張繼學(xué) 余薇薇 焦 勇

（安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 合肥 230000 安徽淮河環(huán)境科技咨詢有限公司 蚌埠 233000江蘇鴻基水源科技股份有限公司 揚(yáng)州 225000）

1 引言

我國(guó)每年都要開(kāi)展大規(guī)模的河湖清淤工程以及港口、航道的建設(shè)工程，不可避免地要產(chǎn)生大量的疏浚泥，疏浚泥經(jīng)常采用堆場(chǎng)存放的處置措施。由于疏浚泥一般具有含水率高、強(qiáng)度低、沉積固結(jié)速率慢的特點(diǎn)，采用堆場(chǎng)存放疏浚泥必然帶來(lái)兩方面的問(wèn)題：疏浚泥大面積和長(zhǎng)時(shí)間的占用土地資源。因此，在現(xiàn)有疏浚工藝技術(shù)條件下，如何提高疏浚土排泥場(chǎng)的有效容積、減少占地面積、節(jié)省工程造價(jià)、減小社會(huì)矛盾，是水利工程迫切需要研究和解決的難題[1]。

淮干蚌浮段行蓄洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程香浮段部分排泥場(chǎng)設(shè)計(jì)借鑒國(guó)內(nèi)相關(guān)專利技術(shù)，在工程建設(shè)中采用快速泥水分離技術(shù)，以期提高排泥場(chǎng)利用率，減少土地占用面積以及縮短占用時(shí)間[2]。

2 快速泥水分離技術(shù)原理

泥水分離技術(shù)是源于固液分離技術(shù)，是固液分離技術(shù)的一種。固液分離，是將混合物的固液兩相分離，固液分離技術(shù)在冶金、化工、輕工、食品、制藥、環(huán)境治理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

泥水分離是固液分離在疏浚工程、環(huán)境工程和市政工程中應(yīng)用的具體表現(xiàn)。所謂泥水分離就是將淤泥中的土和水兩相分離開(kāi)，降低淤泥含水量，縮小淤泥體積，為淤泥的后續(xù)處理創(chuàng)造條件。泥水分離技術(shù)首先應(yīng)用在處理市政工程施工產(chǎn)生的生活污水污泥、工業(yè)廢水污泥和給水污泥。發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)70年代已經(jīng)開(kāi)始將泥水分離技術(shù)應(yīng)用到湖河疏浚工程中，并形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)。我國(guó)于70年代才開(kāi)始試驗(yàn)各種泥水分離機(jī)和分離技術(shù)，部分成果應(yīng)用到采礦工程礦液、城市隧道工程泥漿和城市生活糞便脫水，并開(kāi)始逐漸應(yīng)用到疏浚工程。

快速泥水分離技術(shù)是在排泥場(chǎng)部分區(qū)域預(yù)先設(shè)置排水通道，排水通道包括底部水平排水通道和其上垂直排水通道，底部排水通道為管道式，可分為排水主管和排水支管；垂直排水系統(tǒng)由防淤堵反濾材料和垂直排水體組成，反濾材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和孔徑大小依據(jù)疏浚土的性質(zhì)確定，垂直排水系統(tǒng)底部與水平排水管道密閉連接，疏浚土中的水通過(guò)該排水系統(tǒng)收集后再由退水口排出，從而實(shí)現(xiàn)泥水快速分離，達(dá)到消除風(fēng)浪超高、節(jié)約征地的目的。

3 泥水分離處理緣由

淮河干流蚌浮段工程涉及淮河干流河道全長(zhǎng)86.62km，河道左岸為淮北大堤和臨北段行洪區(qū)，右岸為方邱湖、花園湖和香浮行洪區(qū)。工程位于淮河沖積平原中的淮河中下游平原區(qū)，灘地自上游向下游地勢(shì)一般由高漸變低，地形較為平坦，地面高程一般為15.0～17.0m，為平原地貌景觀，下游為浮山，最高點(diǎn)為50.0m。工程區(qū)地層主要為河湖相沉積地層，疏浚河道段疏浚河底高程在6～5m 左右，河道疏浚范圍內(nèi)土大部分為2、3 級(jí)土，局部為1、4 級(jí)土。切灘段的土性主要為壤土和砂壤土，土質(zhì)的開(kāi)挖級(jí)別一般為Ⅱ級(jí)。

