許多城市內(nèi)流速緩慢的河流和靜止湖泊會隨著時間推移在水體底部形成淤泥層，產(chǎn)生黑臭和藍藻等問題。這些淤泥的形成一方面是來自水體本身的有機顆粒物質(zhì)，例如水生植物和魚類排泄物質(zhì)，但更多是來自以下外源物質(zhì)：
1、各種工業(yè)廢水和市政污水流入
2、在降雨時，雨污混合污水攜帶糞漿物質(zhì)進入水體
3、此外，一些垃圾物質(zhì)例如岸邊樹葉、餐廚垃圾或動物糞便等進入河流，并沉積在河底。
這些沉積有機物質(zhì)會導致生物厭氧發(fā)酵，并使得水體變得渾濁和發(fā)臭。城市河流愈小，則淤泥層累積增加的速度也相應變快。這個現(xiàn)象導致好氧分解只是在污泥表面進行。在污泥內(nèi)部則主要呈現(xiàn)厭氧狀態(tài), 在缺氧情況下，有機物分解過程十分緩慢。此時會產(chǎn)生以下兩種不愿看到的現(xiàn)象：首先污泥厚度不斷增加，水體內(nèi)的濁度逐漸變深變黑。同時在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生沼氣，而這對水生生物是有毒的。
正是出于這一原因，必須對城市內(nèi)的河道湖泊進行定期清淤工作。此時，經(jīng)常采用的實用方法是通過機械方法進行清淤。一般傳統(tǒng)方法是抽干河流，采用挖土機進行轉(zhuǎn)運。但在采用這種機械方法清淤時，雖然水體質(zhì)量可以立即得到改善，但往往會對周圍環(huán)境造成污染，湖泊周圍的生態(tài)環(huán)境和平衡受到持續(xù)性破壞。其后果往往是藻類暴發(fā)，魚類死亡。如果采用柔和方法進行清淤，例如采用遙控吸泥船進行生態(tài)清淤，則可以衛(wèi)生安全方式將河底有機淤泥抽吸排出并按當?shù)胤梢?guī)定進行相應后處置。
1、生態(tài)清淤的工作原理
生態(tài)清淤是指在無需抽干河流情況下，以遙控方式將污泥柔和地抽吸至岸上指定地點，整個清淤過程快速、徹底、衛(wèi)生、干凈。通過柔和的抽吸清理方式，底部淤泥不會產(chǎn)生湍流，因此不會污染河流水體。
在德國HERBST UMWELTTECHNIK公司、Vebro公司、Berky公司、 Klaar公司和KLAWA公司等，已經(jīng)分別研制生產(chǎn)出各種形式的生態(tài)清淤設備。其中應用最為廣泛的是德國KLAWA公司的生態(tài)清淤設備。該吸泥裝置在標準配置情況下(60 m3/h, 抽吸深度3.5m)運輸參數(shù)如下：
重量：2600kg
裝置尺寸：長 ×寬×高 = 6020mm × 2415mm × 2168mm
連接功率：16 kW, 32A。
當然也可以根據(jù)項目要求，快速為用戶進行以下裝備配置：
1、抽吸深度分別可達3.5m、 5.5m和7m
2、泵送管道按模塊方式組裝，泵送距離最遠可達300m
3、水泵抽吸處理能力分別可達60、 90和120m3/h
因為外形尺寸很小，底泥抽吸裝置可以十分容易地運輸至各種應用場所。通過采用合適的吊裝工具，可將此設備從運輸卡車上吊起，并放入到被清理的水體之內(nèi)。
浮舟配置4個螺旋槳推進器，可通過遙控器在河內(nèi)靈活前進后退和拐彎，開在很難靠近的地點進行淤泥抽吸工作。吸泥裝置在河面液位以上的最大高度大約是1.5m(穿橋高度)，即使在橋梁很多的城市內(nèi)河中，也能夠自由穿行進行清淤工作。
在標準配置情況下，抽吸深度為 3.5m，可對河底多年沉積固化的礦化污泥進行疏松和運輸處理。通過一臺水泵和一套抗壓軟管系統(tǒng)，可將污泥/水混合物送往岸上用戶指定地點，進行后續(xù)相應的處理和處置。這些運輸軟管是按模塊方式組合而成，可以配置相應的浮球，最長距離可達300m。因此用戶可以根據(jù)現(xiàn)場情況，自行設置泵送軟管的距離。同時這些軟管也是作為向浮舟上驅(qū)動部件供電的電纜載體。
