环保疏浚发展进展.doc

疏浚技术课程设计 疏浚技术课程设计题目：环保疏浚发展进展学院：机电工程学院 专业：机械工程及自动化设计成员： 何江权（20070140）李 刚（20070115 ）分工：共同分工，查阅资料，再一起综合借鉴资料完成作品摘要人类活动的增加和工业化程度的提高，使许多与人类生存息息相关的江河湖库受到严重污染。如何清除污染底泥，给社会发展创造清洁健康的环境越来越受到人们的重视。环保疏浚是近30年来发展起来的新兴产业，它作为疏浚行业的一个特殊分支，在污染水系的清淤治理中发挥着越来越重要的作用。Human activities increasing and industrialization degree rise, make many human existence is closely linked with rivers of lake library severely contaminated. How to remove sediment pollution to the social development, create clean and healthy environment more and more attention to people. Environmental-protection dredging is nearly 30 years emerging industry developed, it works as a branch of dredging industry in water pollution, the bait-casting governance plays more and more important role. 一、环保疏浚的概念及技术要求。环保疏浚是近30年来发展起来的新兴产业，是水利工程、环境工程和疏浚工程交叉的边缘工程技术。它利用机械疏浚方法清除江河湖库污染底泥，在挖泥、输送过程中和疏浚工程完成后对环境及周围水体的影响都较小。环保疏浚越来越受到业内人士的重视，围绕泥沙搅动、扩散和二次污染、精确疏浚及疏浚土处理等主要环节的研究成果不断涌现。北美、欧洲及我国的香港地区对这项技术的研究起步较早，掌握了比较先进的环保疏浚技术，并有许多成功的应用实例。环保疏浚作为疏浚行业的一个特殊分支，在污染水系的清淤治理中发挥着越来越重要的作用。环保疏浚主要围绕精确疏浚、泥沙扰动、泥沙扩散、二次污染以及疏浚土的处置等环节开展工作，是解决湖泊内源污染的重要途径，旨在清除湖泊水体中的污染底泥，并为水生生态系统的恢复创造条件。实施环保疏浚同常规疏浚相比，需要考虑的要素更多，技术要求更为复杂。成功的环保疏浚工程应该达到以下4个效果： 使悬浮状态的污染物最少。有很大一部分重金属及有机污染物依附在悬浮颗粒上，因此，悬浮颗粒的数量是衡量环保疏浚工程效果的一项重要指标。 彻底清除污染物。 使抽走的水量最小，即疏挖的污染底泥要有较高的浓度。 过挖量最小，以免伤及原生土。 为了达到以上效果，必须把握好环保疏浚工程的几个关键技术环节 尽量减少泥沙搅动，并采取防扩散和泄漏措施，保证高浓度吸人，以避免处于悬浮状态的污染物对周围水体造成污染。 高定位精度和高开挖精度，彻底清除污染物，并尽量减少超挖量，即在保证环保疏浚效果的前提下降低工程成本。 避免输送过程中的泄漏对水体造成二次污染。 对疏浚的污染底泥进行安全处理，避免污染物对其他水系及环境的再污染。二、我国环保疏浚工程的现状。多年来，由于人们的环保意识不强，工业垃圾和生活污水以及农业生产中化肥农药的残留物的排入，以及水生生物的死亡残骸，加上植物枯叶、降尘、垃圾等，致使水体污染严重。沉积在湖底的污染底泥，不断地向水体释放营养物质和污染成分，仍可以使水体发生富营养化。因此，水环境改善在控制外在污染的同时，也需要及时对湖泊污染底泥实施环保疏浚。我国湖泊底泥疏浚早在20世纪50年代已经开始。1953-1958年杭州西湖利用两艘链斗船配泥驳进行了第一次疏浚，挖出的泥就近堆放后进行二次搬运。1997-1998年南京玄武湖使用泥浆泵进行污染底泥疏浚治理，将污染底泥吹填造地。1998-1999年滇池草海采用绞吸挖泥船进行污染底泥疏浚，将其吹填至湖边堆场，封闭堆存。广西南宁于2000年对南湖实施了底泥疏浚工程，并对污染底泥采用了分散堆存封闭的处置方法。目前，环保疏浚技术已经在我国得到应用，并取得了一些成果。