一种河道清淤方法
技术领域
本发明涉及河道清淤技术领域，尤其是涉及一种河道清淤方法。
背景技术
河道是城市的重要组成部分，对防洪防涝、城市环境的优化起到决定性的作用。然而，随着经济的发展、城市化进程的不断加快，人为破坏植被造成水土流失、沿河堆弃生活垃圾及各种建筑泥沙倾入河道等现象，导致河底不断淤积，水体逐渐黑臭，影响河道行洪安全及河道景观，严重威胁到河流生态系统的稳定以及人类生存环境，因此，河道综合整治逐渐引起人们的重视。
河道底泥具有含水率高、颗粒细小、流变性强、易降解产生恶臭、营养含量高、淤积量大、毒性和环境危害性强等特点。而底泥的毒性和危害主要来源于其含有大量的致病微生物、有机污染物以及难以降解的重金属等，很容易造成二次污染和生态风险；而且，河道清淤工程作为河道综合整治工程的前置工序，后续的岸坡改造、截污工程、景观提升等皆以此为基础工序。因此，对于河道清淤疏浚的工作势在必行。
目前，河道清淤技术措施主要分为干式清淤、水上清淤和环保清淤。其中，干式清淤指将河水抽干，底泥彻底裸露于表，然后通过机械挖出，转运至处理站集中处理，具有速度快、较彻底、淤泥浓度高等优点，但在实施过程中易产生二次污染，影响周边生态环境，而且受降雨天气影响较大，此外，机械挖掘过程中易对河底原状地层产生扰动，需辅以水力冲挖、小型机具或人工清理到设计标高，因此，干式清淤仅可应用于明渠或小型湖泊中。水上清淤是利用浮船式清淤设备将开挖的淤泥输送到工程指定位置进行处理，并且通常会采用抓斗式、绞吸式或泵吸式等方式，其中，抓斗式通常应用在中小型河道的疏浚清淤工程中，对于淤泥泥层较厚、障碍物较多的河道清淤效果比较显著，并且该清淤方式操作比较便利，基本不受天气变化的影响，也不会因为河道障碍物过多而影响清理效果，但是，经过搅拌的淤泥可能会再次返回水域，影响整体的清淤效率。绞吸式的清淤方法具有精度高、淤泥不易泄漏、不影响河道原有通航运转等优点，被广泛应用于中型河道，但是，该方式需要使用绞刀进行开挖，开放式的开挖方式可能会造成一定的回淤问题。泵吸式的清淤方法适用于大部分的小型河道淤泥清理工作，但清淤过程中会发生过度吸水的问题，为后续的泥浆处理带来了诸多不便。因此，在应用水上清淤技术时需要综合考虑河道的基本情况，选择最合适的清淤方法，从而保证清淤的效率和效果。环保清淤的技术是完全符合环保要求及可持续发展战略的一种清淤技术，通过专业化的螺旋挖泥设备、环保绞吸刀以及密封式的转斗挖泥等设备完成环保清淤，并可充分利用静水压力以及压缩空气来对河道的淤泥进行彻底清除，这种装置可以最大程度上减少对河道水体的不利影响，并能实现较高的疏浚质量和清淤效益，也不会对河道周围的环境造成破坏与污染。但是，该方法存在实施成本高、资源化利用率低的问题。
因此，针对现有清淤技术存在无法精确清淤、淤泥无法合理处置、尾水不能达标排放、实施成本高的问题，开发一种新型的河道清淤方法，是本领域亟需解决的一项技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种河道清淤方法，该方法本质上解决了河道淤积、内源污染的问题。
本发明提供一种河道清淤方法，包括以下步骤：
S1、将拟清理河道进行围堰划分，并采用绞吸泵送、辅以水力冲挖的方式进行分段清淤；
S2、将清理出的泥水依次进行初步沉淀、分拣、絮凝沉淀，得到净化后的淤泥；
S3、将净化后的淤泥依次进行脱水、翻晒，并将翻晒所得到的泥饼回填。
针对水质较差、氮磷含量较多、底泥重金属含量较高的河道，本发明采用水利冲挖、绞吸泵送分段精准清淤、底泥絮凝沉淀、分离脱水、翻晒回填等物理、化学相结合的处理方法，达到了减量化、稳定化、无害化和资源化的目的。将疏浚底泥进行无害化和资源化处理后回填岸坡两侧范围，既能防止底泥弃置造成的环境二次污染，又能有效利用底泥，因此，本发明的河道清淤方法在改善河道污染现状的同时，还增强了河道的行洪疏浚能力，从本质上解决了河道淤积、内源污染的问题。
进一步，步骤S1中，所述围堰划分时，以河道的平面图和剖面图作为清淤依据，采用临时围堰将河道划分为多段，并在每段之间设置中间泵站。
