整体提高苏州市古城区河道淤泥固化泥含固率的研究与实践

(江苏赛富项目管理有限公司，江苏 苏州 215300)

1 工程概况

苏州市中心城区清水工程——清淤贯通2017年河道清淤工程位于苏州市姑苏区，工程范围包括外城河、西塘河以西、里双河以北、321国道以南、京杭大运河以东区域，共21条河道清淤及淤泥固化。

随着河道清水、活水畅流清淤工作的推进及城市的发展和建设，苏州地区淤泥的堆泥场越来越少。为有效破解河道淤泥堆放难、处置难等问题，本工程设计采取淤泥固化(减量化)处理方案，通过将淤泥、泥浆脱水固结，实现泥水分离，脱去泥浆中的自由水，形成泥饼。结合苏州古城区淤泥成分的实际情况，要求河道淤泥固化后泥饼含固率为60%。

2 淤泥脱水机选择

淤泥固化是影响工程质量和工期的关键，固化泥饼的质量直接取决于固化机械的性能。目前国内淤泥脱水机的常用机型有离心式、板框式和滤带式。

针对工程重点和难点，施工前对苏州市周边率先实施淤泥固化的不同地区工程进行实地考察，通过对上述3种脱水机械生产过程的现场调查，离心式和滤带式脱水机生产的泥饼含水率明显高于板框式压滤机，暂不考虑采用。但从板框式压滤机现场调查发现，淤泥固化泥饼的含固率整体水平远远达不到本工程的设计要求。因此，为确保工程项目保质保量按期完成，需提高河道淤泥固化泥饼含固率的整体水平。

3 影响泥饼含固率的问题症结

在本工程初始生产固化阶段，通过现状调查：板框式压滤机固化泥饼含固率≥60%的仅占85%。经过对当前泥饼含固率不稳定现象进行深入调查，发现影响当前泥饼含固率不合格的主要问题是泥水分离效果差、压滤时间控制不准、滤布堵塞、板框周边密封不严以及滤板流道不畅通等。通过进一步统计、分析，发现影响当前泥饼含固率不合格的主要问题症结是“泥水分离效果差”以及“压滤时间控制不准”， 见表1、图1。

表1 固化泥饼含固率不合格问题症结调查

图1 固化泥饼含固率不合格问题症结排列图

4 问题成因

4.1 含固率影响因素

遵循5M1E原则，围绕造成“泥水分离效果差”以及“压滤时间控制不准”这两个问题的各个因素进行分析，造成泥水分离效果差的影响因素是药剂量与泥浆量不匹配、作业人员操作技能差、泥浆中含有大量固体杂物、冬期生产措施不到位、泥浆浓度不稳定、现场试验不达标、不按操作工艺执行等；造成压滤时间控制不准的影响因素是不按操作工艺执行、作业人员操作技能差等。经过彻底分析，得到12项末端因素，即缺乏上岗前技能培训、未按要求进行技术交底、未达到尾水量标准即卸泥饼、未达到进泥压力标准即卸泥饼、泥浆药剂匹配试验少、计量仪器器具简陋、吸泥装置运行效率低下、冬期生产措施不到位、泥浆中含大量固体杂物、药剂使用品种不正确、药剂过期失效、药剂投加量未按设计执行，见图2。

4.2 含固率要因确认

根据要因确认的工作流程，小组成员对上述原因分析关联图中的12项末端因素制定了要因确认计划表，并按计划逐一进行确认。要因确认过程如下：

a.通过对项目部资料的检查，有真实、完整、有效的作业人员技能培训与考核记录，化验人员均持证上岗，缺乏上岗前技能培训不是要因。

b.通过对项目部资料的检查，有真实、完整、有效的作业人员班前技术交底记录，交底内容详实、有针对性，未按要求进行技术交底不是要因。

c.对照工艺内容，现场检查卸泥饼时作业人员仅凭感觉和经验即停机卸泥饼，导致多台压滤机生产的泥饼含水率超标，尾水排放不符合工艺标准要求，未达到尾水量标准即卸泥饼对问题症结的影响很大，是要因。

