走近大國重器 | 清淤利器
探訪世界首創生態清淤智能化一體平臺船“太湖之星”
來源 | 中央紀委國家監委網站2024-04-22 07:00
中央紀委國家監委網站 初英杰
生態清淤智能化一體平臺船“太湖之星”。
春日太湖，梅梁湖區碧波蕩漾，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。
曾暴發藍藻水華、水質惡化的太湖，經多年整治，如今重現碧波萬頃。去年，太湖水質藻情達2007年以來最好水平，湖心區水質首達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“主戰場”江蘇無錫，隨著新一輪太湖生態清淤梅梁湖區工程開工，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、我國擁有完全自主知識產權、世界首創的生態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，實現了哪些創新，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。實驗室數據顯示，太湖淤泥含有大量磷、氮元素及有機質等營養物質，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域。
“在太湖流域水環境綜合治理中，新一輪太湖生態清淤梅梁湖區工程是工程量最大的清淤工程，湖區清淤面積約28.9平方公里。”中交天航局新一輪太湖生態清淤梅梁湖區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’主要由新型智能環保清淤船‘太湖浚清1號’、除雜調絮船‘太湖之星1號’、脫水減容船‘太湖之星2號’三艘作業船組成。”中交天航局新一輪太湖生態清淤梅梁湖區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，這要求環保清淤船既要挖得快，還要移得快、定位準，能靈活作業；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，可以說是一個小型的‘天鯤號’。針對太湖工況，它做了相應技術調整。”中交天航局裝備中心主任楊正軍介紹。
除雜調絮船“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、新型環保絞刀及10千伏岸電接口，是國際首次應用于環保清淤船，能大幅提高挖掘寬度、行進速度，實現高濃度挖泥、高濃度輸送及綠色低碳作業。其中，新型環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，作業效率卻極高：它的擺寬達60米，是普通環保絞吸船的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清淤、除雜調絮、脫水減容、無害化處理等全部流程
“太湖之星”由疏挖系統、除雜調絮系統及脫水減容系統三大系統組成。
如果說“太湖浚清1號”是清淤作業時的“先遣兵”，“太湖之星1號”便是清淤作業的“中轉站”。它的主要功能是篩除泥漿中的雜質、投加環保絮凝劑對泥漿進行調絮、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，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，這些高大的黃色罐體是集料罐，共有12個。罐中的環保絮凝劑將被輸送進調絮池，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。經過調絮分離后的泥漿，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。該船每天可產生固化淤泥2500立方米。余水經過回收和凈化處理后，水質指標可達到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”三艘作業船各司其職、相互配合，集生態清淤、淤泥固化和余水處理等功能為一體，具有作業靈活化、生產高效化、功能集約化、綠色低碳化、管理智能化等優勢，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，容易影響周邊生態環境。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’在國內首次將淤泥固化所需的環保絮凝劑投放系統、板框壓濾系統由陸地‘搬’到水上。它在水上便可完成從生態清淤到除雜調絮、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，是研發團隊面臨的重大挑戰。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、調絮池等不需太大；有賴于成熟的智能化管理系統，流程環環相扣，整體協同性高，各個設備無需太大規模便能高效運轉……
中交天航局新一輪太湖生態清淤梅梁湖區工程項目常務副經理張磊說，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河航道要求，將三艘作業船從生產車間送到太湖。為了確定作業船的長、寬、高等數據，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，無數次測量航道數據的變化。
從2022年9月正式投入設計研發“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，研發團隊在很短的周期內攻克了一系列難題，使其順利開工。
更聰明的“智能大腦”
1人即可遠程操控和監測，甚至實現無人化自動作業
在岸上時，張磊便一直手持平板電腦，遠程監控“太湖之星”各環節作業情況。他介紹， “太湖之星”有一個“智能大腦”——生態清淤智能管理平臺，可實現岸基在線實時監測。
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船的作業場景，一名技術人員正在進行作業監測。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據以及整體作業進度清晰可見，各設備運行狀態、人員到崗情況、周邊水域環境等也一目了然。
在控制中心內，可收集、傳遞各設備作業信息，分析作業狀態，下達作業指令，顯示各部位監控視頻，實現數據收集、分析、監控、調度實時化。
技術人員輕觸管理界面，電子屏幕上出現環保絮凝劑制備過程監測控制有關數據。隨著光標移動，各投藥裝置中環保絮凝劑重量、配方、加水量等數據，一一呈現在眼前。
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
如果沒有智能監測和遠程控制，挖泥時很難根據工況實時調整作業參數，難以確保持續挖出并輸送高濃度泥漿；如果沒有在線監測，不能及時分析泥漿濃度等指標，難以準確判斷投放環保絮凝劑的劑量、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，還會影響其他環節工效……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籌起來，實現對各個設備、各項功能的遠程操控和監測，使“太湖之星”整體高度協同，更加高效運轉，甚至能實現無人化自動作業。
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”僅需數名工作人員。
“更高效、更綠色、更智能”，還體現在多個方面。
三艘作業船既安裝有柴油發電系統，又安裝有岸電線路系統接口，采用油電結合的動力系統，可以根據不同工況，采用不同動力驅動。這是國內首次將這一動力系統應用于大型環保清淤船。在使用岸電作業時，可實現尾氣零排放，更加綠色、低碳、環保。
一體推進生態清淤與淤泥資源化利用。“太湖之星”產出的固化淤泥，將被運送到宜興市徐舍鎮鍋底山，填充廢棄礦坑。這里經過改良后，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燒結磚，以及用作筑路筑堤土方、工業摻合料等。
用科技創新，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，將有望在我國內陸水環境綜合治理中持續貢獻力量。