快速泥水分離技術(shù)在南水北調(diào)東線金寶航道工程N(yùn)I 排泥場(chǎng)、江蘇泰州引江河第二期工程排泥場(chǎng)成功應(yīng)用，大幅度提高了排泥場(chǎng)有效庫(kù)容，減少排泥場(chǎng)約30%的征地；排出的尾水含固率較低，達(dá)到GB 8978-96 二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。排泥場(chǎng)內(nèi)疏浚泥的自由水可以通過(guò)排水系統(tǒng)快速排除，不會(huì)往圍堰中滲流，圍堰土體的含水率基本不發(fā)生顯著變化，保證了圍堰的滲流穩(wěn)定。

4 泥水分離處理規(guī)模

根據(jù)已有試驗(yàn)成果，結(jié)合疏浚土體的細(xì)顆粒（主要是指粘粒含量）含量大小，單個(gè)排泥場(chǎng)采用快速泥水分離技術(shù)處理面積為排泥場(chǎng)面積的8%左右，根據(jù)排泥場(chǎng)的退水口設(shè)置及現(xiàn)場(chǎng)退水條件，分區(qū)、分塊合理布設(shè)多組快速泥水分離系統(tǒng)，本次香浮段工程PN1-1、PN1-2 排泥場(chǎng)涉及的河道開(kāi)挖土層平均的粘粒含量為7.0%，依據(jù)排泥場(chǎng)調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，排泥場(chǎng)內(nèi)疏浚土難以自然泥水分離的區(qū)域約占整個(gè)排泥場(chǎng)面積的7%。為了盡可能利用泥水分離系統(tǒng)快速排水，提高排泥場(chǎng)庫(kù)容利用率，該工程泥水分離布設(shè)規(guī)?？刂圃谂拍鄨?chǎng)總面積的8%，具體為PN1-1 排泥場(chǎng)泥水分離布設(shè)面積24000m2，PN1-2 排泥場(chǎng)泥水分離布設(shè)面積42000m2。

5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)詳細(xì)布置概況

該排泥場(chǎng)簡(jiǎn)圖及儀器布置如圖1。

PN1-1 排泥場(chǎng)共分三個(gè)區(qū)域，場(chǎng)地泥面標(biāo)高約為15.20m，吹填從兩側(cè)區(qū)域進(jìn)行，通過(guò)區(qū)域之間的隔埂缺口流入中間區(qū)域，如圖1中箭頭所示。監(jiān)測(cè)共分五個(gè)項(xiàng)目：泥面高度監(jiān)測(cè)、場(chǎng)地疏浚泥漿含水率監(jiān)測(cè)、圍堰浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)、尾水含固率監(jiān)測(cè)及十字板強(qiáng)度監(jiān)測(cè)。

圖1 PN1-1 排泥場(chǎng)儀器布置簡(jiǎn)圖

6 泥水分離處理結(jié)論

6.1 實(shí)時(shí)含水率監(jiān)測(cè)

PN1-1 排泥場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，距離底面0.5m 處含水率在30%～70%，距離底面1.5m 處含水率在130%左右；PN1-2-1 排泥場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，距離底面0.5m 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較低，含水率在20%左右。含水率都處于相對(duì)來(lái)說(shuō)較低的水平，表明快速泥水分離系統(tǒng)對(duì)于排出退水口附近疏浚泥中水的作用十分明顯。

6.2 泥面高度

PN1-1 排泥場(chǎng)1#斷面所在排泥區(qū)域泥面最終平均高度210cm，2#、3#、4#斷面所在排泥區(qū)域泥面最終平均高度約180cm，5#斷面所在排泥區(qū)域泥面最終平均高度200cm；PN1-2-1 排泥場(chǎng)1#標(biāo)尺最終高度135cm，2#標(biāo)尺最終高度約105cm。泥面高度反應(yīng)了泥水走向，越靠近退水口泥面越低。

6.3 浸潤(rùn)線觀測(cè)

PN1-1 排泥場(chǎng)和PN1-2-1 排泥場(chǎng)的圍堰浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在圍堰中不存在穿過(guò)圍堰的滲流，圍堰滲流穩(wěn)定，并且圍堰外坡的復(fù)耕土堆區(qū)更能保證圍堰的穩(wěn)定性。表明泥水分離技術(shù)有效地降低了排泥場(chǎng)圍堰內(nèi)的水頭高度，可快速排除排泥場(chǎng)內(nèi)表面水。

