土工管袋脱水工艺在城市内湖生态清淤中的应用

丘富顺，胡云飞

（中交上航（福建）交通建设工程有限公司，福建厦门 361000）

引言

十八大以来党中央高度重视生态文明建设，我国生态环境状况得到了持续改善。随着城市化进程的不断推进，城市生态环境整治越来越普遍，山水林田湖草系统的治理愈加完善，而江河湖整治作为其中的重要一环，也越来越受重视。为了彻底清除水体污染物，恢复水清景美，需要进行内源整治，主要的施工方法是生态清淤。但是随着环保意识的不断提高，清理上来的淤泥如何处理越来越受关注[1]。

土工管袋脱水工艺[2]具有完全封闭、环保性好、耗能小、无需设备维护的优势[3]，近年来已成为淤泥脱水处理的重要技术手段。然而随着城市用地的不断紧缺，该工艺占地面积大的问题逐渐凸显。

本文以厦门市筼筜湖清淤项目为背景，对该工程首次提出的前端筛分浓缩中转至异地灌袋脱水的设计理念进行介绍，简述该工艺的控制要点，总结施工经验教训并提出相应的优化措施，探讨在供地困难的城市清淤工程中解决淤泥处理的新思路。

1 工程概况

筼筜湖作为厦门市最大的海水湖泊，周边高楼林立，是重要的行政办公及居住中心，不但充当了城市“会客厅”，还承担了厦门本岛约1/3 区域的防洪排涝任务。筼筜湖生态环境整治提升一期工程位于厦门市思明区，主要施工内容包括筼筜湖1.5 km2水域清淤、淤泥浓缩脱水外运处置、护岸修复及生态修复等。

2 脱水方案

由于清淤淤泥不满足海抛要求，因此仅能进行陆上处理。为了克服用地不足，突破淤泥出岛运输能力的瓶颈，满足环保要求并优化工程投资，提出了先在岛内浓缩减量，再采用泥驳船运输至岛外进行异地土工灌袋脱水处理的方案，这是针对城市内湖清淤的特殊性提出的一种新思路，是常规土工管袋脱水工艺的升级版。

设计方案为：采用环保清淤船对筼筜湖100万m3污染底泥进行水下清淤，得到总量约674万m3泥浆，通过管道先输送至岛内西堤处理厂进行垃圾筛分及浓缩减量至180 万m3后进入储泥池，再用柱塞泵管道输送至同益码头上船，由泥驳船运输至岛外海沧吹泥平台后管道输送到半月岛进行土工管袋脱水，干化至含水率60 %以下后，采用智能环保运输车外运至资源化处置公司。

3 施工方法

3.1 筛分

筼筜湖清理出的674 万m3淤泥首先经管道输送到西堤筛分站，使用泥水分离器（振动筛+旋流器+洗砂机）进行处理，去除淤泥中夹带的贝壳、垃圾及粗颗粒等。该设备兼具筛分过滤及洗砂功能，其中配备的旋流器能过滤泥浆中粒径大于0.075 mm 的颗粒。经泥水分离器处理后，泥浆进入初沉池，该工序在提供干净泥浆的同时，可为后端处理节省成本。本项目勘探的清淤底泥颗粒分布见表1。

3.2 浓缩

为了提高浓度，减少后续的船运量，泥浆经筛分进入初沉池后，首先排掉经过分级沉淀后的上清液，底部泥浆（约300 万m3）抽至浓缩站（三联加药搅拌单元+斜管沉淀池+污泥离心机）进行再次浓缩减量处理。该工序主要通过添加絮凝药剂并与泥浆充分混合，使泥浆在斜管沉淀池产生泥水分离，过滤掉一部分水后提高泥浆浓度。经斜管沉淀池后，泥浆再通过离心机进行二次浓缩，最终泥浆（约180 万m3）排入储泥池。

图2 浓缩工艺图

3.3 中转

由于西堤处理厂没有足够的场地用于土工管袋脱水，储泥池的泥浆需中转至异地进行脱水。首先用柱塞泵将储泥池的泥浆泵送1.3 km 到同益码头装驳，其次泥驳船满载运输16 km 至海沧区马銮湾内吹泥平台（货船加工的临时固定平台），最后由吹泥平台将泥浆从泥驳泵送500 m 至半月岛均质池进行灌袋。半月岛为政府临时储备用地，上面暂无其它构筑物，远离居民区且交通便利，此次租地面积10 ha，不仅成本低，也充分激活了该地块的价值。

