茅洲河清淤及底泥处置工程施工方案研究

周 岩

(深圳市宝安区水务工程事务中心，广东 深圳 518101)

0 引言

我国水系发达，由于经济发展和环境治理不同，导致水土流失和水体污染严重。据相关资料统计，每年大约有上亿吨泥沙淤积在自然或人工水体中[1]。工业化进程使大量工业废水和生活污水排入河道，淤积泥沙和进入河流的污染物严重削弱了自然水体自净功能，甚至导致水体基本功能丧失[2]。因此，在控制河流外源污染的前提下，清除河道内源污染的清淤技术是一种治理城市水环境污染的主要技术途径[3]。茅洲河流域清淤整治工程遵循“减量化、无害化、稳定化和资源化”原则，综合运用水上水下清淤技术开展河道和岸坡淤泥、垃圾和杂物清理，是一种可行、可借鉴的施工方案。

1 茅洲河流域整治工程概况

茅洲河流域水环境综合整治项目清淤工程范围为2条干支流，分别为茅洲河和沙井河，两条河呈“Y”字型交叉，河床坡降和水流流速较小，河道底泥污染及淤积较严重，边坡杂草丛生，各种垃圾、排污口随处可见。

2 清淤整治施工方案

根据河道淤积现状，确定采用绞吸式挖泥船+接力泵站+输泥管的施工方案。考虑河道清淤工况复杂，在局部边角区域、设计坡比区域采用水上挖掘机+泥驳船运输为辅的清淤方案，将淤泥送至底泥厂。

2.1 河道绞吸式挖泥船清淤施工

2.1.1 施工工艺流程示意图

河道绞吸式挖泥船施工流程见图1。

图1 挖泥船施工流程示意图

2.1.2 施工工艺

(1)清淤施工

挖掘机可辅助浮船移动、行走。用定位桩固定浮船后，挖掘机进行清淤施工且把淤泥装入20 m3～30 m3铁驳船，驳船运输至临时泄泥点开仓卸泥后返回水上挖掘机清淤处装泥。

(2)分条开挖

水上开挖段河道现状宽度在10 m～30 m，施工时需分条进行开挖。根据水上挖机的开挖宽度以及现状河床宽度，拟分成2条进行开挖，从中间往两侧开挖。

(3)确定标高

采用小船和探杆待清淤完成后用探杆检测清淤深度，避免出现漏挖或开挖深度不足的区域。

2.2 河道清淤管线布设

(1)河道清淤浮管敷设

浮管采用钢管穿设浮筒形式。钢管间采用橡胶柔性连接，确保挖泥船泥浆泵体输出管道与潜管间有活动幅度。确保浮管线路顺畅，按照100 m～200 m间隔抛小锚定位，避免水流和风速干扰管道影响正常通航。

图2 河道通航区域浮管管线敷设示意图

(2)河道清淤潜管敷设

潜管敷设采用柔性或刚性连接均可。敷设过程应严格控制上升段和下降段的坡度，管端设端点站，配置充气、排气阀和水闸阀。选择在风浪较小，憩流时下沉潜管。沉放时一端进水，一端放气，两端下锚固定，并设置警戒标识。

图3 通航河道潜管管线敷设示意图

(3)河道清淤岸管敷设

岸管采用Φ450 mm钢管和弯头、橡胶管由法兰连接按照设计线路和铺设方法铺设。保持管线顺直，管底衬垫支架牢固，管线不得出现漏浆、漏泥现象。管线拐弯处根据现场情况用钢管弯头或橡胶软管。

图4 管线敷设水岸接头

3 底泥处置

为治理茅洲河水质黑臭问题，在茅洲河流域水环境综合整治工程中，对河道底泥进行环保清淤，消除河道的内源污染是十分必要的。底泥处理的原则：“减量化、稳定化、无害化和资源化”。

根据底泥的性质、类型，按照最终处置的要求，主要包括原位处理和异位处理两大类。目前国内外的研究现状是采用硝酸盐原位化学处理技术，更多的是用来应急处理黑臭水体，短期效果明显，但耐久性不足，即原位处理投加药剂太少或药剂消耗完毕，易造成水质反弹。另一种为原位生物修复处理技术，茅洲河河道长度约30.69 km，两侧企业众多，人口密集，污染源非常复杂，重度污染深度达2 m～3 m，且茅洲河底泥中垃圾成份复杂，如建筑垃圾、编织袋、棉絮、动物皮毛等，可能对底泥原位处理施工造成极大不便。如采用生物修复手段处理，微生物菌群只是对少部分易降解有机污染物有效，茅洲河污染物中重金属、高分子微生物含量很高，微生物菌群对这些并没有效果。

