城市河道底泥污染及清淤治理研究

朱曉峰

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 三門峽 472000)

0 引言

淤泥中的有機(jī)物和重金屬，不僅對水生物有毒有害，還會(huì)深入土壤，污染地下水，且十分影響城市景觀。淤泥中的營養(yǎng)鹽和有機(jī)物比水體中豐富得多，在河流污染整治中，當(dāng)河流水質(zhì)得到明顯改善或者水體受到外來擾動(dòng)時(shí)，底泥中污染組分開始向上覆水體中釋放、輸送，使得底泥成為河流的內(nèi)在污染，其污染物的釋放隨季節(jié)的變化也會(huì)表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。因此對污染底泥沉積物的治理尤為必要，若底泥污染得不到有效控制或去除，上覆水的治理效果也不能得到鞏固。因此，在外源污染得到基本控制的條件下，必須徹底清除內(nèi)污染源——底泥污染沉積物，進(jìn)而恢復(fù)重建水體生態(tài)系統(tǒng)，才能達(dá)到理想的治理效果[1-3]。

1 工程概況

城市河道清淤工程項(xiàng)目，現(xiàn)狀渠道寬5.5 m～20 m，全長約1000 m。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和實(shí)地測量，工程范圍內(nèi)的河道均存在不同程度的淤積。河道底泥污染物嚴(yán)重超標(biāo)，影響水環(huán)境。河道淤積情況也影響了河道的泄洪能力，侵占了河道的過洪斷面，抬高了河道水位，對河道現(xiàn)有的防洪體系形成威脅。兩岸均為自然土坡，岸坡較陡，土質(zhì)疏松，植被較差，易產(chǎn)生水土流失。

2 河道底泥污染物分析

2.1 土壤污染物標(biāo)準(zhǔn)值確定

目前國內(nèi)沒有TN(總氮)、TP(總磷)的土壤污染物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值。參照EPA制定的底泥分類標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合我國太湖清淤的工程經(jīng)驗(yàn)，本次清淤底泥土壤污染物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值見表1。

表1 底泥土壤污染物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值

2.2 底泥重金屬污染物標(biāo)準(zhǔn)值

本次在底泥重金屬污染分析中，參考《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600-2018)及《河湖淤泥處理處置技術(shù)導(dǎo)則》(T/CWEA 7-2019)進(jìn)行評價(jià)。

2.3 底泥污染程度分析與評價(jià)

2.3.1 重金屬指標(biāo)對比分析

該河道底泥重金屬含量檢測結(jié)果見表2。大布涌興賢支涌的總鉻、總砷、總銅、總鋅及總鎳指標(biāo)超過了《河湖淤泥處理處置技術(shù)導(dǎo)則》(T/CWEA 7-2019)中的Ⅰ類泥體總量限值，其中總銅及總鋅指標(biāo)未超過《河湖淤泥處理處置技術(shù)導(dǎo)則》(T/CWEA 7-2019)Ⅱ類泥體總量限值。

表2 大布涌興賢支涌底泥重金屬含量檢測結(jié)果 單位：mg/kg

2.3.2 有機(jī)質(zhì)及氮磷標(biāo)準(zhǔn)對比

大布涌興賢支涌底泥有機(jī)質(zhì)檢測結(jié)果見表3。大布涌興賢支涌總氮超標(biāo)倍數(shù)3.90，總磷含量超標(biāo)倍數(shù)10.88，有機(jī)質(zhì)超標(biāo)倍數(shù)1.3。

表3 底泥有機(jī)質(zhì)檢測結(jié)果

3 河涌清淤治理

3.1 清淤方式

常見的清淤方式有干挖清淤，泵吸水力清淤，抓斗式挖泥船清淤，絞吸式挖泥船清淤等方式。干挖清淤要對河道中的流水進(jìn)行疏導(dǎo)，增加了臨時(shí)圍堰施工的成本；同時(shí)很多河道只能在非汛期進(jìn)行施工，工期受到一定限制，施工過程易受天氣影響，并容易對河道邊坡和生態(tài)系統(tǒng)造成一定影響。抓斗式挖泥船清淤及絞吸式挖泥船清淤方式通常在較大河流的清淤中使用，對中小型河流的適用性較弱。

本次清淤河道平均寬度約10 m，河道具有清淤施工條件有限，底泥含水率高，污染物嚴(yán)重的情況。根據(jù)河道現(xiàn)場實(shí)際情況，采水力沖洗清淤，部分暗涵段為保證清淤效果，采用水力清淤與人工清淤相結(jié)合的方式。水力清淤采用水陸兩用攪吸泵，也稱為射吸式清淤，是在水上挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上改造而來，與水上挖掘機(jī)原理基本一致，但又在水上挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)，它將水力沖挖的水槍和吸泥泵同時(shí)裝在1個(gè)圓筒狀罩子里，由水槍射水將底泥攪成泥漿，通過另一側(cè)的泥漿泵將泥漿吸出，再經(jīng)管道送至岸上的堆場，整套機(jī)具都裝備在船只上，一邊移動(dòng)一遍清除，集攪、吸、送于一體，效率大大提高。大功率85/160型攪稀泵的設(shè)計(jì)流量為750 m3/h，效率較水上挖掘機(jī)大大提高。同時(shí)需做好施工監(jiān)測，以盡量減少對現(xiàn)狀涌基的影響。

