浮泥等从旋挖头两侧推向中间吸泥口，通过泥浆泵吸走并经排泥管排至外部。河底淤泥收集装置是通过臂架系统固定于船体之上，臂架系统的一端通过旋转轴固定，靠近臂架前端的位置通过液压油缸连接在船体横梁上面，旋挖精度由控制臂架系统下潜角度来控制旋挖头深入水下深度，从而较为精确地控制清淤深度减少超挖量，清淤量可以控制。臂架下水深度可以通过一个角度传感器反馈至驾驶室中，操作者能够根据自己需要控制清淤的深度。并且清淤装置的旋挖头深度调好后，可以维持在这一深度，清淤后的河底也相对平整。作业后能把污染物释放最严重的呈黑色的上层浮泥基本清除干净，并且保留了污染物含量比较少的呈灰白色的原状底泥，清淤效果好、效率高，超挖量较少，对河道生态的影响较小，清淤总量和清淤质量均达到了环保清淤目的。

图2 河底淤泥收集装置图

工作移位由装在船体后部两侧的两个尾部液压螺旋桨驱动，可通过分别控制两个螺旋桨的前进和后退来控制船的转弯、调头、前进、后退，操作方便。

五、河道清淤过程及效果

由于所要清淤的河道首先要考虑通航条件，必须在带水的情况下施工，经过客户多方技术调查和比较，业主选择江苏省水里机械制造有限公司最新研发的“新型河底淤泥收集装置”技术作为核心技术，以解决河道淤积物绕缠板结、施工必须带水作业，以及防止产生对水体和周围环境二次污染的难题。

清淤船平台是清淤施工重要的工作平台。由于所需清淤的河宽约8～14 m，此次作业平台由260型（型宽2700×型长8500×型深1100）清淤船进行改装，通过陆路汽车运输至施工现场。动力设备以及河底淤泥收集装置等全部按图布置完成。其中，排泥管为公司统一外购标准产品，安全性符合国家标准，并经陆路运抵作业区域后，组织专业技术人员在水上自行组装。

操作人员按照设计的清理标准逐步推进，当遇河道漂浮物或者大型固体物时，由人工辅助清理，归堆打包后用汽车运至指定堆土区。根据业主的要求，在施工区域1.5km以外空旷地区设置泥浆沉淀池，并在堆土区填筑土围堰修建泥浆沉淀池、清水过滤池、泥浆堆积池，用梯田形式逐级将泥沉淀，将清水导出排至附近的下水道内。通过这次清淤工程观察：（1）设备运行正常,作业行进较平稳，水体有少量气泡冒出，无明显扰动，浊度未见明显变化。（2）当遇水面漂浮物或者大型固体物时，需由指定人员及时清理，归堆打包后用汽车运输至指定堆放区。（3）流量稳定、出泥流畅、满管连续、高浓度时出现脉冲，夹杂土块流出、泥浆呈流塑状。（4）定时抬起臂架时发现过滤格栅上缠绕很多垃圾，尤以编织袋、塑料包装袋、旧衣服等不易分解的生活垃圾居多，达到了对易堵塞泵及管道物质过滤的目的。

施工结束后业主对该河道清淤项目组织了检测、验收，结论如下：（1）清淤后的河底标高均在0.3m，清淤后河床比较平坦，并且没有破坏底层未被污染的土层，符合开始的设计要求，效果明显。（2）水质有所改善，河道黑臭现象消失，已从原先的Ⅴ类提升至Ⅳ类，满足一般的用水要求。（3）清淤施工过程对周边居民影响小，尤其是建筑物、临岸道路无损伤，群众满意度达到95%以上。（4）淤积物外送后经过滤固化，对生态环境影响小，其中部分固化物用于绿化种植等基肥使用。（5）在清淤过程中基本没有出现泥浆泵、排泥管堵塞的问题，极大地缩短了作业时间。

六、结论

河道在长时间运行的过程中，因人为因素和自然因素往往会发生泥沙淤积，河道淤积会对河道的使用产生负面影响，不仅会对河流的行洪、供水、排水、航运和生态景观功能产生影响，而且还会对周围居民的生活环境因素产生不利影响，影响人民的生产生活。新型生态清淤装置不仅有效地减小了传统生态清淤时的堵管、堵泵等额外工作量，并且能够对河底淤泥清理深度定量控制，使清理过的河底较为平坦且不会破坏到底层的未污染的土层。新型生态清淤装置在施工时完全浸没在水下施工，不会对上层水造成二次污染，在城市河道清淤时可以确保对周边居民的影响降到最低。随着我国“河长制”制度的实施，城市河道的清淤工作势在必行，而新型生态清淤装置首次用在河道疏浚清淤施工，达到了预期要求，为今后城市小型河道起到了良好的示范作用■

（作者单位：江苏省水利机械制造有限公司 225000）