黎超 江西省信江通航管理中心

1.清淤離心脫水系統(tǒng)介紹

清淤離心脫水系統(tǒng)，在淤泥開挖方面沿用的是船載挖掘機(jī)挖泥原理，只是比傳統(tǒng)的浮船挖機(jī)挖泥效率更高，將內(nèi)河航道內(nèi)淤泥挖出后泥船靠岸，由挖機(jī)將淤泥投放于河岸邊預(yù)先設(shè)置的儲(chǔ)泥池內(nèi)，再進(jìn)行池內(nèi)淤泥均質(zhì)攪拌，并通過清淤離心脫水系統(tǒng)將淤泥就地處理：即將原泥和水充分分離，分離后的水體清液沿管路重新流回內(nèi)河航道，固體廢棄物則直接裝入運(yùn)輸車輛運(yùn)走填埋或干化焚燒處理。針對(duì)該系統(tǒng)存在的弊端，進(jìn)而研發(fā)出船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)。

2.工程背景

H河流域面積247km2，河流全長(zhǎng)27.50km，內(nèi)河航道平均縱坡37‰。其中上游內(nèi)河航道長(zhǎng)約12km，具有山區(qū)河流的特點(diǎn)，河床狹窄，內(nèi)河航道曲折，呈V字形河槽，內(nèi)河航道寬約30～60m，內(nèi)河航道縱坡40‰；中游河段內(nèi)河航道長(zhǎng)7km，內(nèi)河航道縱坡20‰，河床呈寬淺復(fù)式河床，河床寬近百米。下游航道長(zhǎng)約8.5km，內(nèi)河航道縱坡16‰，河床展寬呈寬淺式，平面河槽形態(tài)呈蜿蜒型。H河多年平均年徑流深為62mm，年徑流量為1531.4萬m3，最大徑流量出現(xiàn)在1967年，年徑流量為3082萬m3，最小年徑流量出現(xiàn)在1972年，年徑流量為663萬m3，多年平均徑流系數(shù)0.121，清水流量約為0.15m3/s。H河洪水多發(fā)生在汛期的6～9月，常常形成局部性山洪，且為山洪冰雹多發(fā)區(qū)。該河屬于山區(qū)內(nèi)河航道，流域洪水主要由暴雨形成，大洪水多發(fā)生在7、8兩月，最遲可到10月上旬。區(qū)域內(nèi)時(shí)空分布極不均勻，持續(xù)時(shí)間一般小于24小時(shí)，超過三天的比較罕見。據(jù)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，24小時(shí)雨量一般占到三日雨量的80%左右。而小范圍局部暴雨則形成尖瘦型洪水，歷時(shí)較短，呈峰高量小的特點(diǎn)。該內(nèi)河航道沒有進(jìn)行過系統(tǒng)治理，隨著河道的逐年淤泥，現(xiàn)X河段及以上泥沙淤積高程為1123.65m，一遇降雨，雨水漫流，嚴(yán)重影響著周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。加強(qiáng)內(nèi)河航道治理作為國(guó)家公共服務(wù)的重點(diǎn)工程，防洪減災(zāi)的重要內(nèi)容和水利建設(shè)的主要任務(wù)，政府一直非常重視。防洪減災(zāi)事關(guān)國(guó)計(jì)民生，洪水來無定時(shí)，因此該內(nèi)河航道清淤治理十分必要和緊迫。

3.船載離心機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用

常規(guī)清淤方式和國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)研制出清淤離心脫水系統(tǒng)清淤方式的共同點(diǎn)在于使淤泥轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇\(yùn)輸泥漿的過程均在陸地上完成，如果這一過程在清淤內(nèi)河航道水體中完成，那么場(chǎng)地占用問題及二次污染問題便迎刃而解?；诖?，研發(fā)機(jī)構(gòu)在改進(jìn)其清淤離心脫水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)，該系統(tǒng)將移動(dòng)離心機(jī)集成系統(tǒng)置于清淤船之上，通過清淤船載離心系統(tǒng)在清淤船上動(dòng)態(tài)脫水，即通過可移動(dòng)式離心機(jī)集成系統(tǒng)的應(yīng)用便可完成內(nèi)河航道清淤施工作業(yè)全過程。