d.对照工艺内容，现场检查，经检查，在板框式压滤机生产过程中，卸泥饼时进泥压力均符合工艺标准的要求，未达到进泥压力标准即卸泥饼不是要因。

图2 原因分析关联

e.通过查看实验室试验记录，每批次泥浆进场均及时进行泥浆药剂匹配试验设计，淤泥进场记录与试验记录完整，泥浆药剂匹配试验批次一致，泥浆药剂匹配试验少不是要因。

f.现场检查实验室及投药间的药剂仪器和工器具，药剂投放计量仪器、工器具型号、规格、数量均满足生产试验要求，药剂计量仪器、器具简陋不是要因。

g.检查吸泥工艺及吸泥装置行驶记录，吸泥浆工艺、吸泥装置行驶路线均不满足工艺设计要求，仅依赖潜水泥浆泵吸泥，储泥池底部淤泥板结严重，而且有增大趋势。吸泥装置行驶路线不科学，导致储泥池底部淤泥高低不均匀。吸泥装置运行效率低下对问题症结的影响很大，是要因。

h.检查生产工艺及工艺措施实施记录，具备合理的冬季生产工艺，工艺措施满足设计要求，冬期生产工艺措施不到位不是要因。

i.通过查看，现场泥浆过滤设备过于简单，仅能过滤一些生活垃圾，已导致多台柱塞泵因大块固体垃圾堵塞而停机，储泥沉淀池中存在大块固体杂物，泥浆中含大量固体杂物对问题症结的影响很大，是要因。

j.对照淤泥进场记录，检查实验室淤泥药剂匹配试验设计记录，现场药剂单一，无法根据不同泥浆选择不同药剂进行试验设计，而且药剂淤泥匹配试验没有按不同剂量分别试验对比，选定最佳设计参数，大多数情况仅做一次试验。药剂使用品种不正确，匹配试验没有按不同泥浆、不同剂量分别对比试验，对问题症结的影响很大，是要因。

k.对现场储存的药剂及进场记录、合格证等进行检查，经核查均在有效期内，满足工艺标准要求，药剂过期失效不是要因。

l.检查药剂投加量、投加顺序记录，药剂投加量符合试验设计要求，且投加顺序正确。药剂投加量未按试验设计剂量执行不是要因。

根据上述要因确认情况，最终确定要因有4个：ⓐ未达到尾水量标准即卸泥饼；ⓑ吸泥装置运行效率低下；ⓒ泥浆中含大量固体杂物；ⓓ药剂使用品种不正确。

5 问题对策

5.1 提出问题对策

针对找出的4个要因，通过制定相应的对策及可行的措施，达到活动目标。制定的具体对策及措施如下：

a.通过安装尾水流量计，准确测量尾水最后出水量，以控制泥饼含水量，解决未达到尾水量标准即卸泥饼的问题。采取的措施是通过流量计方案比选，选择经济、适用的流量计，使尾水最后出水量达到设计要求。

b.通过制定合理的吸泥装置和吸泥工艺，合理布置吸泥装置行驶路线，解决吸泥装置运行效率低下的问题。采取的措施是制定合理的吸泥工艺，选择高效率吸泥装置，制定合理的吸泥路线，达到吸泥均匀、不留死角、池底基本平整的目的。

c.通过在储泥池泥浆进水口增加泥浆过滤设备，解决泥浆中含大量固体杂物的难题。采取的措施是安装预处理振动筛、粗处理高频振动筛、精处理高频振动筛，以达到淤泥进入泥浆泵不含有超过毫米级的固体垃圾的目的。

d.通过对不同泥浆选择不同药剂进行试验设计，解决药剂使用品种不正确的问题。采取的措施是通过试验，确定各种数据，通过试验效果比对，选定最佳方法和数据参数，最终按编制的试验报告设计参数投放加药，进行生产验证，达到药剂使用与淤泥匹配的目的。

5.2 对策实施

5.2.1 安装尾水流量计

流量计类型很多，根据现场实际需要，拟采用超声波流量计、浮子流量计及电磁流量计。经过比选，最终选用性价比高的浮子流量计，具体比选、评价见表2。

表2 流量计选择方案比选评价

浮子流量计分为金属管浮子流量计和塑料管浮子流量计两种。根据现场实际功能需要，并且经过分析计算，选用性价比高的塑料管浮子流量计。

浮子流量计安装质量控制及技术要求：ⓐ浮子流量计安装必须保证其垂直度，垂直度偏差应小于1%；ⓑ浮子流量计安装位置及高度，应便于操作管理和维护，务必保证操作人员读数时视线与浮子在同一水平；ⓒ工作流量应控制在流量计最大刻度流量的50%～70%，以保证数据的真实性和准确性。