为防止河道清淤过程中，对周围原状地层产生扰动，造成二次污染，通过分段围堰的修筑降低污染扩散和防止回淤，在对围堰划分时，以河道的平面图和剖面图作为清淤依据，断面测绘直线段可根据河道具体情况按10-20m一个断面，转弯段按3-8m加密测绘，考虑到河道清淤一般在旱季进行，河道内水量少，流速低，可采用临时围堰将河道划分为多段，并且在每段之间设置中间泵站，以便于淤泥的后续运输及处理。
进一步，步骤S1中，所述分段清淤时，首先采用铰刀头进行底泥切削，并取河水通过辅以高压水枪射水搅动，最后通过绞吸泵送的方式将底层的泥水清理出河道。
绞吸式挖泥船由柴油机、齿轮泵、变速箱、泥浆泵、绞刀、吸管等部位构成，其主要是利用绞刀头将水底的淤泥进行旋转搅动，让它呈现沸腾状，然后再通过泵管将泥浆等抽吸、输送到指定地点，在吸泥入口处安装筛网，防止大粒径固体及树枝树叶进入泵及管道内。此法具有工作效率高、可以适应各种地形作业，对泥浆适应性强，可直接串接淤泥泵站进行远距离输送，泵的选择应根据现场实际需求，并充分考虑经济性。此方法在空间布置上较灵活、工作效率高、能耗和成本较低，并且采用管道输送也不会使淤泥散落造成污染。而利用铰刀头进行底泥切削，并取河水通过辅以高压水枪射水搅动，可使断面的淤泥呈现流动性，最后通过绞吸泵送的方式将底层的泥水清理出河道，可达到精准清淤的目的。
进一步，步骤S2中，所述初步沉淀时，将清理出的泥水依次通过多级顶部存在高度差的沉淀池，以实现泥水的初步分离。
初步沉淀时，可清理出的泥水经围堰段中间临时布置的提升泵泵入多级顶部存在高度差的沉淀池中，一方面可确保淤泥整体的沉淀效果，另一方面，多级沉定池之间的上清液通过重力溢流的方式进入下一级沉淀池，降低了相应的处理能耗。
进一步，步骤S2中，所述分拣时，将初步沉淀得到的淤泥进行分拣，以除去直径大于3mm的颗粒物质。
为防止直径大于3mm以上的砂石、杂物，进入后续管道及处理系统，影响清淤效果，及其可能造成机械设备的损坏，可采用分拣机将初步沉淀得到的淤泥进行砂石、杂物与淤泥的分离。分离出的砂石进行破碎后可用于制作砌块或其他建材，分拣的杂物则运往市政垃圾处理站集中处理。
进一步，步骤S2中，所述絮凝沉淀时，向分拣后的泥水中，依次投加硫酸亚铁、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺。
为降低淤泥中重金属及有毒有害物质含量，采用化学絮凝沉淀的方式对分拣后的泥水进行处理，为了提高絮凝效果，降低处理成本，可依次使用硫酸亚铁、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺进行絮凝处理。而对于每种絮凝剂的投加量应根据原始检测结果及现场烧杯试验确定，通常情况下，硫酸亚铁的投加量为0.5-2.5mg/L，聚合氯化铝的投加量为0.5-2.0mg/L，聚丙烯酰胺的投加量为0.5-2.0mg/L时，絮凝沉淀效果最佳。
进一步，步骤S3中，所述脱水时，采用淤泥固化技术对净化后的淤泥进行截留、浓缩和压滤，得到薄饼状粘稠物。
目前常用的淤泥处理方法有自然脱水干燥法、真空预压法、土工管袋法、机械脱水法、淤泥固化法等，其中，自然脱水干燥法成本最低，但场地占用大、环境影响恶劣，后续成本高；真空预压法施工工艺简单，直接处理成本较低，但场地占用大、环境影响较大；土工管袋法采用自重压密脱水，直接处理成本较低，但场地占用大、存在污染转移的环境风险；机械脱水法采用机械压力挤压，直接处理成本高、环境影响大。而淤泥固化法与上述技术相比具有技术成熟稳定、处理效率高、综合成本低、自动化程度高的优点。因此，在本发明中采用淤泥固化技术对净化后的淤泥进行截留、浓缩和压滤，以实现泥水分离。
进一步，步骤S3中，所述翻晒时，将薄饼状粘稠物晾晒并破碎至粒径小于等于5cm，并待其含水率达到要求后，方可回填。
泥饼回填时，对其粒径及含水率有一定要求，因此，在翻晒时，可将泥饼破碎至粒径小于等于5cm，并将待含水率达到要求后，即可回填，泥饼回填不仅利于清淤工程内土方的自平衡，同时也有利于减少造价、降低投资。
进一步，还包括尾水处理，具体包括：将絮凝沉淀出水、压滤出水和翻晒渗水依次通过多级所述沉淀池，再将所述沉淀池溢出的清水进行微生物处理。
在本发明的河道清淤方法中，还包括对于尾水的处理，这里的尾水包括絮凝沉淀出水、压滤出水和翻晒渗水，这些尾水可直接通过多级沉淀池依次处理，最后沉淀池溢出的清水含有大量的微生物，因此，可直接排至邻近的人工湿地进行深度处理，也可排至市政污水管网设施进一步处理。