3.1 工藝原理

按照設(shè)計(jì)理念，先通過水陸兩用挖掘車或絞吸挖掘船進(jìn)行待清理內(nèi)河航道淤泥開挖，再通過船艙內(nèi)分離池將所挖掘淤泥分篩，初步分篩出大顆粒物后，轉(zhuǎn)動(dòng)折疊格柵架使顆粒物掉入臨時(shí)儲(chǔ)存池，分篩后的淤泥則進(jìn)入船艙內(nèi)分篩池并進(jìn)行攪拌，待初步達(dá)到分離濃度后，由泵送裝置將分篩后的淤泥輸送至船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)進(jìn)一步分離，分離后的清液小部分返回分篩池回用，大部分重新排入內(nèi)河航道。分離后的泥漿則直接泵送至運(yùn)輸車或接駁船后填埋、干化焚燒。

3.2 系統(tǒng)的可行性分析

通過以上設(shè)計(jì)原理可以看出，該清淤脫水系統(tǒng)付諸實(shí)施的核心在于一套完整的船載離心脫水集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，即如何將離心脫水集成系統(tǒng)與傳統(tǒng)的清淤船有機(jī)結(jié)合，徹底逆轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的固定場(chǎng)地脫水的清淤處理模式，系統(tǒng)運(yùn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)具體見圖1。

3.3 系統(tǒng)的應(yīng)用過程分析

考慮到該河流內(nèi)河航道周圍閑置土地少，要求淤泥處理過程不能對(duì)周圍土壤造成污染，為防止清淤施工影響河道通航的需要，清淤時(shí)間應(yīng)越短越好，所以，船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)在該內(nèi)河航道清淤處理方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯。船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)在該內(nèi)河航道清淤治理的應(yīng)用過程中，為確保切割輸送進(jìn)臥螺離心機(jī)的固體廢棄物負(fù)荷不超出離心機(jī)荷載能力，應(yīng)先進(jìn)行水力負(fù)荷的調(diào)整，以防多余的固體廢棄物隨著清液重新排回內(nèi)河航道，導(dǎo)致臥螺離心機(jī)電機(jī)荷載增大的同時(shí)，影響清淤效果。根據(jù)設(shè)計(jì)，為保證離心機(jī)性能的充分發(fā)揮，提升清淤施工工效，應(yīng)將進(jìn)入臥螺離心機(jī)的切割后的固體廢棄物負(fù)荷控制在離心機(jī)最大荷載的60%以上。該內(nèi)河航道清淤所使用的船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)參數(shù)具體見表1。

由上表參數(shù)取值情況可以看出，在船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)清淤施工過程中，將離心機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定在1300r/min，系統(tǒng)淤泥處理能力即可達(dá)到200m3/h，滿足該內(nèi)河航道清淤治理工程需要，且處理后的固相淤泥干度可達(dá)44.8%，符合運(yùn)輸要求，固相淤泥經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分離后可直接運(yùn)輸。根據(jù)施工規(guī)范及類似工程疏浚清淤施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙淤泥清理一次性挖大設(shè)計(jì)標(biāo)高，并在該內(nèi)河航道X段北側(cè)開挖出一條比設(shè)計(jì)標(biāo)高深2～3m的溝渠，以達(dá)到航道淤積疏浚的目的。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

表1 船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)參數(shù)

4.結(jié)論

船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)在H內(nèi)河航道清淤治理工程中的應(yīng)用結(jié)果表明，與河岸現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)建設(shè)處理車間、儲(chǔ)泥池以及處置過程結(jié)束后拆除的處理技術(shù)相比，安裝在清淤船上的船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)有效解決了場(chǎng)地問題，只要清淤船能通行的內(nèi)河航道均可開展清淤施工，真正實(shí)現(xiàn)在內(nèi)河航道水面移動(dòng)、實(shí)時(shí)清淤處理的功能，該系統(tǒng)在實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)清淤方面的應(yīng)用效果也完全達(dá)到了工程清淤治理的設(shè)計(jì)要求，可見，該系統(tǒng)技術(shù)具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。但是，船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中還面臨諸多技術(shù)難題，也存在較大的技術(shù)改進(jìn)優(yōu)化空間，例如將傳統(tǒng)技術(shù)中的清淤處理平臺(tái)（處理車間、儲(chǔ)泥池等）從地面搬移至清淤船上，空間必然受到限制，淤泥處理能力也將受到影響，為達(dá)到更大的淤泥處理能力，必須進(jìn)一步加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整合設(shè)計(jì)；現(xiàn)有船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)在日常維護(hù)方面必須加強(qiáng)安全穩(wěn)定性能測(cè)試，確保施工過程的安全性與高效性，同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)清淤船固液分離過程中成套設(shè)備運(yùn)行的減噪處理設(shè)計(jì)，在船載離心機(jī)脫水系統(tǒng)疏浚清淤的基礎(chǔ)上，積極探索內(nèi)河航道的生態(tài)修復(fù)、污水處理、堤岸修復(fù)等可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)。