走近大國重器 | 清淤利器
探訪世界首創(chuàng)生態(tài)清淤智能化一體平臺船“太湖之星”
來源 | 中央紀委國家監(jiān)委網(wǎng)站2024-04-22 07:00
中央紀委國家監(jiān)委網(wǎng)站 初英杰
生態(tài)清淤智能化一體平臺船“太湖之星”。
春日太湖，梅梁湖區(qū)碧波蕩漾，岸上繁花如云似霞。
“太湖美呀太湖美，美就美在太湖水。水上有白帆呀，水下有紅菱哪，水邊蘆葦青，水底魚蝦肥……”一曲《太湖美》，惹得游人醉。
曾暴發(fā)藍藻水華、水質(zhì)惡化的太湖，經(jīng)多年整治，如今重現(xiàn)碧波萬頃。去年，太湖水質(zhì)藻情達2007年以來最好水平，湖心區(qū)水質(zhì)首達Ⅲ類水標準。
底泥清淤是治理太湖的關鍵。今年3月，在太湖治理的“主戰(zhàn)場”江蘇無錫，隨著新一輪太湖生態(tài)清淤梅梁湖區(qū)工程開工，中交天津航道局有限公司（以下簡稱中交天航局）自主設計研發(fā)、我國擁有完全自主知識產(chǎn)權、世界首創(chuàng)的生態(tài)清淤智能化一體平臺船“太湖之星”投入使用。
專為太湖清淤量身定制的“太湖之星”，在設計、建造、裝配過程中，實現(xiàn)了哪些創(chuàng)新，攻克了哪些難題？記者日前采訪了有關專家和工程項目負責人。
更高效的“小型‘天鯤號’”
疏浚濃度是普通環(huán)保絞吸船3倍，日清淤量約兩個半國際標準泳池體積
太湖底泥以流泥和淤泥為主，淤積深度0.5米以上的底泥量超2.4億立方米。實驗室數(shù)據(jù)顯示，太湖淤泥含有大量磷、氮元素及有機質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，為藍藻增殖提供了豐富條件。而且，淤泥還會降低水深，減緩水體流速，削弱湖泊自凈能力……正因如此，推進太湖流域水環(huán)境綜合治理，重在清淤。
太湖北部的梅梁湖，是底泥蓄積量及污染物含量相對較高的區(qū)域。
“在太湖流域水環(huán)境綜合治理中，新一輪太湖生態(tài)清淤梅梁湖區(qū)工程是工程量最大的清淤工程，湖區(qū)清淤面積約28.9平方公里。”中交天航局新一輪太湖生態(tài)清淤梅梁湖區(qū)工程項目黨支部書記王冰介紹，工程將對梅梁湖中度及以上的污染底泥進行清淤和處置，在60個月的工期內(nèi)清淤約834.1萬立方米。
國際標準泳池要求長50米，寬至少21米，深1.8米以上。按照這一標準測算，這些淤泥能填滿4400多個國際標準游泳池。
“太湖之星”便是能高效推進如此巨大工程量的“科技治太”清淤利器。
從太湖北岸的碼頭乘船前行，煙波浩渺中，遠處正在作業(yè)的“太湖之星”越來越近，逐漸清晰。
“‘太湖之星’主要由新型智能環(huán)保清淤船‘太湖浚清1號’、除雜調(diào)絮船‘太湖之星1號’、脫水減容船‘太湖之星2號’三艘作業(yè)船組成。”中交天航局新一輪太湖生態(tài)清淤梅梁湖區(qū)工程項目總工程師房巖介紹。
20分鐘后，記者隨工作人員登上“太湖之星1號”。
“那就是‘太湖浚清1號’。”房巖指著不遠處的一艘作業(yè)船說，“它在水下的螺旋絞刀不停挖掘抽吸湖底的淤泥，通過一條長長的輸泥管道，把高濃度淤泥源源不斷地輸送到‘太湖之星1號’。”
受地形、水位等影響，太湖淤泥分布面積廣、泥層薄，這要求環(huán)保清淤船既要挖得快，還要移得快、定位準，能靈活作業(yè)；太湖是長三角的“母親湖”、重要的水源地，其清淤工程要求更低碳、更環(huán)保……這樣的工況條件、工程要求，難不倒“太湖浚清1號”。
“‘太湖浚清1號’是依托中交天航局自身技術儲備而設計的。它運用了國之重器‘天鯤號’的先進技術，裝配有變頻電機驅動泥泵、自動挖泥和遠程控制系統(tǒng)，可以說是一個小型的‘天鯤號’。針對太湖工況，它做了相應技術調(diào)整。”中交天航局裝備中心主任楊正軍介紹。
除雜調(diào)絮船“太湖之星1號”局部。 由中交天航局提供
“太湖浚清1號”采用的雙鋼樁臺車系統(tǒng)、新型環(huán)保絞刀及10千伏岸電接口，是國際首次應用于環(huán)保清淤船，能大幅提高挖掘寬度、行進速度，實現(xiàn)高濃度挖泥、高濃度輸送及綠色低碳作業(yè)。其中，新型環(huán)保絞刀的設計更適合挖掘淺層高濃度淤泥，而且對湖水的擾動很小。