6.4 含固率測(cè)試

PN1-1 排泥場(chǎng)含固率在35～230mg/L，質(zhì)量比約為0.035/1000～0.23/1000 之間，遠(yuǎn)小于快速泥水分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求（1/1000）；PN1-2-1 排泥場(chǎng)含固率在65～226.6mg/L，質(zhì)量比約為0.065/1000～0.226/1000之間，同樣遠(yuǎn)小于快速泥水分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求（1/1000）?？焖倌嗨蛛x系統(tǒng)對(duì)于控制尾水含固量有著很好的控制作用。

6.5 承載力測(cè)試

PN1-1 排泥場(chǎng)和PN1-2-1 排泥場(chǎng)退水口處表層十字板強(qiáng)度為20～30kPa，PN1-1 排泥場(chǎng)（吹填完成4 個(gè)月）退水口處的表層十字板強(qiáng)度約為3～5kPa,場(chǎng)地內(nèi)80%以上的區(qū)域可以上人，PN1-2-1 排泥場(chǎng)（吹填完成9 個(gè)月）退水口處表層十字板強(qiáng)度約10～15kPa，場(chǎng)地內(nèi)區(qū)域可以上人。泥水分離技術(shù)能夠有效降低疏浚泥含水率、提高疏浚泥的強(qiáng)度和承載力。

6.6 布設(shè)情況對(duì)比

PN1-1 采用集中布置泥水分離系統(tǒng)，PN1-2 分散布置于每個(gè)退水口，根據(jù)監(jiān)測(cè)及吹填后場(chǎng)地情況：PN1-1 排泥場(chǎng)一區(qū)、三區(qū)為粗顆粒集中區(qū)，吹填完后即可還耕，PN1-2 排泥場(chǎng)出泥口承載力較高，吹填結(jié)束后即可還耕?？焖倌嗨蛛x設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)疏浚泥的特性及排泥場(chǎng)區(qū)域設(shè)計(jì)、退水高差綜合選定布置方式。

7 結(jié)語(yǔ)

該排泥場(chǎng)疏浚土體主要為粉質(zhì)壤土，在水力分選作用下，泄水口附近形成了大面積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土富集區(qū)域，該區(qū)域疏浚泥飽含自由水，基本處于懸浮狀態(tài)，且隨水流動(dòng)。項(xiàng)目策劃時(shí)按照技術(shù)處理特點(diǎn)，結(jié)合疏浚泥水力分選規(guī)律，泥水分離系統(tǒng)布設(shè)在細(xì)顆粒富集區(qū)，疏浚工程實(shí)施完成后，泥水分離系統(tǒng)依然持續(xù)發(fā)揮排除固結(jié)析水作用，能夠促進(jìn)細(xì)顆粒富集區(qū)的固結(jié)速度。在疏浚完成后4 個(gè)月左右，細(xì)顆粒富集區(qū)已經(jīng)具備上人條件，此時(shí)的泥水分離系統(tǒng)依然在排除場(chǎng)內(nèi)深層孔隙水?？焖倌嗨蛛x效果明顯。

隨著社會(huì)發(fā)展和城市化進(jìn)程，土地資源嚴(yán)重緊缺，城市河道及景觀湖泊的淤積和受城市生活廢水污染日趨嚴(yán)重，大規(guī)模的疏浚整治勢(shì)在必行，疏浚淤泥堆場(chǎng)的設(shè)置以及處置尤為困難。同時(shí)，隨著社會(huì)發(fā)展，內(nèi)陸河道、湖泊的水質(zhì)污染十分嚴(yán)重，國(guó)家重大水系調(diào)整項(xiàng)目的建設(shè)，需要優(yōu)質(zhì)水源和免受沿線河道二次污染等社會(huì)需求。這些社會(huì)壓力和需求，迫切需要解決疏浚淤土的存儲(chǔ)和循環(huán)利用問(wèn)題，而“快速泥水分離技術(shù)研究”切合了這一社會(huì)主題，也為自身的發(fā)展和推廣應(yīng)用贏得了空間，決定了該項(xiàng)研究成果具有良好的推廣應(yīng)用前景，并具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益■