黑臭及劣Ⅴ類水體底泥環(huán)保清淤與二次污染控制

陳威

（上?？睖y設(shè)計研究院有限公司，上海200335）

隨著近年來我國城市化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)集約化的發(fā)展，工業(yè)污染、城市面源污染以及農(nóng)業(yè)面源污染造成的水環(huán)境污染日益嚴重，城市河道、湖泊污染程度也在逐步加劇。據(jù)研究顯示，我國大部分的城鎮(zhèn)水體受到了嚴重污染[2]，其中部分水體甚至出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。水體污染的同時，底泥也會遭受不同程度污染，受污染底泥也會反過來成為內(nèi)源污染，成為了黑臭及劣Ⅴ類水體整治的重難點之一[3，9]。

與普通水體較為不同，黑臭水體及劣Ⅴ類水體底泥中污染物含量較高，導致上覆水也易受到較大影響[10]。20 世紀90 年代初，上海蘇州河黑臭十分嚴重，研究人員對其底泥進行了測量，結(jié)果表明，底泥中CODCr含量高達3300-130000mg/L，每天由于底泥的內(nèi)源污染的釋放，水體中CODCr增加2.3mg/L[7]。目前由底泥污染造成的水體污染占比較大，若要將水體黑臭的問題消除，就要將受污染的底泥進行最大程度清除。通過清淤將污染底泥從水體中清理出去，可以較好的控制內(nèi)源污染[6]。

1 底泥環(huán)保清淤規(guī)模研究

1.1 底泥環(huán)保清淤概述

底泥清淤一般包括工程清淤以及環(huán)保清淤。工程清淤是按工程要求，主要考慮設(shè)計高程、土方量、清淤后幾何形狀尺寸等參數(shù)。環(huán)保清淤主要有兩個意思，一是指以水質(zhì)改善為最終目標，二是指在清淤過程中盡量把對水體環(huán)境的影響降到最小。環(huán)保清淤規(guī)模的確定，重難點在于合理確定清淤深度和范圍，并較好控制二次污染。

1.2 黑臭劣五類水體底泥環(huán)保清淤步驟

相關(guān)研究表明，底泥環(huán)保清淤技術(shù)的關(guān)鍵步驟主要有以下幾點：確定清淤范圍、確定清淤深度、環(huán)保清淤方式選取、適宜施工期的選定[8]。

（1）確定清淤范圍。綜合考慮實際需要和經(jīng)濟性，將具有重要影響的地區(qū)作為清淤重點區(qū)域，對防洪安全性與水質(zhì)較好及底泥污染較輕的區(qū)域采取不清淤或少清淤的對策。清淤前需要摸清底泥淤積、底泥污染、水質(zhì)污染和生態(tài)環(huán)境狀況，為污染底泥環(huán)保清淤范圍的確定提供基礎(chǔ)，還需考慮設(shè)置相應(yīng)的安全范圍。

（2）確定清淤深度。清淤深度是決定清淤規(guī)模的關(guān)鍵參數(shù)。然而，不同水體底泥分布及污染特征存在較大差異，國內(nèi)外尚無成熟方法和公認標準。底泥沉積速率和分層特征可作為清淤深度確定的參考因素，目前可參考方法主要有經(jīng)驗值法、濃度控制值法、背景值比較法、拐點法和分層釋放速率法等。

根據(jù)現(xiàn)有研究，底泥由上至下大致可以劃分為污染層、污染過渡層和自然構(gòu)造層[4]，其中污染層對上覆水體影響最大，而自然構(gòu)造層應(yīng)盡可能保留。目前普遍認為，清除底泥污染需要處理到污染層或者污染過渡層，但是這樣實施后清淤后引起污染物釋放也時有發(fā)生[11]。

（3）環(huán)保清淤方式選取。清淤方式與設(shè)備的選擇需要考慮的因素有：工程條件、環(huán)境要求、設(shè)備的性能、項目進度、底泥特性、底泥輸送等。例如，清淤設(shè)備的選擇需考慮底泥密度，小于1.8g/cm2宜采用環(huán)保絞吸式清淤，若大于此密度，宜采用環(huán)保斗輪式清淤[5]。

（4）選定適宜施工期。鄭金秀等研究認為，環(huán)保清淤作業(yè)最佳施工期為12 月初至4 月末[1]。該時期一般水位較低且風浪較小，底泥活躍度不高。此時開展清淤費省效高，可有效去除污染底泥。

2 底泥清淤工藝研究

2.1 清淤工藝與設(shè)備性能

環(huán)保清淤是十分復雜的系統(tǒng)性工程措施，本文比對了幾種常見清淤設(shè)備的綜合性能，比較結(jié)果見表1。從表1 可以看出，絞吸式清淤與氣力泵清淤的清淤精度較高，清除細顆粒、淤泥效果好，可有效控制二次污染，且具備較高的作業(yè)效率。

2.2 環(huán)保清淤工藝選取

湖庫、河流、小微水體之間具有不同特征，因此根據(jù)湖庫、河道、小微水體分別提出清淤工藝與設(shè)備選?。?/p>

（1）湖庫清淤。通常來說，許多湖泊底泥較為深厚，且攪動后容易擴散。針對湖泊的特點，若水深在30m 以內(nèi)，推薦采用絞吸式環(huán)保清淤；若深度大于30m，宜選用氣力泵清淤。