3.4 土工管袋脱水

脱水场地按设计要求建设完成后，用渣浆泵从均质池中抽出泥浆，在管道内与絮凝药剂充分混合均匀后充灌至土工管袋，土工管袋内的淤泥在絮凝药剂及自重作用下沉积到底部，顶部清水在管袋收缩力及液体压力作用下经过管袋孔隙渗透排出[4]。每个土工管袋需反复充灌多次，直至整个土工管袋充满淤泥后停止作业。待管袋内淤泥脱水固结至含水率小于60 %后，采用挖掘机配合智能环保车运输至资源化处置公司。

4 控制要点

4.1 浓度控制

泥浆浓度直接关系到后续海上泥驳的转运量，不但影响施工成本，也制约着管袋的脱水时间，因此泥浆浓度的控制尤其重要。为了充分掌握各环节处理的淤泥总量及浓度，分别在筛分站前端、浓缩站前端及同益码头安装了流量计，全程了解湖里上来的泥浆总量、进入浓缩站的泥浆总量以及船运总量。另外配备了数台干燥仪，随时对筛分站泥浆、浓缩站泥浆及储泥池泥浆进行浓度检测，做到动态跟踪，方便后续进行浓度调控。各环节泥浆处理总量及浓度指标见表2。

表2 泥浆处理量及浓度指标

表3 药剂配比

4.2 絮凝药剂配比

为了使浓缩脱水过程达到要求，提高处理效果并不浪费药剂，确定有效适用的絮凝药剂及配比是本项目的重点[5]。为此前期场建阶段即同步开始进行市场咨询，成立试验室联合厂家到场取样检测分析淤泥成分，并结合现场实际浓度做好配比试验，最终经参建各方共同试验见证确定：选型方面，通过选取PAM 阳离子与无机药剂（PAC、4546）及Q系列有机药剂在沉降、污泥过滤比阻两方面进行对比，最终选择中低浓度下添加PAM 阳离子，高浓度下配合添加PAC；流速添加方面，通过对泥浆药剂流速比6:1～13:1 进行分析，得出当比例大于11:1之后，泥浆过滤比阻急剧上升，表明PAM 投加量无法满足泥浆反应，最终确定泥浆与药液充分混合后的最佳流速比为11:1。

4.3 土工管袋参数

土工管袋材料对脱水效果会产生直接影响，进而牵动到整个脱水场的使用周转，为了尽快缩短脱水时间，确定最佳的土工管袋参数非常关键。为此本项目脱水前期采取了典型的施工方式，通过试验分别就土工管袋织造方式、织造结构、尺寸和等效孔径对脱水效果的影响进行了分析比对[6]，最终明确了本工程土工管袋的各项参数（表4），为后续土工管袋材料的选择、加工提供了重要指导。

表4 土工管袋参数

4.4 尾水排放

经过西堤处理厂处理后的淤泥尾水约为500万m3，要求原水回原湖，根据环评要求排放水质必须达到《海水水质标准》（GB 3097-1997）第四类标准且不超过筼筜湖原本水质，如何确保水质达标直接影响到整个工艺链条，由于要求较高，业主委托了厦门大学作为第三方进行检测。对此设计采用了磁混凝高效沉淀池+转鼓式微过滤器进行尾水处理[7]，同时联合疏浚研究中心在现场设立了智慧管理控制中心，在现场尾水排放点安装监控设备及浊度计等进行实时监测，通过对尾水悬浮物质、PH值的测定进行智能管控，监测到相关指标超过设定限值即自动预警。24 h 全时段智慧监控，定期检测，为确保水质排放符合要求提供了有力保障。

5 问题及优化措施

本工艺是在特殊条件下提出的大胆构想，存在一定理论性，整个方案详细处理链条包含12 道工序，呈串联式环环相扣。由于无成熟经验可供参考借鉴，方案细节需结合实际施工过程进一步验证和完善。以下是实际施工中遇到的主要问题及优化措施。

5.1 振动筛噪音问题

筛分设备最前端为了将清理上来的垃圾、石头等处理干净，设计了一环振动筛设备。由于西堤处理厂周边是密集的居民区，夜间施工噪音扰民被投诉，虽然采取了减震及隔音措施确保了分贝符合要求，但仍有市民不断投诉。针对厦门市各级主管单位追求的高标准严要求，经过详细的市场调查，最终协同设计用定制的滚筒筛替换振动筛（由于石块较多，格栅机证明不适用），过筛动力从振动优化为滚动，从源头彻底解决了噪音问题，效果良好。