浮子流量计投入使用后，生产作业人员直接观测流量计读数，即可判定是否可以卸泥饼，不需要凭感觉和经验来判断尾水最后的排放量，压滤机尾水最后排水量检查，合格率达100%。

5.2.2 合理布置吸泥装置

储泥沉淀池仅依赖潜水泥浆泵吸泥，效率低下，储泥池底部淤泥板结严重，而且有增大趋势。为了彻底解决这一难题，QC小组成员经过多方咨询，根据厂家提供的资料和样本，以“安全、经济、适用、可靠”原则进行分析研究，最终选用带有搅拌功能的绞吸泵。经过安装、调试、投入生产使用，运行效果良好。

为了解决吸泥装置行驶路线不科学导致储泥池底部淤泥高低不均匀的问题，QC小组根据淤泥计划进场的时间和压滤机生产的工作班次，将淤泥储泥沉淀池划分为3个工作区段(白班工作区8∶00—16∶00，中班工作区16∶00—24∶00，晚班工作区0∶00—8∶00)。经过1周的生产检查，储泥池底部淤泥平整且密度均匀，解决了生产过程中泥浆入机时含泥量忽高忽低的问题。

5.2.3 增加泥浆过滤设备

依据现场淤泥中所含的固体杂物情况以及通过咨询和生产厂商提供的资料，经过计算、分析和比选，选用泥浆预处理振动筛、泥浆粗处理高频振动筛和泥浆精处理高频振动筛。

依据厂家提供的设备基础尺寸，认真做好混凝土基础和地脚螺栓的预埋工作。待设备就位安装后，根据厂家提供的技术要求调试运转正常，编写安全技术操作规程，对操作人员进行培训和交底后投入生产。解决了因泥浆中含大量固体杂物而造成柱塞泵堵塞的难题。

针对泥浆中意外含有固体杂物造成柱塞泵堵塞突然故障的情况，QC小组按照设备事故应急预案的要求，制定了设备故障抢修过程决策程序图(PDPC)，用来指导柱塞泵堵塞时出现突发事件的处理，以确保生产正常进行，见图3。

图3 设备故障抢修过程PDPC决策程序

5.2.4 进行药剂试验设计

针对药剂使用品种不正确，即没有根据不同泥浆选择不同药剂进行试验设计的情况，QC小组成员制定了药剂配比设计实验流程，做到了试验设计标准化和程序化。通过该措施解决了“药剂使用品种不正确”的问题，杜绝了试验设计人员遗漏试验的现象，达到药剂使用与每批淤泥匹配，泥水分离效果显著，见图4。

图4 药剂配比设计实验流程

6 改善效果影响

6.1 固化率效果

针对影响淤泥固化含固率的4个要因，通过采取相应的对策和措施后，合格率达到98.3%，超过了合格率95%的预定目标，见图5。

6.2 经济效益

淤泥固化技术的成功应用，把废弃的淤泥变成可利用的土方资源，有效地解决了淤泥的处置问题，减少了其他建设项目对土方资源的开采，增加了国家土地的储备资源，而此次淤泥固化技术的成功实施，在很大程度上减少了固化生产因设备故障而停机的概率，不仅提前完成工程任务，而且因固化合格率的提高，减少返工，经济效益明显。

图5 QC小组活动前后目标成效对比

6.3 社会效益

淤泥固化技术的推广应用，有效地解决了河道淤泥堆放难、处置难等问题。脱水后的泥饼具有含水率低、强度高、运输方便、适宜堆放等特点，且遇水不软化、不泥化、无污染，可作为砖瓦厂制砖、工程回填和绿化工程基础改良用料，真正实现淤泥产品无害化、资源化处理，很好地解决了一个有关生态修复、资源再生利用、保护环境的可持续发展问题。本工程中淤泥固化技术的成功实施，引起了苏州各地及周边地区水利部门的广泛关注，并向全国各地推广，社会效益显著。