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河湖生态清淤脱水水基成套装备的研发

作者:


作者:张立明 沈昆根 王勇
来源:《南水北调与水利科技》2015年第07期
 
 
 
摘要:从生态(环保)清淤的理念及特点出发,分析其与一般工程疏浚的差异,选择合适的清淤设备、机具;对清理上来的底泥进行垃圾分拣、均质、加药、压滤、生态脱水处理。研发了水基的清淤、脱水“一站式”河湖底泥清理成套装备。与常规的相比,在技术、经济方面都有较大优势;并提出了今后的发展方向。
 
        关键词:生态清淤;生态脱水;水基;一站式;成套装备
        中图分类号:TU991文献标志码:A文章编号:
        1672-1683(2015)001-0258-02
        R & D river or lake ecological dredging dewatering water-based complete sets of equipment
        ZHANG Li-ming1,SHEN Kun-gen2, WANG Yong1
        (1.Jiangsu Water Conservancy Machinery Manufacturing Co.,Ltd.,Yangzhou 225003,China;2.Shanghai Hongcheng Industrial Development Co.,Ltd.,Shanghai 200000,China)
        Abstract:The paper from the ecological (environmental) of the concept and characteristics of dredging,dredging engineering analysis with the general difference,selection of cleaning equipment,equipment suitable for cleaning up;sediment of garbage sorting,homogeneous,dosing,filter,ecological dehydration treatment.R & D dredging,dehydration "water-based one-stop" riverbed sludge cleaning equipment.Compared with the conventional,has great advantages in technology,the economy;and the development direction in the future.
        Key words:ecological dredging;ecological dehydration;water-based;one-stop;complete sets of equipment.
        随着经济的高速发展,人们越来越关注自身的生存环境。水是一个城市的灵魂,城镇化的大力推进,水污染却日趋严重,乡村河道急需疏浚,城镇河湖急需清淤,水环境治理是环境综合整治的重要一环。河湖清淤更是一个系统工程,需综合考虑技术、经济、生态等因素,选择合适的清淤、脱水设备、以及处理方式并进行科学决策。
        1生态清淤
        生态清淤又称环保清淤。是为改善水质和水生态环境而进行的清淤,目的是减少二次污染,不同于为改善航行和排涝行洪条件而进行的疏浚。它与工程疏浚主要存在以下几个方面的不同(见表1):
        表1生态清淤与工程疏浚差异对照
        名称清理目的清理对象清理设备底泥处理处理成本环境影响
        生态清淤清除河、湖等水体中的污染底泥并为生态系统恢复创造条件河湖淤泥、浮泥旋挖式清淤机(船)、环保绞吸式挖泥船、生态清淤吸头、多功能清淤机等干化处理、农田洼地填埋、增加添加物作为建筑材料处理相对较高经处理后二次污染较小
        工程疏浚疏通航道、增大湖泊库容、扩建港口等大江大河的水下沉积物、按设计要求开挖的原状土绞吸式挖泥船、斗轮式挖泥船、链斗船、耙吸船、抓斗船等吹填、造岸、通过泥驳送入江海深处相对较低一般不经处理,对环境影响较大
        城镇河湖生态治理工作已由点到面的逐渐铺开,如无锡太湖、昆明滇池、扬州瘦西湖、金华长湖等都属于生态清淤的范畴;这些工程的实施都给我们提供了较好的理论与实践基础。但像上海龙华港、苏州内城河这些两岸高楼林立、居民众多的地方,不要说淤泥堆场,就连个小小的脱水站也没有摆放的地方。如何做到施工不扰民,减少投诉率;如何解决场地问题;如何提高清淤效率、降低施工成本,下面将从清淤脱水设备、机具、施工工艺的选择几方面作出阐述。
        2生态清淤机具的选择
        生态清淤的对象是河湖底部的淤泥,包括沉积在淤积物表层的悬浮、半悬浮状的絮状胶体等;并要求精确清除,不能超挖,为后续生物修复技术创造必要的生态环境条件;较小范围内的扩散,或扩散距离不大于5 m[1]。因而,像抓斗清淤船机具下水时不但会扰动浮泥,向四处逃逸,还会造成严重的超挖、漏挖,在生态清淤工程已逐渐被淘汰。现在常用的设备是环保绞吸式挖泥船,还有国内在近年来研制成功的专业生态清於设备旋挖式清淤机(船), 该产品逐渐在相关工程中运用,如在杭州胜利河上展示身手。
        2.1环保绞吸式挖泥船
        它是静态挖泥船,绞刀作为挖掘机具,使泥土在切削后,泥水混合物经过泵送,由排泥管输送到排泥场或泥水分离设备。工作时,以定位桩为中心,通过船体前方两侧绞盘上的锚缆收放,实现圆弧型旋转,机具作横扫运动,所形成切削面积为扇型区域,一般是双桩定位的,如在行进中是双桩交替进行的,扇型区域部分重叠,会形成复采,同时局部欠挖;改良后的双桩机构配有行进台车,始终以一桩定位,机具扫出一系列同心园扇型区域,不再重叠,但绞刀是锥状的,泵的吸口在其中后方,在淤泥厚度不足0.2 m的工况下,设备工作效率较底[2];正常条件下平均清於浓度也仅有10%左右,而且前面两侧的锚缆,使其它船只无法通行。