本发明的河道清淤方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明的河道清淤方法采用物理、化学相结合的处理流程，将两种方法进行巧妙地结合，可有效处理底泥中的砷、铜、铬等重金属离子，经无害化和资源化处理后的底泥，既能防止底泥弃置造成的环境二次污染，又能有效利用底泥；
2、经该方法处理后，河道污染现状可得到明显改善，河水清澈且无明显臭味；达到地表Ⅳ类水质标准，而且因底泥的回填也促进了周围树木、草坪的生长，由此可见，本发明的河道清淤方法，在改善河道污染现状的同时，还增强了河道的行洪疏浚能力，从本质上解决了河道淤积、内源污染的问题，达到了减量化、稳定化、无害化和资源化的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明河道清淤流程图；
图2为本发明河道清淤断面图。
附图标记说明：
1：清淤范围；2：现状堤防；3：设计组合式护坡；4：设计步道；5：设计堤防；6：设计清淤底标高；7：淤泥现状标高；8：设计洪水位线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以深圳市境内某地区老河道清淤工程为例，采用本发明的河道清淤方法开展疏浚清淤工程。
S1、将拟清理河道进行围堰划分，并采用绞吸泵送、辅以水力冲挖的方式进行分段清淤。
首先，采用全站仪对河道进行原始地形测绘，绘出河道的平面图和剖面图，并以此作为清淤依据。测绘时，断面测绘直线段按15m一个断面，转弯段按5m加密测绘。由于河道清淤在旱季进行，河道内水量少，流速低，因此，采用临时围堰将河道划分为多段(每段长度控制在300～500m)，并在每段之间设置泵站。围堰时，采用河道淤泥填筑，且高出河水位线0.5m，堰顶宽1m，两侧坡比控制在1.5左右，同时，做好河道内导流，并在下段清淤时覆盖导流区域(清淤断面图如图2所示)；
清淤时，首先采用铰刀头进行底泥切削，并取河水通过辅以高压水枪射水搅动，使接近设计断面的淤泥呈现流动性，最后利用最大处理量为100m3/h的绞吸式挖泥船的吸管及泥浆泵等结构，将底层的泥水清理出河道，同时采用GPS定位系统和借助ECHO Sounder回声探测仪进行断面控制，达到精准清淤的目的。
S2、将清理出的泥水依次进行初步沉淀、分拣、絮凝沉淀，得到净化后的淤泥。
首先，将清理出的泥水进行初步沉淀，以实现泥水的初步分离，在初步沉淀过程中，为保证淤泥颗粒在重力与水流阻力作用下快速沉淀，根据自由沉淀理论结合流量计算，采用砖砌半地下结构设计了尺寸分别为20m*20m*1.5m、20m*15m*1m、15m*12m*1m的三级沉淀池，每级沉淀池顶部高度差控制在300-500mm之间，并且每级沉淀池的内表面均涂抹有1cm厚的水泥砂浆，并黏贴有一层防水卷材。泥水经中间临时布置的提升泵首先流入第一级沉淀池，以初步沉淀泥水中颗粒较大的物质，第一沉淀池的上清液溢流到第二级沉淀池，以进一步沉淀在第一沉淀池来不及沉淀的细小颗粒，最后一级沉淀池主要为了确保淤泥整体沉淀效果；
然后，将沉淀的淤泥泵送至一体化分拣机中进行砂石、杂物的分拣，以除去直径大于3mm无需进行脱水处理的颗粒物质，防止其进入后续管道及处理系统中影响清淤效果，并避免造成其它机械设备的损坏；
最后，将沉淀的淤泥进行絮凝沉淀，以降低淤泥中重金属及有毒有害物质含量。在此过程中，根据每日清淤量大小，采用砖砌半地下结构设计了三级加药反应区，容积分别为200m3、100m3和100m3，各池体间高差为50-80cm，且每级加药反应区的内表面涂抹有1cm厚水泥砂浆，并黏贴有一层防水卷材。每级加药反应区均利用自动投药机投加药品，投加能力为3m3/h，并且每级反应区中均安装搅拌机，可增加药物与泥水的接触反应效果。第一级加药反应区以硫酸亚铁作为絮凝剂，其絮凝团颗粒大、沉降速度快、淤泥密实、除色作用好、无毒并且有益于微生物成长、价格低廉；经第一加药反应区处理后的淤泥从锥形底部闸口自流至第二加药反应区，通过加入聚合氯化铝以确保重金属及有毒有害物质的去除效果；最后淤泥流入加入聚丙烯酰胺的第三加药反应区。根据原始检测结果及现场试验确定硫酸亚铁、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的投加量分别为2mg/L、1.5mg/L和1mg/L。