图3 振动筛

图4 滚筒筛

5.2 离心浓缩问题

前期试运行过程中，泥浆经斜管沉淀进入离心机再次浓缩时，发现如下弊端：

1）功率大耗电且噪音大；

2）维护频率高；

3）离心机脱水原理为高速旋转的离心力使泥浆产生泥水分离，密度较大的污泥颗粒被甩贴在转鼓内壁上形成固环层，再在螺旋输送器的推动下被输送到转鼓的锥端排出，而水分则贴在固环层内侧形成液环层，集聚后再由堰口溢流排至转鼓外流走。由于前端经筛分处理后剩余泥浆基本为粉黏土，与水分密度差较小，导致固液体在离心机内分离困难，转速小分离效果差，转速大含水率低无流动。受湖区各清淤区块浓度高低不同的影响，进入离心机泥浆的浓度存在一定波动，进一步增加了离心浓缩操作难度，无法固定转速，调试过程受滞。

经过大量咨询考察及探讨，联合设计提出用大灌浓缩取代离心浓缩，利用斜管沉淀浓缩的原理，直接将筛分站出来泥浆与药剂充分混合后泵入两个约1 000 m3大罐进行浓缩，泥水分离后清水从顶部溢流排出，淤泥在重力作用下沉到罐底，经过不断积累，罐底泥浆陆续增多浓度也逐渐提高，最终满足要求后自流排进储泥池。经优化改进后，浓缩顺畅效果显著，大大提高了效率。

5.3 脱水效果

经过筛分、浓缩及长距离中转处理后，泥浆成分及状态相比常规的直接灌袋脱水淤泥发生了一些变化，导致脱水效果变差。分析原因如下：

1）经过筛分处理，淤泥颗粒粒径基本在0.075 mm 以下，剩余成分为粉黏土，土颗粒之间无砂颗粒等排水通道，导致袋体中间部分淤泥脱水变慢；

2）在浓缩过程中添加一次药剂后淤泥已絮凝形成矾花，但经过储泥池泵送到泥驳，泥驳泵送到均质池，均质池泵送进管袋，几轮的扰动打散后，为达到充灌后及时脱水的目的必须重新添加药剂，然而二次加药的絮凝效果对该状态泥浆已不佳，很快会在灌袋过程中被再次打散，最终产生的致密细颗粒及剩余稠粘药剂极易吸附于管袋内壁，造成脱水困难。

对此，施工中采取了以下优化措施：

1）为了加快脱水，每次灌袋结束后及时拍打管袋，清除吸附在内壁的泥膜，加快管袋四周排水，另外在灌袋袖口扦插钢管，加快前几天排水高峰期表面清水的排放；

2）经现场试验观察，发现淤泥平均65 %含水率为本项目土工管袋自然脱水的极限，当含水率接近该值时应及时进行破袋处理，通过暴晒加快管袋内淤泥干化，且该状态淤泥，雨水无法渗透进内部，对其影响很小。经现场对比总结，该措施在加快管袋脱水固化作用上效果良好。

6 效益分析

以本项目湖内清淤，西堤浓缩处理，上船海运，半月岛脱水外运为例，综合单价约为136 元/m3。若采用机械工艺处理，同条件下测算费用约需198元/m3，可节约成本62 元/m3，处理100 万m3淤泥可节约6 200 万费用，经济效益显著。

该工艺不但打破了淤泥固化处理的常规思路，在场地受限条件下采用中转至异地脱水固化处理方案，直面城市内湖清淤项目越来越普遍存在的问题症结，避免了在中心城区租地的高昂费用及交通压力，中间输送过程不存在泄漏问题，脱水场地均铺设两布一膜进行地表隔离，无二次污染，充分发挥了土工管袋脱水工艺的生态环保优势，社会环境效益明显[8]，具备一定的示范参考价值。

7 结语

本文结合筼筜湖生态清淤项目，介绍了将清淤淤泥经筛分、浓缩及长距离中转后再进行异地土工管袋脱水处理的技术，探讨了该工艺在城市内湖清淤中遇到的问题及优化措施，提出了在供地困难中心城区进行生态处理淤泥的新思路，并总结明确了该思路的可行性，希望对类似项目有所启发。