内河航道疏浚清淤中船载离心脱水系统的应用

黎超 江西省信江通航管理中心

1.清淤离心脱水系统介绍

清淤离心脱水系统，在淤泥开挖方面沿用的是船载挖掘机挖泥原理，只是比传统的浮船挖机挖泥效率更高，将内河航道内淤泥挖出后泥船靠岸，由挖机将淤泥投放于河岸边预先设置的储泥池内，再进行池内淤泥均质搅拌，并通过清淤离心脱水系统将淤泥就地处理：即将原泥和水充分分离，分离后的水体清液沿管路重新流回内河航道，固体废弃物则直接装入运输车辆运走填埋或干化焚烧处理。针对该系统存在的弊端，进而研发出船载离心机脱水系统。

2.工程背景

H河流域面积247km2，河流全长27.50km，内河航道平均纵坡37‰。其中上游内河航道长约12km，具有山区河流的特点，河床狭窄，内河航道曲折，呈V字形河槽，内河航道宽约30～60m，内河航道纵坡40‰；中游河段内河航道长7km，内河航道纵坡20‰，河床呈宽浅复式河床，河床宽近百米。下游航道长约8.5km，内河航道纵坡16‰，河床展宽呈宽浅式，平面河槽形态呈蜿蜒型。H河多年平均年径流深为62mm，年径流量为1531.4万m³，最大径流量出现在1967年，年径流量为3082万m³，最小年径流量出现在1972年，年径流量为663万m³，多年平均径流系数0.121，清水流量约为0.15m³/s。H河洪水多发生在汛期的6～9月，常常形成局部性山洪，且为山洪冰雹多发区。该河属于山区内河航道，流域洪水主要由暴雨形成，大洪水多发生在7、8两月，最迟可到10月上旬。区域内时空分布极不均匀，持续时间一般小于24小时，超过三天的比较罕见。据实测资料统计，24小时雨量一般占到三日雨量的80%左右。而小范围局部暴雨则形成尖瘦型洪水，历时较短，呈峰高量小的特点。该内河航道没有进行过系统治理，随着河道的逐年淤泥，现X河段及以上泥沙淤积高程为1123.65m，一遇降雨，雨水漫流，严重影响着周边居民的生命财产安全。加强内河航道治理作为国家公共服务的重点工程，防洪减灾的重要内容和水利建设的主要任务，政府一直非常重视。防洪减灾事关国计民生，洪水来无定时，因此该内河航道清淤治理十分必要和紧迫。

3.船载离心机系统的应用

常规清淤方式和国内相关机构研制出清淤离心脱水系统清淤方式的共同点在于使淤泥转变为可运输泥浆的过程均在陆地上完成，如果这一过程在清淤内河航道水体中完成，那么场地占用问题及二次污染问题便迎刃而解。基于此，研发机构在改进其清淤离心脱水系统的基础上，开发出船载离心机脱水系统，该系统将移动离心机集成系统置于清淤船之上，通过清淤船载离心系统在清淤船上动态脱水，即通过可移动式离心机集成系统的应用便可完成内河航道清淤施工作业全过程。

3.1 工艺原理

按照设计理念，先通过水陆两用挖掘车或绞吸挖掘船进行待清理内河航道淤泥开挖，再通过船舱内分离池将所挖掘淤泥分筛，初步分筛出大颗粒物后，转动折叠格栅架使颗粒物掉入临时储存池，分筛后的淤泥则进入船舱内分筛池并进行搅拌，待初步达到分离浓度后，由泵送装置将分筛后的淤泥输送至船载离心机脱水系统进一步分离，分离后的清液小部分返回分筛池回用，大部分重新排入内河航道。分离后的泥浆则直接泵送至运输车或接驳船后填埋、干化焚烧。

3.2 系统的可行性分析

通过以上设计原理可以看出，该清淤脱水系统付诸实施的核心在于一套完整的船载离心脱水集成系统的设计与实现，即如何将离心脱水集成系统与传统的清淤船有机结合，彻底逆转传统的固定场地脱水的清淤处理模式，系统运行细节设计具体见图1。

3.3 系统的应用过程分析

考虑到该河流内河航道周围闲置土地少，要求淤泥处理过程不能对周围土壤造成污染，为防止清淤施工影响河道通航的需要，清淤时间应越短越好，所以，船载离心机脱水系统在该内河航道清淤处理方面的应用优势明显。船载离心机脱水系统在该内河航道清淤治理的应用过程中，为确保切割输送进卧螺离心机的固体废弃物负荷不超出离心机荷载能力，应先进行水力负荷的调整，以防多余的固体废弃物随着清液重新排回内河航道，导致卧螺离心机电机荷载增大的同时，影响清淤效果。根据设计，为保证离心机性能的充分发挥，提升清淤施工工效，应将进入卧螺离心机的切割后的固体废弃物负荷控制在离心机最大荷载的60%以上。该内河航道清淤所使用的船载离心机脱水系统参数具体见表1。

由上表参数取值情况可以看出，在船载离心机脱水系统清淤施工过程中，将离心机转速设定在1300r/min，系统淤泥处理能力即可达到200m³/h，满足该内河航道清淤治理工程需要，且处理后的固相淤泥干度可达44.8%，符合运输要求，固相淤泥经现场分离后可直接运输。根据施工规范及类似工程疏浚清淤施工经验，结合设计图纸淤泥清理一次性挖大设计标高，并在该内河航道X段北侧开挖出一条比设计标高深2～3m的沟渠，以达到航道淤积疏浚的目的。

图1 系统运行细节设计

表1 船载离心机脱水系统参数

4.结论

船载离心机脱水系统在H内河航道清淤治理工程中的应用结果表明，与河岸现场临时建设处理车间、储泥池以及处置过程结束后拆除的处理技术相比，安装在清淤船上的船载离心机脱水系统有效解决了场地问题，只要清淤船能通行的内河航道均可开展清淤施工，真正实现在内河航道水面移动、实时清淤处理的功能，该系统在实际工程现场清淤方面的应用效果也完全达到了工程清淤治理的设计要求，可见，该系统技术具有较大的推广应用价值。但是，船载离心机脱水系统在实际应用过程中还面临诸多技术难题，也存在较大的技术改进优化空间，例如将传统技术中的清淤处理平台（处理车间、储泥池等）从地面搬移至清淤船上，空间必然受到限制，淤泥处理能力也将受到影响，为达到更大的淤泥处理能力，必须进一步加强结构的整合设计；现有船载离心机脱水系统在日常维护方面必须加强安全稳定性能测试，确保施工过程的安全性与高效性，同时，还应加强清淤船固液分离过程中成套设备运行的减噪处理设计，在船载离心机脱水系统疏浚清淤的基础上，积极探索内河航道的生态修复、污水处理、堤岸修复等可持续发展的新技术。