吸泥裝置在正常運轉(zhuǎn)時，一般用在靜止河面。如果用于流動河體，則流速不能超過 0.2m/s。要求河流液位是在0.8~3.5m范圍之內(nèi)(最低水深液位是0.8m)。
此套裝置的主要工作特點：
1、清淤裝置的總重量<3噸，運輸時不需要特種運輸車輛
2、帶水作業(yè)，清淤時不需要抽干河體，清淤快速徹底
3、操作簡單，干凈衛(wèi)生
4、裝置為全不銹鋼結(jié)構(gòu)，堅固扎實，使用壽命長
5、工作時不會攪亂底部淤泥，造成水體污染或臭氣擴散
整套吸泥裝置可在岸邊遙控操作，只需一個人工對以下設備功能進行控制：
1、各種移動方向的驅(qū)動部件
2、運輸泵的開/關控制
3、清理耙的升/降控制
4、運輸螺桿的開/關控制
5、平衡浮桶的操作
此外，淤泥抽吸裝置還可以配置照明燈光，進行晚上作業(yè)。
整個過程是沿河底進行柔和抽吸和生態(tài)清淤，不會損壞自然的河床基地。通過液壓調(diào)控裝置，可以精確控制距離河床底部的抽吸高度。
通過聲納測試系統(tǒng)，可以實時顯示河床底部基本地形和淤泥層厚度，并通過一臺平板電腦可在岸邊或辦公室監(jiān)視整個清淤過程。
2、河底淤泥層的測量
在進行生態(tài)清淤之前，必須進行測試調(diào)查淤泥層厚度，統(tǒng)計吸泥工程量。此時可以采用聲納測試儀測試確定河底的基本地形。通過GPS技術(shù)將測試點傳送至用戶指定的終端接收設備(例如手機或平板電腦)。在聲納測試時，同時按兩種不同的頻率進行, 一方面可將所謂固定的污泥層測出，另一方面可以將自然河底測出。通過這一方式，可以計算測出不同斷面的沉積污泥厚度。
這些數(shù)據(jù)被傳遞至岸上的一臺 PC、手機、平板電腦中。通過數(shù)值顯示，操作人員可以立即知道吸泥機所處位置的瞬時河底基本情況。吸泥機另外還配置一個 GPS系統(tǒng), 從而具有電子導航功能。
這些被測試的區(qū)域可以數(shù)值形式分成小塊面積。因為可以精確計算吸泥機所在地的污泥厚度，可在吸泥之后就要求的吸泥厚度和實際消除厚度之間進行比較。每天多次對污泥固含量和含砂量進行多次測試確定并記錄存檔。
在生態(tài)清淤之后，建議再次進行一次聲納測試，這樣可以了解清淤前后的整體情況。最后圖表也作為下次清淤工作提供參考文件。
3、生態(tài)清淤的整體處理方案
一般來說，在生態(tài)清淤之前，必須進行一些前期準備工作。除了生態(tài)清淤之外，還必須對抽吸取出的黑漿淤泥進行處理處置。根據(jù)污泥性質(zhì)和污泥污染程度的不同，所采用的后處理設備及其工藝也各不相同。常用的河底淤泥處理處置工藝可分成以下8個步驟：
Step 1：修剪水生植物和岸邊植被
在選擇各種生態(tài)清淤過程中，保護動植物生態(tài)環(huán)境，為兩棲動物和魚類提供良好生活環(huán)境是一個十分重要的評估條件。根據(jù)現(xiàn)場情況，可以事先進行以下工作：對岸邊灌木和大樹進行修剪;從河面上切割取出水生植物，例如蘆葦、水花生等。
Step 2：河道預清理(分離取出粗大故障物質(zhì))
抽吸水泵的最大球狀顆粒穿流尺寸是Ø 40mm。為了防止堵塞，必須事先對沉積淤泥中的粗大故障物質(zhì)進行清理。此時可以在底泥抽吸裝置上安裝采用各種類型的格柵設備，對河道清理預處理，將各種故障物質(zhì)(塑料袋、麻袋、可樂瓶、玻璃瓶、金屬木塊等)分離取出。安裝過濾格柵的吸泥機械人首先沿著河底對淤泥進行篩分過濾，將上述故障物質(zhì)分離取出。在此過程中，可對長期沉積的泥沙進行松化處理。
