赵利
北京泽通水务建设有限公司，101100
摘要：为有效解决传统底泥脱水效果不佳、机械脱水成本高等问题，研究了一种生态环保土工管底泥脱水技术。通过管袋的选择、泥浆管路安装、药物添加和尾水处理等程序，使得底泥顺利脱水直至固化完成。研究结果显示，采用生态环保土工管袋法处置河道底泥的经济成本可节约36.4%，土工管袋滤出水水质能满足排放限值的要求，处理后底泥质量能满足绿化种植用土的Ⅲ级标准。
关键词：土工管袋；疏浚；底泥处理；脱水技术
当前，对疏浚底泥通常采用堆场排水固结的方法进行脱水处理，但随着经济的发展、环境的改变，此方案也存在着如下不足，诸如，占地大并需要修建围捻、工期长，减容效果受限、露天作业，难以控制污染物的迁移和扩散问题，针对以上不足，我们拟采用土工管袋这样一种新型的底泥脱水减容方式，土工管袋脱水耗能小，无需设备维护，可与填埋场地联合使用，省略了二次倒运，若能加上荷载进行预压，能加快淤泥的排水固结速率，工期一般为 2个月左右，且为全封闭施工，不受天气的影响。
1.土工管袋
土工管袋（Geotextile Tube 或Geotube）是一种由高强土工织物制成的具有一定强度、延展性的起过滤作用的管袋状材料，其直径（截面周长）和长度可根据需要变化，最长可达上百米 。土工管袋最初用于围堤工程中，目前已被应用到环境保护、湖泊水库疏浚等领域。美国、澳大利亚、日本等国都有将土工管袋应用在环境保护方面的实例，如美国处理皮革厂废水、澳大利亚处理城市污水、日本围护受到二氧芭污染的土壤系统等 。目前，应用于湖库底泥脱水工程中的土工管袋主要以聚丙烯（PP）和聚酯（PET）原料为主 。我国也正开始应用该项技术在湖泊治理特别是湖库底泥疏浚减容处理中，不过国内还缺少大规模的工程应用。文章结合天津滨海地区某水库的底泥疏浚治理工程对土工管袋充填脱水术进行了较为深入的实验和应用。
2. 土工管袋与传统碾压土石的比较
两种围埝结构形式各有其优点。对于碾压土石围埝来说，具有筑堰材料来源广泛、施工工艺简单、价格低廉的优点; 对于土工管袋围埝则充分利用清淤弃料填筑堰体自身，避免大规模取土和运输，保护了生态环境，施工期不受降雨等自然条件的限制。从工程投资上来看，工管袋围埝由于减少了土石耗量，造价明显降低。土工管袋围埝由于利用清淤弃料，可进一步减小对土地的征用。碾压土石围埝因需大量土石材料，对土料料场势必造成新的环境破坏。土工管袋技术先进，不但利于工程施工，而且充分发挥了经济效益、社会效益和环保效益，是疏浚土有益利用的一项创新应用。
3.土工管袋操作要点
3.1管袋的选择
土工管袋选用高强度的聚丙烯材质，其技术参数一般为：横向抗拉强度大于95 k N/m，延伸率为10%；纵向抗拉强度大于70 k N/m，延伸率为15%；顶破强度超过7 k N/m，等效孔径在0.3～1.0 mm之间，渗透率大于12 L/（m2·s）。
3.2脱水药剂的选择及滴定试验
底泥特性的不同，如成分、有机质含量、土壤类别等不同，将影响到泥浆脱水的效率及出水水质情况。因此，工程实施前，应先进行滴定试验，选择合适的药剂品种以及加水后的浓度。本工程经多次现场试验及采集数据分析，最终选择了聚丙酰胺作为脱水药剂。
3.3土工管袋脱水场地的建设
土工管袋的脱水场地必须平坦，任何杂物都有可能会对管袋造成破坏，因此像石头、树根等都应该被移除。除此之外，还应该修建一条排水沟来容纳土工管袋中流出的水并对其进行导流，排水沟须能容纳排水和降雨，以免直接影响环境。为了防止土工管袋滤出液进入土壤污染地下水，有必要铺设土工膜防渗层，土工膜表层要铺设无纺土工织物保护层，再在保护层上铺设砾石排水层。砾石排水层可在提高最终出水效果的同时作为管袋的基础加固。
此外，场地建设还需考虑后期机械、设备及人员交通的需要，在适当的位置考虑施工便道。
3.4土工管袋的展开
展开土工管袋之前，先将管袋放至指定位置，然后在人工或小型机械协助下依次展开。第一次土工管袋的充填很重要，可用绳将载重物与土工管袋两侧的固定处连接并在其两侧堆叠沙袋来避免充填过程中的摆动问题。
3.5泥浆管路安装
由于疏浚船自备的泥浆泵与扬程很难将排泥口与管袋的充填口直接连接，因此需设置若干个分支充填口，充填口之间应有一定的间距。为了控制底泥充入的流量和体积，需在充填口设置阀门。分支口的管材宜采用高强度、高耐压的橡胶软管，连接内管宜采用硬管，并以卡箍的方式连接。管路安装时，应考虑让药剂在充填之前充分混合，提高脱水效果，其设计安装特意考虑了回路系统，以适当延长药剂混合时间。