近年来我国以控制改善湖泊水环境与控制富营养化为目的，先后在昆明滇池、安徽巢湖、无锡五里湖、大理洱海、北京颐和园昆明湖等湖泊进行了污染底泥的疏浚。2003年2月18日，我国启动了天津海河河道综合开发河道清淤工程，还有一些环保疏浚试验项目正在实施。随着这些污染底泥疏挖及处置项目实施，我国环保疏浚设备的引进与开发工作得以开展。天津航道勘察设计研究院研制开发了“绞吸挖泥船环保绞刀”和“绞吸挖泥船绞刀深度指示系统”，获得了省部级成果，并应用到滇池草海污染底泥继续疏浚工程中，其中“绞吸挖泥船环保绞刀”还获得了国家专利。上海708所研制设计出了小型螺旋绞刀式挖泥船，天津航道局引进了国内第一艘环保型绞吸挖泥船。在自动控制方面，1999年中港集团和天津、上海、广州航道局共同立项的“计算机辅助疏浚系统的开发、集成及应用”是应用现代化的电子技术设备和美国COASTAL公司开发的HYPACKMAX软件，该系统与绞刀深度数据联网，使挖泥船的三维精度得到有效提高，从而控制挖泥超宽、超深，减少挖泥废方，提高了经济效益。1999年上海航道局组织开发了绞吸挖泥船剖面显示系统，从而迈出了国内自主开发挖泥船自动监控系统的第一步。在实际工程应用取得良好效果的基础上，2001年，上海航道局组织开发成功了绞吸挖泥船工况监测系统，具备了挖泥船精确定位及挖深的自动监控，通过自动控制，很大程度地降低了人的主观误差，提高了精度，定位精度可达到10cm以内。由于是国内自主开发，为二次开发创造了条件。但总的来说，目前国内在环保挖泥设备研制方面相对国外尚有较大差距。图1：我国某些城镇河道污染严重 图2：某环保疏浚工程实地施工三、环保疏浚技术与主要设备环保疏浚技术是个复杂的系统工程，对一项具体的环保疏浚工程，应综合考虑工程的地理环境、水体特征、污染物的种类、含量等工程特性并有针对性地进行设计，工程特性不同，所采用的环保疏浚技术、设备及方法也不同。自20世纪70年代以来，美国、日本及欧洲的一些发达国家就开始投入大量人力、物力致力于环保疏浚技术的研究，并取得了一定成果。尽管各国常用的疏浚技术与设备各有特点，但大体上可分为两大类。 1利用传统的疏浚设备进行改造 在传统挖泥船的基础上进行改造是目前环保疏浚业普遍采用的措施。荷兰IHC研制了长锥形罩壳式环保绞刀头，刀头四周设有12个纵向刀片，保护罩壳内壁设有若干固定刀片，绞刀头刀片转动时与之相切，外罩底边始终和泥面贴合，防止了因绞刀扰动使底泥颗粒向罩外水体扩散。该绞刀头已安装在海狸600型和海狸1600型上进行应用；荷兰DAMEN公司研制的环保绞刀头为螺旋切割型，并带防护罩，螺旋刀头始终与河道保持水平，不会产生漏挖，对水体的扰动小；我国中港集团自行研制丁环保型绞刀头和防扩散挡污屏，改善了耙吸式挖泥船的溢流方式，安装了抛泥自动记录仪，成功完成了云南省滇池污染底泥环保疏浚工程等多个环保疏浚项目的设计和施工；由中国水利投资公司和重工集团武昌造船厂共同研制的环保疏浚绞刀头，已进入验收阶段。 这类设备一般是对普通挖泥船在三方面进行改造，以适应其环保特性，减少疏浚土及残留物对环境的影响 改造挖泥机具，以减少搅动，增加疏浚底泥的浓度，防止污染底泥在水体扩散。 加装GPS系统、视频及超声波系统，以便对开挖过程进行监控，提高疏挖精度，减少漏挖及超挖。 对输排系统进行改造，减少输排过程中的泄漏，并要设计好与污染底泥处理设备或工程的衔接，避免疏挖出的污染底泥对环境二次污染。 (1)绞吸式挖泥船主要是把常规绞刀头改造成环保绞刀头，目前主要有4种：带罩式环保绞刀; 立式圆盘环保绞刀，螺旋环保绞刀，刮扫吸头。图3：绞吸式环保疏浚船(2) 链斗挖泥船主要对链斗架进行改造，如斗架上部为封闭式，泥斗上装设排气阀。(3) 抓斗挖泥船主要是把抓斗改为封闭抓斗，使疏挖时不泄漏污泥。(4) 铲斗挖泥船在普通铲斗上增加一活动罩，使污泥封闭在铲斗内，在提升铲斗时污泥不流出。图4：抓斗式可自行环保疏浚船另外，为了适应环保特性，提高疏浚精度，减少疏浚土及残留物对环境的影响，对普通挖泥船加装定位桩台车系统、全球定位系统GPS系统、视频及超声波系统，建立高精度水位遥报、深度指示器系统以及船尾监测控制系统，以便对开挖过程进行监控，提高疏挖精度，减少漏挖及超挖。对输排系统进行改造，装设污染监测系统（PMS），减少输排过程中的泄漏，设计好与污染底泥处理设备或工程的衔接，避免疏挖出的污染底泥对环境二次污染。2专用环保疏浚设备近20年来各国开始设计适用于环保疏浚的专用设备。