總長56米，型寬7.9米，型深2米，吃水1.2米，最大挖深14米……“太湖浚清1號”體量不算大，作業(yè)效率卻極高：它的擺寬達60米，是普通環(huán)保絞吸船的2倍；疏浚濃度達50%以上，也就是說1立方米泥漿中含泥量一半以上，是普通環(huán)保絞吸船的3倍；每小時可清淤600立方米，日清淤量5000立方米，大約2.5個國際標準泳池體積。
更綠色的湖上“移動工廠”
世界首次在水上完成生態(tài)清淤、除雜調(diào)絮、脫水減容、無害化處理等全部流程
“太湖之星”由疏挖系統(tǒng)、除雜調(diào)絮系統(tǒng)及脫水減容系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。
如果說“太湖浚清1號”是清淤作業(yè)時的“先遣兵”，“太湖之星1號”便是清淤作業(yè)的“中轉站”。它的主要功能是篩除泥漿中的雜質(zhì)、投加環(huán)保絮凝劑對泥漿進行調(diào)絮、分離泥漿和水，之后將泥漿輸送到“太湖之星2號”。
“太湖之星1號”上有一個1000立方米的除雜池，配備有4臺振動篩。在雙層篩網(wǎng)作用下，從“太湖浚清1號”輸送來的淤泥被篩除貝殼、石塊等大顆粒雜質(zhì)，分離出細膩的泥漿。
房巖指著船體中部的4個池子說：“它們是調(diào)絮池，體積分別為250立方米，共1000立方米，恰好匹配除雜池的體積。旁邊是配料系統(tǒng)，這些高大的黃色罐體是集料罐，共有12個。罐中的環(huán)保絮凝劑將被輸送進調(diào)絮池，讓泥漿里的泥和水有效分離。”
“太湖之星2號”與“太湖之星1號”緊緊依偎在一起。經(jīng)過調(diào)絮分離后的泥漿，通過8套跨船柔性連接管路，從“太湖之星1號”傳送到隔壁的“太湖之星2號”。
“太湖之星2號”是清淤作業(yè)的“打包車間”。它由16組高效板框壓濾機組成，通過物理方式壓榨泥漿，實現(xiàn)脫水減容。榨掉約一半水分后形成的泥餅通過皮帶機傳送到駁船上，再運到陸地上處理。該船每天可產(chǎn)生固化淤泥2500立方米。余水經(jīng)過回收和凈化處理后，水質(zhì)指標可達到Ⅲ類水標準，最終回到太湖。
工作人員正在巡檢脫水減容船“太湖之星2號”上的板框壓濾機。
“太湖之星”三艘作業(yè)船各司其職、相互配合，集生態(tài)清淤、淤泥固化和余水處理等功能為一體，具有作業(yè)靈活化、生產(chǎn)高效化、功能集約化、綠色低碳化、管理智能化等優(yōu)勢，堪稱一座湖面上的“移動工廠”。
楊正軍介紹，“太湖之星”投用前，湖泊清淤需要將底泥運到陸地上進行脫水和無害化處理，占地多、周期長、運輸難、花費高，還有流溢等風險，容易影響周邊生態(tài)環(huán)境。太湖沿岸寸土寸金，834.1萬立方米淤泥如果在岸上自然固化處理，需占地幾百畝。即使固化后體積減小，通過車輛運輸也會給交通安全等帶來很大壓力。
“‘太湖之星’在國內(nèi)首次將淤泥固化所需的環(huán)保絮凝劑投放系統(tǒng)、板框壓濾系統(tǒng)由陸地‘搬’到水上。它在水上便可完成從生態(tài)清淤到除雜調(diào)絮、脫水減容、無害化處理等全過程，這在世界疏浚史上尚屬首次，徹底解決了淤泥固化占用土地資源等問題。”楊正軍說。
如何將多種功能集成到船上，是研發(fā)團隊面臨的重大挑戰(zhàn)。有賴于中交天航局此前研究的高濃度清淤和高濃度輸送技術，泥漿含水量相對較少，除雜池、調(diào)絮池等不需太大；有賴于成熟的智能化管理系統(tǒng)，流程環(huán)環(huán)相扣，整體協(xié)同性高，各個設備無需太大規(guī)模便能高效運轉……
中交天航局新一輪太湖生態(tài)清淤梅梁湖區(qū)工程項目常務副經(jīng)理張磊說，最難的是，不僅不能直接將陸地上的設備原樣搬上船，還要在保證功能的同時滿足內(nèi)河航道要求，將三艘作業(yè)船從生產(chǎn)車間送到太湖。為了確定作業(yè)船的長、寬、高等數(shù)據(jù)，他們對每個設備、每個零部件都進行了反復試驗。整個航道涉及106座橋、2個船閘，每一座橋梁、每一個船閘他們都要實地勘察，并結合不同的天氣、水文條件，無數(shù)次測量航道數(shù)據(jù)的變化。