在進行預清理工作的同時，可以采用聲納測試系統(tǒng)，對河底淤泥深度和河底基本地形進行探測，并制作3D圖紙。在了解了淤泥層厚度的基礎之上，可以計算清淤工程用量。
圖4 安裝在清淤裝置上的格柵過濾部件
Step 3：清理取出河底淤泥
在將所有故障物質(zhì)分離取出之后，就可以進行生態(tài)清淤工作。具體操作過程如下：將一臺耐磨損吸泥水泵安裝在由全不銹鋼材料制成的浮舟之上。通過一個液壓升降設備，可將吸泥清理耙精確下沉至所需要的深度。浮舟和吸泥清理耙不會直接接觸池底，損壞底部自然形成的河床基地。
升降裝置內(nèi)配置一個雙頭螺桿，可在收集運輸淤泥的同時，對河底淤泥進行濃縮處理，在提高污泥固含量的同時進行抽吸處理。整個清淤過程是沿著河底進行柔和抽吸，不會產(chǎn)生湍流造成水體污染和河面臭氣擴散。
傳統(tǒng)的清淤方式十分復雜，除了抽干河流之外，還需要很多人工才可以將淤泥運送至岸上。與此相反，采用此機械人清淤不僅快速經(jīng)濟，最重要的是這種清淤方式最為安全可靠和衛(wèi)生干凈。在通常情況下，整個清淤過程只需一個人工。
Step 4：對水/污泥混合物進行篩分過濾處理
采用星盤篩(孔徑 8mm)對水/污泥混合物進行篩分處理。此篩分裝置安裝在沉淀集裝箱之上，篩下物流被收集在沉淀集裝箱之內(nèi)，均化之后泵送污泥中間儲存池內(nèi); 篩上物質(zhì)通過滑槽進入垃圾集裝箱內(nèi)。
Step 5：對水/污泥混合物進行機械性脫水處理
通過一套帶式污泥脫水機可對水/污泥混合物進行脫水處理。在對這些沉積污泥進行脫水過程中，因為此污泥脫水系統(tǒng)是開敞式脫水系統(tǒng)，在有故障情況下可以立即中斷，排除故障之后重新啟動運轉(zhuǎn)。根據(jù)目視情況，可以隨時調(diào)整脫水污泥的處理能力和脫水質(zhì)量。整套設備結(jié)構(gòu)緊湊，噪聲很低。因為河底淤泥中無機含量很高，一般在脫水處理之后，污泥固含量約為40%DS。因為脫水污泥固含量很高，一般可以堆放，十分容易運輸和后續(xù)進行污泥處置。沉淀污泥和脫水污泥之后的濃縮比例額大約是在2.3。
根據(jù)用戶要求，也可采用螺壓脫水裝置系統(tǒng)或其他污泥脫水系統(tǒng)。
Step 6：對脫水后沉積淤泥的處置
脫水后的沉積淤泥必須根據(jù)化學分析確定是否含有有毒物質(zhì)和重金屬物質(zhì)。就整個聯(lián)邦德國的法律而言，目前對河底清淤污泥還沒有出臺統(tǒng)一的處置規(guī)范(替代建筑材料規(guī)范還在編寫過程中)。各個州對各種處置途徑的前提要求是不一樣的，必須根據(jù)當?shù)卣囊?guī)定來確定合適的處置途徑。處置途徑很多，例如土地利用、填埋、堆肥至熱處置等各種形式。如果河底淤泥內(nèi)不含有毒物質(zhì)，有時甚至允許農(nóng)用，填埋砂石坑或者用于建造高速公路兩旁的防噪聲墻。
Step 7：柵渣/粗大故障物質(zhì)的處置
對過濾產(chǎn)生柵渣物質(zhì)進行處置相對比較簡單。這些物質(zhì)主要是由樹葉和樹枝組成，約占比例95%。這些物質(zhì)可作為堆肥材料而被回收利用。
圖7 由星盤篩過濾產(chǎn)生的篩渣物質(zhì)可進行堆肥處理
對預處理時產(chǎn)生的粗大故障物質(zhì)一般采用手工進行簡單的初步撿楝篩分之后送往當?shù)氐睦幚碚?。也就說，這些垃圾被收集在集裝箱，然后運往擁有營業(yè)執(zhí)照的垃圾處置站。
Step 8：污水處理