S3、将净化后的淤泥依次进行脱水、翻晒，并将翻晒所得到的泥饼回填。
在本次清淤工程中，根据100m3/h的清淤量及现场试验参数，选用3m一体化额定出泥量为100m3/h的带式浓缩脱水压滤机，并利用带式浓缩脱水压滤机内的滤布对加药反应池内排出的浓缩泥浆进行截留、浓缩和压滤，制成薄饼状粘稠物。
利用装载机将薄饼状粘稠物转运到指定的晾晒场地，由于本次清淤量较大，为便于分段清淤量进行晾晒周转，共布置两处堆场分区段晾晒，第一场地占地约6000m2，就近布置在浓缩脱水压滤机附近，第二场地占地约9000m2，布置在填土点附近，两场地相距约500m，堆放高度不超过1m。天晴时，使用挖机与人工相结合方式不定期翻晒，翻晒过程中，将粒径较大的泥饼破碎至小于等于5cm，雨天做好覆盖防水。待泥饼含水率达到回填要求30％后，进行运转回填。
最后，将河道清淤过程中的尾水进行统一处理，在距堆场边1m处修建底宽为0.3m、深度为0.3m，且表面喷有砂浆的排水沟，并在排水沟内每隔50m处修筑0.5m*0.5m*0.5m的集水井，且集水井尽量设置在转角处。同时，在第三级沉淀池后修建尺寸为30m*30m*1.5m的半地下式砖砌结构的清水池。加药反应区的出水、浓缩压滤机的滤水以及翻晒泥饼的渗水均先通过排水渠或排水管道自流入三级沉淀池，沉淀池出水溢流到清水池，清水池中的水通过内置提升泵输送到就近的人工湿地进行深度处理，人工湿地的出水达到地表水Ⅳ类后回补老河道，也可循环用于射水搅动、清洗滤带。
为进一步研究分析本发明的河道清淤方法可有效降低底泥中重金属及有毒有害物质的含量，对浓缩压滤后的薄饼状粘稠物进行了含水率、重金属及有毒有害成分含量的检测。
为提高检测结果的准确性，布点原则以少量点尽可能全面覆盖整个河流、准确地检测出底泥的污染情况，网状布点法适用于污染较为均匀的河道，若河道周边存在众多工业或生活排污口，导致底泥的污染程度不均匀，则需要在排污口附近加密采样点。同时，采样点还应根据水流方向及淤泥堆积情况由密到疏地设置，间距过大则不能准确反映污染范围和污染程度，间距过小则会加大检测成本。
因此，为验证对老河道的清淤效果，分别在河道出入口、直流段、弯道处、村庄附近、排污口处，共布置7处采样断面，采集样品14个，并委托国家权威第三方检测机构运用国家标准方法进行检测分析，标准检测方法如表1所示，检测结果如表2所示。
表1标准检测法
为评价该方法对底泥的处理效果，采用如下方法进行分析：
1)单项污染指数法
将各项评价参数的实测值Ci，除以相应的标准值Si，得到该项评价参数的污染指数Ii：
Ii＝Ci/Si
式中：Ci-底泥中第i种污染物的实测浓度，mg/L；
Si-河道土壤中第i种污染物的标准值、自然含量或环境背景值，mg/L。
当Ii>1时，说明其浓度已超过评价标准值。
2)内梅罗污染指数法
计算出各评价因子的污染指数后，再按以下公式计算底泥各层的内梅罗污染指数。公式如下：
式中：P综-重金属的综合污染指数；
Imax-各因子污染指数Ii的最大值；
Iav-各因子污染指数的平均值。
根据计算的综合污染指数，依据下表的分级标准，进行底泥污染现状评价。
经评价，结果P＝0.2＜0.7，由此可以得出，本河道底泥污染程度经处理后降低为清洁、安全型。
而浓缩压滤样品的含水率沿河8个断面取处理后的泥样，经检测脱水后的含水率为48.2±2.5％，样品颜色呈黑褐色、粘稠。翻晒后泥饼含水率均小于30％，为25.3±3.4％，颜色呈棕褐色、潮湿，满足回填要求。
综上，使用本清淤方法清理该河道可清理淤泥约13万m3，清理长度约3.5km，工期约3个月，综合单价约180元/m3，经济性好、可实施性高。并且，底泥经处理后含水率低于30％，其重金属及有毒有害物质含量均达到了《河湖污泥处理厂产出物处置技术规范》(SZDB/Z236-2017)Ⅳ级，满足回填要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