從2022年9月正式投入設計研發(fā)“太湖之星”，到2023年10月建造完成并送至太湖，再到今年3月投入使用，研發(fā)團隊在很短的周期內(nèi)攻克了一系列難題，使其順利開工。
更聰明的“智能大腦”
1人即可遠程操控和監(jiān)測，甚至實現(xiàn)無人化自動作業(yè)
在岸上時，張磊便一直手持平板電腦，遠程監(jiān)控“太湖之星”各環(huán)節(jié)作業(yè)情況。他介紹， “太湖之星”有一個“智能大腦”——生態(tài)清淤智能管理平臺，可實現(xiàn)岸基在線實時監(jiān)測。
進入位于“太湖之星2號”上的“太湖一體化平臺智能控制中心”，3個大型電子屏幕上，實時顯示著三艘作業(yè)船的作業(yè)場景，一名技術人員正在進行作業(yè)監(jiān)測。電子屏幕上，日清淤量、淤泥固化量、余水處理量等關鍵工序數(shù)據(jù)以及整體作業(yè)進度清晰可見，各設備運行狀態(tài)、人員到崗情況、周邊水域環(huán)境等也一目了然。
在控制中心內(nèi)，可收集、傳遞各設備作業(yè)信息，分析作業(yè)狀態(tài)，下達作業(yè)指令，顯示各部位監(jiān)控視頻，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、分析、監(jiān)控、調(diào)度實時化。
技術人員輕觸管理界面，電子屏幕上出現(xiàn)環(huán)保絮凝劑制備過程監(jiān)測控制有關數(shù)據(jù)。隨著光標移動，各投藥裝置中環(huán)保絮凝劑重量、配方、加水量等數(shù)據(jù)，一一呈現(xiàn)在眼前。
工作人員在太湖一體化平臺智能控制中心查看設備運行情況。初英杰 攝
如果沒有智能監(jiān)測和遠程控制，挖泥時很難根據(jù)工況實時調(diào)整作業(yè)參數(shù)，難以確保持續(xù)挖出并輸送高濃度泥漿；如果沒有在線監(jiān)測，不能及時分析泥漿濃度等指標，難以準確判斷投放環(huán)保絮凝劑的劑量、時機等；如果沒有遠程控制，光靠人工投劑，耗時長、不精細，存在人工、藥劑等浪費，還會影響其他環(huán)節(jié)工效……楊正軍介紹，通過“智能大腦”，他們將原本應用在部分工序的智能化設備統(tǒng)籌起來，實現(xiàn)對各個設備、各項功能的遠程操控和監(jiān)測，使“太湖之星”整體高度協(xié)同，更加高效運轉，甚至能實現(xiàn)無人化自動作業(yè)。
更聰明的“智能大腦”，讓以往高度依賴人工、耗時漫長的湖泊清淤工程，變得綠色、高效。
王冰介紹，從理論上來講，僅需1人即可遠程操控和監(jiān)測“太湖之星”各個設備。加上船上的日常巡查維護人員，整個“太湖之星”僅需數(shù)名工作人員。
“更高效、更綠色、更智能”，還體現(xiàn)在多個方面。
三艘作業(yè)船既安裝有柴油發(fā)電系統(tǒng)，又安裝有岸電線路系統(tǒng)接口，采用油電結合的動力系統(tǒng)，可以根據(jù)不同工況，采用不同動力驅動。這是國內(nèi)首次將這一動力系統(tǒng)應用于大型環(huán)保清淤船。在使用岸電作業(yè)時，可實現(xiàn)尾氣零排放，更加綠色、低碳、環(huán)保。
一體推進生態(tài)清淤與淤泥資源化利用。“太湖之星”產(chǎn)出的固化淤泥，將被運送到宜興市徐舍鎮(zhèn)鍋底山，填充廢棄礦坑。這里經(jīng)過改良后，將成為高標準苗木栽植基地。此外，固化淤泥肥效較高，可以將其用于土地復耕、濕地修復、綠化回填。它還可以用來替代黏土生產(chǎn)燒結磚，以及用作筑路筑堤土方、工業(yè)摻合料等。
用科技創(chuàng)新，唱響新時代的“太湖美”。楊正軍介紹，從設計思路來講，“太湖之星”雖是為太湖清淤量身定制，卻廣泛適用于泥層薄、表層淤泥受到污染、需要精細化治理的江河湖庫。未來，將有望在我國內(nèi)陸水環(huán)境綜合治理中持續(xù)貢獻力量。