        2.2旋挖式清淤机(船)
        近年来由国外引进、消化、吸收,根据国内河流现状研制再创新的成果。由前部带凹槽的船体,可升降的刀架,旋挖头装置,开、闭式液压系统,柴油机动力系统,电控系统,操纵室,自航螺旋推进系统等几部分组成。旋挖头装置是由一对左右对称的螺旋叶片、中部空心管、可选配的挖掘破碎刀片、液压驱动马达、旋流式无堵塞泥浆泵、环保泥罩等几部分组成。由于左右对称的螺旋叶片工作时可将淤泥向旋挖头中部汇拢,旋挖头中后部直接安装有水下泥浆泵,这样可以提高吸泥浓度,改善泥泵汽蚀性能[3],经权威机构检测,清淤浓度可达20%~40%。工作时,行走装置主要根据河湖工况选择。
        (1)如果河道狭长,可选用钢丝蝇牵引装置作为行走驱动装置,在清淤机前后各布置一根系于河道两侧的钢丝绳作为定绳,两定绳间系一根可移位的动绳,动绳的移位次数由河宽除以旋挖头宽度确定,同时考虑少量的重叠度,以防移位时漏采。动绳在固定于船上的滑轮组的驱动下,带动船体前进。
        (2) 如果河湖较宽,可采用抛锚定位与两台牵引绞车配合作业,带动船体前进。由于是自行船可自行抛锚,而不需要专用抛锚艇。
        (3)如选择星轮(WHEELSTAR)驱动作为行走装置,河湖无论宽窄都可适用,而且是连续推进作业,绞吸船工作时需要移桩,泵吸相对是间断的,故星轮驱动旋挖船工效更高。
        (4 )旋挖式清淤机的旋挖头比绞刀宽得多,一般在2 m以上,工作时向前平行推进,采挖后的切削面相当平整,但出现的问题是有些河床并不平整,人工开挖或修理过的河道边坡明显。现有的旋挖头因为不能左右摆动,只有局部与河床底泥接触,造成采收不平衡,船体甚至发生倾斜,造浆浓度低。改进后的旋挖头可左右摆动角度,保证船体在平衡状态下,按边坡角度调整[4],提升清淤船的工作效率与自动化作业程度。旋挖式清淤船是整个生态清淤的关键技术,特点是体积小、功效高、性价比高,较适应城市中小河道的生态清淤[5]。
        3生态脱水设备
        清理上来的淤泥考虑到运输费用及避免二次污染问题,一般需进行脱水处理,常用的脱水设备有离心机、带式压滤机、板框压滤机、叠螺污泥脱水机等;其中板框式不能连续作业,而带式压滤机已实现小型化,具有效率高、产量高、能耗低的特点[6]。
        带式浓缩脱水一体机对送来的污泥进行分层处理,上层进行浓缩脱水,下层进行多辊压缩脱水,出泥含水率低,工作稳定,受污泥负荷波动影响小,便于控制,对操作者的素质相对要求不高。生态脱水:主要从设备自身与尾水排放二个方面考虑。带式机具有振动小,工作时环境噪声低的特点。采用微生物絮凝剂(普鲁兰)解决了传统絮凝剂产生的有毒离子给环境带来的二次污染,尾水更易达标排放[7]。采用三维滤布替代二维滤布,抗拉性更好,滤水性能好,相对加大了过流量,提高了处理能力。
        4水基一站式成套装备
        (1) 水基。清淤机、污泥均质装置、泥水分离设备均以船的形式出现,动力来自于柴油发电机组,为减少噪声污染,都进行了静音处理。整个工作流程全部在水面上完成,不需要占用陆地面积。
        (2)一站式成套装备。清淤采用旋挖式清淤船,通过泥浆管与均质船相联,距离在100 m以内,均质船通过管道与脱水船相联,两者可以是零距离。均质船上配有垃圾分拣装置。脱水船上装有带式浓缩脱水装置,见图1:
        1.定位桩 2.液压站 3.驾驶室 4.电气控制系统 5.柴油机发电机组 6.船体 7.护舷 8.推进器 9.带式压滤机系统 10.顶棚 11.皮带机
        图1脱水船布置
        设备处理能力:清淤船50~100 m3/h,均质船 50 m3/h,脱水船50 m3/h。
        (3)工艺流程。清淤船(完成)→底泥收集→泵吸→输送→均质船(完成)→垃圾分拣→均质→泵送→脱水船(完成)→加药→混合→粗滤→压滤→泥饼(尾水)→输送(达标排放)。
        (4 )成套装备使用效果。三套船已在上海龙华港成功使用,工效高、运行成本低、操作维护简单、使用近一年无居民投诉。
        5今后的发展方向
        (1) 为进一步提高清淤效率,实现精确清理,小型船也要
        配备GPS或北斗定位差分系统、深度仪、流量计、密度计、工控机。
        (2) 底泥进行化学分析,无公害的可作为肥料进行填埋;有害的要(可添加改性物质)进行砖瓦烧制,形成经济效益。
        (3) 河湖底泥清理要常态化,而不是沉积很厚了才去治理,定期进行日常维护,保持一个良好的生态水环境。
        参考文献:
        [1]陈荷生,张永健,宋祥甫,等.太湖底泥生态疏浚技术的初步研究[J].水利水电技术,2004(11):1214.
        [2]包涛芳,朱丽娟.宜兴市太湖生态清淤技术浅析[J].江苏水利,2010(6): 4144.
        [3]倪福生.国内外疏浚设备发展综述[J].河海大学常州分校学报,2004(01):816.
        [4]张立明,鲁仁勇,王勇.船用水下旋挖式割收装置[P].北京:国家专利局,2012.
        [5]方芳芳,沈昆根.城市河湖生态清淤研究进展[J].信息系统工程,2012(06):144145
        [6]杜河清,曹健,张鹏.环保清淤系统与底泥机械脱水设备研发[J].人民珠江 2009,30(03):5051+ 68
        [7]张郁东.浅谈佛山汾江河道底泥清淤的脱水技术[D]佛山科学技术学院.第13卷01期