第13卷01期2015年2月
南水北调与水利科技
South-to-North Water Transfers and Water Science&Technology
Vol13No01
Feb2015金属表面涂料
张立明S沈昆根2，王勇1
(1.江苏省水利机械制造有限公司，江苏扬州225003；.上海宏成实业发展有限公司，上海200000)
摘要：从生态(环保)清淤的理念及特点岀发，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；并提岀了今后的发展方向。
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16721683(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 Manufaciuring Co.,Ld.-Yangzhou225003,Ch i na；
2.Shanghai Hongcheng IndusLrial Developmeni Co.-Ltd.,Shanghai200000,Ch i na)
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 r equipment suitable for cleaning up；sediment of garbage sorting,homogeneous,dosing,filter, ecological dehydration treatment.R&D dredging,dehydration"water-based on e stop"riverbed sludge cleaning equipment.Compared with the conventional r has great advantages in technology,the economy；and the development direction in the future.
Keywords ecologicaldredging；ecologicaldehydration；water-based；one-stop；completesetsofequipment
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）声波驱散器
环保绞吸式挖泥船、
生态清淤吸头、多功
能清淤机等培养基的制备
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
收稿日期：201409-25修回日期：20150115
作者简介：张立明（1967-），男，江苏扬州人，高级工程师，硕士，主要从事水利机械产品的研发,E-mail：yzzhangliming©sina •258•探讨与交流
张立明等•河湖生态清淤脱水水基成套装备的研发
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5m1。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，机具扫岀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0.2m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。
清理河道淤泥设备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，改善泥泵汽蚀性能冈，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，可采用拋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。无尘布激光切割机
(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2m 以上，工作时向前平行推进，采挖后的切削面相当平整，但岀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，岀泥含水率低，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
养生杯(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)—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100m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50〜100m3/h，均质船50m3/h，脱水船50m3/h。
(3)工艺流程。清淤船(完成)一底泥收集一泵吸一输送f均质船(完成)f垃圾分拣f均质f泵送f脱水船(完成)f 加药一混合一粗滤一压滤一泥饼(尾水)一输送(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。
(下转第262页)
探讨与交流•259
•
第13卷01期•南水北调与水利科技・2015年2月
三维、大尺寸结构，运行条件恶劣，需要的测量点多，运行时测量人员又很难到达闸门附近，因此常规的检测方法既费时间和资源又危险。这种效率低的常规检测方式，往往会被水利工程管理方所诟病。
水利部安全监督司、建设与管理司、建安中心及水利部产品质量监督总站为了完成水利工程安全稽查及质量监督检查工作，也要求相关部门对水工金属结构进行安全检测；在水利工程运行中，经常发生一些突发事件，如洪水、地震等自然灾害以及水工金属结构本身突然岀现的安全事故(如设备运行事故、漂浮物或动冰撞击)等，这些事件可能会对水工金属结构带来损害和变形，此时水工金属结构是否还能继续安全运行，就需要对损害情况，为防洪决策指挥提供安全可靠的评估数据，并对其进行实时监测，防止因水工金属结构失效造成更大的安全事故。激光雷达测量技术能准确、快速、全面、安全的为水工结构各部门提供测量数据。
(4)水工金属结构设计。
在水工金属机构设计中，闸门和启闭机结构计算一般按容许应力方法进行；也可以用有限元方法对其做理论上的结构应力分布分析，用有限元还可以模拟温度，震动等对设备的影响；但其受力模型及计算结果还缺乏实际数据的直接支持。用激光雷达测试技术，可以对设备加载前后的变形尺寸进行甚至变形速度进行测量，生成的三维数模可以与理论计算结果或有限元分析软件得到的结果进行对比。由于激光雷达技术的测量精度特别高，设备变形量可以由实际测量数据对比得出，由对比结果来验证各种计算模型结果的合理性和正确性，有利于完善设计计算模型及参数选择的合理性、正确性和全面性，为总结、修正、完善设计规范、手册等，提供实际数据支持。另外，通过反馈的数据对新技术、新材料、新结构、新工艺的应用和推广也能起到核定的作用。
5结语
激光雷达技术是新兴的一种高端技术，现在已经逐渐应用于军事、航空航天、水利工程、机械工程等各领域，激光雷达测量设备以其自动无目标检测、非接触式测量、高精度、高速度、测量范围广、需要人员少、人员操作安全、三维分析处理结果准确可靠等优点，在今后水工金属结构的制造、安装、监测、检测、设计等方面，有其广阔的应用前景，和现实及长远意义。
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(上接第259页)
(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。
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