日本研制了专用的疏挖设备，如螺旋式挖泥装置和密闭旋转斗轮挖泥设备。二者可高浓度挖泥并且发生污浊扩散极少，几乎不污染周围水域。另外，意大利首先研制出了气动泵挖泥船用于疏浚水下污染底泥，此装置疏浚浓度高，可达到60%70%，对湖底无扰动，因此不污染周围水域。上述专业系统容易受到疏浚区内垃圾的影响，而且与其他系统相比，其自动操纵与控制系统远没有得到开发，因此不适合疏浚大量或大面积的污染底泥。湖泊底泥环保疏浚是消除内源性污染最快捷、最有效的方法，并为生态恢复创造条件，而环保绞刀是湖泊底泥环保疏浚的必要条件。在绞刀上设置防护罩，防止绞刀头腔内旋转的水流由于离心力的作用向罩外水体扩散造成二次污染。荷兰IHC研制了长锥形罩壳式环保绞刀头，刀头四周设有12个纵向刀片，保护罩壳内壁设有若干固定刀片，绞刀头刀片转动时与之相切，外罩底边始终和泥面贴合，防止了因绞刀扰动使底泥颗粒向罩外水体扩散。荷兰DAMEN公司研制的环保绞刀头为螺旋切割型，并带防护罩，螺旋刀头始终与河道保持水平，不会产生漏挖，对水体的扰动小。我国中港集团自行研制丁环保型绞刀头和防扩散挡污屏，改善了耙吸式挖泥船的溢流方式，安装了抛泥自动记录仪，成功完成了云南省滇池污染底泥环保疏浚工程等多个环保疏浚项目的设计和施工；由中国水利投资公司和重工集团武昌造船厂共同研制的环保疏浚绞刀头，已进入验收阶段。四、疏浚土处理和利用随着我国沿海经济的发展和进出口需求的增长，对沿海高等级港口航道和地理位置优越的土地资源的需求越来越旺盛，大规模的港口和航道建设，必然有数量巨大的疏浚土需要处理。长期以来，疏浚土一直被视为废弃物，大部分的疏浚土都采用了传统的开放水域处置的办法（如抛置在近海）。这种方式主要存在几个问题，一是对抛置区域水体环境的破坏，使水体浊度增加，覆盖了原有底床，严重影响原水域浮游生物及底栖生物的生存；二是受到水深、环保等限制，抛置区往往离疏浚区较远，从而导致了疏浚费用的增加；三是抛置区大量泥沙的输入，不仅会影响当地地貌的冲蚀演变过程，同时在潮汐河口等地存在增加泥沙回淤的风险。由于环境保护对疏浚土传统处理方法的限制日益严格，国内外对环保疏浚技术进行了系统研究，并对疏浚土的综合利用十分重视。我国利用疏浚土吹填造陆问题在上海黄浦江六十年代已经开始。开始是采用吹泥船在黄浦江两岸1.5km范围内的低洼地进行吹填。1965年及1972年又先后建成两条吹距分别为4km和18km的排泥系统，将泥土吹填到长江边滩造地。我国其它地方如天津新港的港区陆域绝大部分是利用疏浚土吹填而成。安徽、湖南、广东、黑龙江等省利用疏浚土或吹填造陆，或和航道整治相结合填筑整治建筑物或作为建筑材料用。国内外对疏浚土的综合利用也开展了很多研究。除吹填造陆、弃土和航道整治相结合外，还研究作为修筑各种堤坝、建筑堤土材料及制砖用，粘土和砾石混合为新型的抗冲护底材料用。目前对清除后的污染底泥的处理技术主要有污染底泥覆盖技术、污染底泥固化技术、堆存封闭法、污染泥集装化、生物修复和资源化等，也有学者开展在疏浚现场或在其附近设置防淤帘来防止悬浮疏浚土扩散的研究。另外，国外在疏浚土利用技术方面也进行了深入的研究。如日本东亚公司曾成功地研制了疏浚泥沙再循环土壤分离器，该装置对粒径为0.075mm泥沙的分离率可达到90%。日本还曾开发出使用疏浚土作为人工地基材料的技术，该技术通过使用固化剂和轻质材料（气泡，膨胀水珠等）处理疏浚材料，加工过程中可控制轻质混合物的密度和强度，处理后得到的轻质混合物可被加工为人工地基材料。为解决易北河中污染疏浚土的处理问题，德国汉堡港成功地研制了对疏浚土进行工厂化处理的设备与技术。其中包括对疏浚泥沙进行分选的水力旋流器、向上流动式分选器和振动筛；以及对细颗粒泥沙进行脱水的装置，如不同形式的过滤压榨式脱水装置。对含有毒物质的疏浚土，国内外普遍采用挖坑深埋的方法，四周及底部用粘土或混凝土做成完整的隔离层，防止有毒水渗出。欧、美等发达国家要求在疏浚前对污染底泥进行生态风险评价，根据污染底泥的毒性和危害采取相应的处置措施以避免对环境造成二次污染。在采用水中抛泥方法时，国外正广泛应用放射性示踪沙来研究疏浚弃土的扩散情况，再据之选用经济效益最好的抛泥区或选择吹泥上岸的办法。但放射性示踪沙对水生物和人体有一定影响，有些地区被禁止使用，另外一些放射性示踪现场试验只代表特定时间的情况。在河口地区疏浚土去向是随时间变化的，故研究疏浚土扩散的主要方法是现场测验提供边界条件，建立泥沙数学模型进行预报，对装舱抛泥（间歇性倒土）、旁通绞吸式排泥管排放