對污泥脫水過程中產(chǎn)生的污水(有時被稱為過濾液)可送往移動型污水過濾集裝箱內(nèi)，當污水流量很大的情況下，則采用沙礫過濾器進行過濾處理。在這些移動型污水集裝箱內(nèi)安裝一塊過濾布，主要用于截留污泥顆粒物質(zhì)。
根據(jù)用戶要求，還可對這些污水進行曝氣處理和/或投加鐵鹽進行除磷。
處理之后的污水一般還需要化學檢測各種參數(shù)指標，然后根據(jù)當?shù)卣囊?guī)定，最后確定是否可以返回河流或送入附近下水道管網(wǎng)。
環(huán)境保護情況
所采用的多聚絮凝劑是由天然有機物質(zhì)制成，對生物種群沒有負面影響, 在很短時間內(nèi)就可被自然分解。所采用的產(chǎn)品都是在市政污水處理廠和自來水廠使用的設備。同時在液壓裝置內(nèi)采用可生物降解的機油。
因為采用生態(tài)清淤，是在河底抽吸淤泥，所以幾乎不產(chǎn)生臭味。
裝置工作時噪聲很低。柴油發(fā)電機是產(chǎn)生噪聲最大的設備，根據(jù)最新技術(shù)進行防聲隔離處理, 不會影響周圍居民生活居住。
這一柴油發(fā)電配置排氣顆粒過濾器裝置。
4、生態(tài)清淤工藝的優(yōu)點
與傳統(tǒng)的清淤/挖泥方法相比較，例如濕法挖泥、干式挖泥或“鏟拉”，生態(tài)清淤具有以下優(yōu)點：
1、帶水作業(yè)，無需排水就可以去除河底沉積物質(zhì)
2、不會影響河岸邊水生態(tài)環(huán)境和生物種群
3、通過水泵沿河底抽吸，不會產(chǎn)生渾濁液體，對河流水體和周圍環(huán)境不會產(chǎn)生負面影響
4、通過這一處理工藝，可在很難靠近的區(qū)域進行清淤。通過聲納測試，還可5、對有些區(qū)域按等級優(yōu)先進行清淤工作
6、不需要淤泥沉淀區(qū)域，不需要污泥中間儲存池，也不需要鋪設臨時卡車運輸通道
7、被處置污泥體積大幅下降，因此運輸費用和處置費用下降
8、脫水之后的沉積物質(zhì)可放置在開敞式集裝箱內(nèi)運輸，因此也不需要考慮特9、殊運輸問題 (特種車輛、馬路清洗、臭氣問題等)
10、明確分離和處理各種垃圾
11、脫水后的淤泥可通過各種途徑進行后處置
12、大幅降低淤泥體積，降低運輸費用和后處置費用
河道清淤是治理黑臭水體過程中最為重要的工程措施，同時也是最為主要的工作內(nèi)容。在實際操作過程中，河道清淤工作可以分成淤泥抽吸、淤泥岸邊處理和外運處置三個步驟。從目前在中國江蘇浙江等地的調(diào)查情況來看，許多黑臭河道內(nèi)除了沉積淤泥之外，還有衣服、建筑垃圾、塑料制品、動物尸體、樹葉樹枝等雜物。為了不影響后續(xù)淤泥抽吸工作過，必須事先對河道湖泊進行預過濾篩分處理，并將其中粗大故障物質(zhì)分離取出。
雖然河道淤泥的清理可采用各種設備和技術(shù)方式來實現(xiàn)，但從目前中國市場的調(diào)查情況來看，各地用戶基本都傾向于采用生態(tài)清淤方法。主要原因：河道黑臭現(xiàn)象主要產(chǎn)生在夏季時間。多數(shù)河流在夏季還承擔著抗洪防澇的功能，一般夏季根本不允許抽干河體進行清淤工作。
傳統(tǒng)的清淤方式十分復雜，除了抽干河流之外，還需要很多人工才可以將淤泥運送至岸上。與此相反，采用智能機械人清淤不僅快速經(jīng)濟，最重要的是安全可靠和衛(wèi)生干凈。
在歐洲已經(jīng)實施的眾多工程應用實踐已經(jīng)證明，生態(tài)清淤是治理黑臭水體最為經(jīng)濟有效的技術(shù)措施。這一技術(shù)目前已經(jīng)引入中國，分別在天津和江蘇昆山投入使用之后獲得用戶好評。
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