3.6加药系统设备安装
脱水助剂加药系统根据底泥处理工程量及工期综合考虑，本工法共设置2套工作系统，主要由Geotube STK蜂窝立体透水结构土工容器（纳泥容积1 000 m3/条）、溶药罐（5 m3＋5 m3）、偏心电机搅拌系统2套（定制）、干粉振动给料系统2套（定制）、螺杆输送泵2台等组成（3）。
3.7底泥造浆施工
为保证泥浆脱水的效果及出水水质，泥浆相对密度及流量需与药剂工作系统效率相匹配，在工程实施后，应进行设备调试，以磨合各个环节。本工法因底泥疏浚采取反铲挖泥船，船舶运输的工艺，因此底泥造浆需从泥驳船吹运至堆场。底泥造浆采取水力冲挖的方式，过程中根据实际情况，需调节泥浆浓度，以达到最佳试验效果
3.8泥浆充填
泥浆开始充填后，为防止管袋胀破，需在施工现场密切观察管袋容积变化，一般土工管袋极限充填高度为2.5 m，根据泵送工作效率，一次充填时间约需2 h，此时应进行管路切换，待管袋脱水完成后再继续施工。一个容量1000 m3的土工管袋充填周期约为5 d。若要进行土工管袋的堆放，必须在第1层土工管袋完全固化后才能进行第2层管袋的铺设与充填。第1层土工管袋相邻位置的凹槽可选择相似骨料进行填平处理，以保证第2层土工管袋充填的稳定性。
3.9尾水处理
土工管袋出水的效果可通过改变药剂的添加量来实现，也可通过管袋自身来调节效果，如采取多次涂刷管袋、适当敲打、适当荷载预压等多种方式来提高脱水效果。因出水较多，应及时通过水泵排出集水沟的尾水，提高脱水效率。经过数次充填及脱水，当土工管袋内泥浆容量达到设计管袋容量后，即完成充填工作，后续其自然脱水直至固化完成，约3周时间即可降低至含水率40%以下。
4.工程实施实例
4.1淤泥减量及尾水处理效果
本工程于2009年9月22日在外沙湖正式开工，2010年3月底完成全部水下疏浚工作，共投入 480条土工管袋，6 月底污染底泥处置已基本已完工。水下环保疏浚出的近 40万m3淤泥，疏浚上岸后含水量达 90%以上，呈泥浆状，土工管袋脱水固化法装袋 60 天后淤泥含水量仅为 46.9%，相比水下淤泥体积减量 30%。处理后的尾水清澈透明，悬浮物指标 SS 小于 20mg/l，达到国家污水综合排放水一级标准，其他检测指标显示余水水质好于原湖水，土工管袋沥水见图 5。尾水与原水相比，水总磷含量下降的幅度最大，下降了 67~79%，总氮含量下降了 17~32%，表明土工管袋脱水工艺有脱磷除氮的作用，尾水水质明显好于原湖水。
4.2淤泥固化土质量
在工程实施过程中，对土工管袋固化后的淤泥取样 5 组进行检测。检测报告显示：(1)淤泥固化土镉含量达到《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中三级标准，主要适用于林地用土，土壤质量基本对植物和环境不造成危害和污染；(2)铜、铅、铬、锌含量达到一级标准，主要适用于国家规定的自然保护区、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保护区的用土，土壤质量基本保持自然背景水平。经土工管袋固化后的淤泥土全部就近用于沙湖公园建设的绿化用土，大幅降低运输、占地费用。
4.3湖泊原水改善效果
湖泊水体一旦受污染后，水质改善是一项长期的系统工程，需要采用多项综合措施来逐步修复水体，才能逐步提高水质类别。外沙湖污染底泥疏浚后，2010 年 7 月对该湖水质进行了检测，可以看出外沙湖污染底泥疏浚后，水质尽管仍为劣Ⅴ类，但是污染程度得到有效的减轻，综合污染指数由 4.1 降低到 0.8，综合营养指数由 73.2 降低到 61.7，营养状态由重度富营养化减轻到中度富营养化，表明外沙湖污染底泥疏浚与处置工程是成功的，为下一步对外沙湖水体进行生态修复创造了条件。
5.结语
综上所述，本工艺具有节约劳动力、全过程封闭、环境友好、自动化程度高等优点，今后将更多地应用到流、湖泊疏浚底泥的脱水处理中。该工艺受到了业主单位、设计单位的一致好评，不但提高了本企业的施工技术水平，节约了大量的人力、机械投入，降低了施工成本，也为我公司在社会上树立了良好的形象。随着工程施工的不断优化，土工管袋技术将在河道疏浚底泥治理领域产生更大的环境、社会和经济效益。
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