异位处置方案：采用疏浚设备将黑臭底泥疏浚至岸边，通过底泥预处理及脱水，使黑臭底泥能够“减量化、稳定化、无害化和资源化”，目前技术相对成熟，是底泥处理主流的方法。鉴于此，茅洲河底泥处置修建底泥处理厂在国内目前尚属首创。

为了确保茅洲河底泥处置及资源化利用，在原状为空地的沙浦西排洪渠与茅洲河交界处，修建了1#和3#底泥处置厂，1#、3#底泥处理厂主要由泥砂分离系统、洗砂系统、固液分离系统、改性拌合系统、均化调理系统、脱水成固系统、余水深度处理系统以及堆场等部分组成，总占地面约为3.87万m2。

本工程疏浚底泥含水率高、流动性大、总量多，需处理底泥预估总量为384.42万m3，为避免对周边环境造成二次影响，需对底泥进行调理改性和机械脱水固化处理。技术路线为“清淤疏浚、除渣沉淀、调理改性、脱水固化”，即清淤设备将河道底泥清淤疏浚，送至底泥处理厂，经垃圾分选、沉淀、改性、脱水等一系列工艺处理后，形成固态无害、性质稳定并具有一定强度的硬状压缩泥饼。

图5 清淤及底泥处置工艺流程示意图

(1)除杂、洗砂系统

绞吸式挖泥船疏浚后的底泥通过管道输送，进入泥砂分离系统，泥砂分离系统主要由格栅机及泥砂分离池组成。通过格栅机过滤掉建筑垃圾和生活垃圾之后进入沉砂池。河砂在沉砂池沉淀下来，通过提砂、洗砂和输砂等环节存储在临时堆场，以备外运进行资源化利用。

(2)调理改性系统

清淤底泥经过除杂、洗砂之后自流到达沉淀池。沉淀池中上层清水自流至余水池，继而通过水泵抽至净水系统。沉淀池中下层泥浆由小型绞吸船通过管道输送至调理改性系统。经加药(絮凝、固化、稳定剂)搅拌，存储备用。

(3)脱水固化系统

完成加药调理后的泥浆通过渣浆泵输送至板框压滤机进行脱水处理。通过该程序将滤渣与水分离，最后制出泥饼，产出的泥饼可根据不同需要进行资源化利用。

(4)余水处理

余水采用超磁净水处理系统进行处理。经沉淀池分离后的表面溢流水通过余水池收集后，泵送至超磁水体净化站的混凝系统，通过固液分离净化，分离出来的底泥将再次回到沉淀池进行处理，产出的净水高于原河水水质，回排入河。

图6 余水处理系统

图7 清水池

(5)资源化利用

资源化利用系统分为两部分，即对余砂资源利用和余土资源利用。

1)余砂资源利用

在沉沙池中将经过初步分离的砂通过洗砂机清洗检测无害后得到成品砂。可利用于人工造地、管道工程沟槽回填、房屋建筑拌合材料等工程行业。

2)余土资源利用

底泥经脱水固结和无害化处理后形成余土，结合当地的发展需求用于当地的工程建设用于工程筑填、工程基础回填。或经调理改性无害处置、脱水固结后的余土烧制陶粒，探索资源化利用新途径。茅洲河底泥处置后的泥饼曾用于茅洲河燕罗湿地项目中制作成透水砖铺设成平台供游人踩踏，并且用于潜流人工湿地中的填料——陶粒，也是底泥处置后经资源化利用而成。

图8 处置后的泥饼

图9 茅洲河燕罗湿地透水砖铺设平台

4 结语

河道清淤通常是在机械设施的帮助下，把河底的淤泥混合为流体状，借助水流裹挟将其带走，以此产生疏通的效果。茅洲河流域清淤整治施工方案挖输河道和岸坡淤泥，综合采取清淤以绞吸挖泥船开挖为主、水上挖机为辅；底泥运输以管道运输为主、泥驳运输为辅的施工措施完成河道的生态清淤治理，有效改善了河道水环境，恢复了河道防洪、调蓄及通航能力。同时完善底泥后续资源化处理流程，从而为河道清淤、流域水环境治理提供系统化、可持续的治理方案。