（2）河道清淤。只有結(jié)合實際情況選擇適宜的河道清淤工藝，才能對河道綜合治理起到積極的效果。若所需開挖泥層厚、工程量大，且對水質(zhì)要求較低，可適當采用斗輪式清淤；對于非航運河道，若河道中存在大型、復雜垃圾，在有條件的情況下也可選用排干清淤；若對水質(zhì)要求較高且河道寬度較大，水深在30m 以內(nèi)，可采用環(huán)保絞吸式清淤，水深大于30m，宜選用氣力泵清淤。

（3）小微水體清淤。小微水體具有徑流量較小、水面小、水下地形簡單、工程量小等特點，不宜進行水下清淤作業(yè)，宜采取排干清淤。

表1 幾種常見清淤設(shè)備的綜合性能比較表

3 環(huán)保清淤二次污染控制研究

3.1 二次污染產(chǎn)生原因

對于環(huán)保清淤中二次污染，本文主要總結(jié)了以下4 個原因：

（1）作業(yè)污染。清淤作業(yè)過程中攪動可導致底泥中污染物向水體中釋放和擴散。另外，若清淤深度控制不當，可能導致深層的污染物釋放進入水體。

（2）輸送污染。排泥管線布在水面或水下，輸送污泥過程中，若管道滲漏，將造成污染物進入水體中；車船運輸過程中污染物掉落直接進入水體或經(jīng)雨水沖刷對土壤及水體產(chǎn)生二次污染。

（3）退水污染。堆泥場退水尚未得到充分沉淀，其中污染物濃度還較大，導致受納水體被污染；底泥堆場泥漿余水中含有大量污染物，在自然降雨沖刷下，污染物隨徑流下滲或側(cè)滲，造成土壤及水體二次污染。

（4）底泥污染。環(huán)保清淤產(chǎn)生的底泥若被作為普通廢物堆放在貯泥場中，污染物可能因為雨水沖刷進入水體產(chǎn)生二次污染。

3.2 二次污染的控制

3.2.1 作業(yè)階段二次污染控制

（1）挖泥船優(yōu)化。對于絞吸式挖泥船，通過防污罩法、紗簾法、安裝傳感器等在一定程度上將污染底泥與水體分割，并減少絞刀頭周圍底泥的擴散。

對于抓斗式挖泥船，通常采用焊機鋼板將兩側(cè)縫隙堵住，從來提高密閉性，減少作業(yè)時污泥滲漏。

對于鏟斗式挖泥船，通常在鏟斗上增加活動罩，在提升鏟斗時減少污泥流出。

（2）作業(yè)方案優(yōu)化。挖泥船清淤的明顯影響區(qū)域分別為300m 以內(nèi)和200m 以內(nèi)，為減少清淤期間受清淤施工影響的河段長度，可按照“疏一段，成一段”的原則進行清淤作業(yè)。

3.2.2 輸送階段二次污染控制

（1）輸泥管運輸產(chǎn)生的二次污染。為防止因排泥管線敷設(shè)不合理而造成的污泥滲漏污染，排泥管線需按要求敷設(shè)，且不使用磨損程度嚴重的輸泥管作潛管。

（2）車船運泥過程中產(chǎn)生的二次污染。船只運輸時，需加強航運管理調(diào)度，可僅采用單線運輸方案；公路運輸時，應(yīng)首先進行脫水固化處理，使淤泥含水率降至65%以下。

3.2.3 退水階段二次污染控制

退水中一般污染物濃度仍較高，若隨意排放將對受納水體造成二次污染。

因此，有必要采用適當?shù)募夹g(shù)對排泥場余水進行處理后再排放，保證環(huán)保清淤工程有較好的環(huán)境效益。

余水處理主要有物理處理法、化學處理法以及磁分離技術(shù)。根據(jù)不同工程清淤特點，余水處理應(yīng)根據(jù)實際情況采用適宜的組合方法。排入水體前，需保證余水排放口的出水SS達到70mg/L 以下。

3.2.4 底泥處置階段二次污染控制

確定處理方式前，應(yīng)對受污染底泥進行成分分析，確定底泥的處置方法。對毒害性較大的重金屬污染底泥，按照環(huán)保要求進行封閉式安全填埋處理，堆場圍堰設(shè)計與施工時應(yīng)有防止底部滲漏和側(cè)向滲漏的措施；對營養(yǎng)鹽含量較高的底泥，積極開展底泥資源化利用，使占壓土地的底泥變?yōu)橛杏玫馁Y源。

4 結(jié)論

本文梳理出適應(yīng)各類水體的底泥清淤方式及二次污染控制措施，以期黑臭及劣Ⅴ類水體內(nèi)源污染整治提供一定的借鑒和參考，主要結(jié)論有4 條：

（1）對于湖泊清淤，應(yīng)根據(jù)水深選擇采用絞吸式環(huán)保清淤或氣力泵清淤。

（2）對于河道清淤，若所需開挖泥層厚、工程量大，且對水質(zhì)要求較低，可適當采用斗輪式清淤；對于非航運河道，若河道中存在大型、復雜垃圾，在有條件的情況下也可選用排干清淤；若對水質(zhì)要求較高且河道寬度較大，應(yīng)根據(jù)水深選擇采用絞吸式環(huán)保清淤或氣力泵清淤。

（3）小微水體清淤通常采取排干清淤。

（4）底泥清淤的二次污染控制應(yīng)從作業(yè)階段、輸送階段、退水階段以及底泥處置階段等多方面考慮。