3.2 清淤階段圍堰及導(dǎo)流方式

河道清淤選擇在非汛期施工，采用水力清淤每200 m為一施工段(具體位置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整)，在上下游各設(shè)置一道袋裝土圍堰，并設(shè)置導(dǎo)流管，使水力沖挖在干地環(huán)境下進(jìn)行。河道最下游設(shè)鋼板樁圍堰攔斷，避免主河道水位倒灌影響現(xiàn)場施工。在天氣晴朗及沒有限制進(jìn)閘水位指令要求的情況下，應(yīng)在外江進(jìn)閘水位不超過1.25 m(珠基)范圍內(nèi)讓潮水自由出入。為保證非汛期河道內(nèi)施工安全，施工圍堰堰頂標(biāo)高取1.25(最高引水水位)+0.25(安全超高)=1.50 m(珠基)。

導(dǎo)流管僅用于連通施工范圍上下游，以及上游小水時(shí)排水用，若發(fā)生超額雨水，圍堰上游水位較高時(shí)，提前拆除圍堰，撤離人員以及施工機(jī)械，保證排水通暢。導(dǎo)流管考慮重復(fù)利用，圍堰使用完畢后拆除。

3.3 淤泥處置

3.3.1 淤泥處置工藝

考慮到無論是經(jīng)水力沖洗清挖還是經(jīng)挖掘機(jī)水下清挖，清挖后的淤泥含水率高，不易運(yùn)輸，而且施工現(xiàn)場周邊也沒有場地進(jìn)行淤泥堆放，因此淤泥的處理宜采用占地較小、能連續(xù)操作運(yùn)行的快速干化固結(jié)的一體式工作站進(jìn)行。機(jī)械脫水固結(jié)一體化方法是一套完整的河道底泥清淤-脫水工藝，通過移動(dòng)式脫水站與淤泥接駁管直接相連，在一套脫水站中完成淤泥輸送與干泥輸出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)淤泥的脫水和固結(jié)。淤泥處理效率較高，各組成設(shè)備的移動(dòng)也較靈活，能適用于空間有限的施工場地，處理后的淤泥也具備了很好的抗壓強(qiáng)度，減量化明顯。因此，本工程淤泥的處理選擇機(jī)械脫水固結(jié)一體化工藝。

圖1 河道淤泥脫水固結(jié)一體化處理工藝流程圖

脫水固結(jié)一體化技術(shù)所添加的固化劑主要由脫水組分和固化組分組成，可對淤泥中重金屬成分含量需要滿足最終消納場所入場的要求。本次清淤底泥處理后進(jìn)行資源化利用，因此底泥處理后的泥餅浸出的毒性鑒別值需要滿足《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5085.3-2007)標(biāo)準(zhǔn)值的要求，泥餅中重金屬含量需要滿足最終消納場所入場的要求。

本工程河道底泥中存在重金屬鉻超標(biāo)的情況。鉻在水中以六價(jià)和三價(jià)離子形態(tài)存在，工業(yè)廢水中主要以六價(jià)形態(tài)存在。為保證底泥處理后泥餅的含水率達(dá)到資源化利用要求，對這部分底泥，在脫水固結(jié)時(shí)應(yīng)投加重金屬離子鈍化劑，先將六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，再使三價(jià)鉻生成氫氧化物沉淀后去除。

3.3.2 淤泥處置施工方法

(1)垃圾分揀

垃圾分揀進(jìn)上岸泥漿通過沉渣池重力分選，將較大顆粒粒徑砂石、磚塊等沉淀、漂浮雜物用格柵攔截。較大顆粒粒徑砂石、磚塊等沉淀、漂浮雜物在沉渣池內(nèi)達(dá)到一定量后通過挖掘機(jī)進(jìn)行清理處置。

(2)泥沙分離

選用移動(dòng)式砂石分離一體機(jī)對底泥漿進(jìn)行泥沙分離。采用砂石振動(dòng)分離篩對泥漿進(jìn)行砂石分離。含砂泥漿從通過格柵后進(jìn)入泥沙分篩，利用振動(dòng)篩兩級(jí)篩網(wǎng)復(fù)合振動(dòng)分離2 mm以上粒徑粗顆粒。含有2 mm以下粒徑細(xì)顆粒的泥漿進(jìn)入旋流分離器。泥漿沿切線方向進(jìn)入旋流分離器，向下做螺旋運(yùn)動(dòng)。粉砂在受慣性和離心力作用下被甩向器壁，向下沉降至底流口。剩余泥漿則成為上升的內(nèi)層旋流，從分離器中心管溢流排出。通過兩組旋流分離器串聯(lián)，篩分出離出0.075 mm～2 mm粒徑的微顆粒。

圖2 移動(dòng)式篩分設(shè)計(jì)

(3)壓濾機(jī)擠壓脫水

啟動(dòng)壓濾機(jī)，檢查藥池有無藥劑。如果沒有，則打開藥劑池加水球閥，打開清水泵抽水，打開攪拌機(jī)，把藥劑慢慢從加水口加入，待藥劑攪拌30 min～40 min后，開機(jī)生產(chǎn)。依次打開清水沖洗機(jī)器球閥，打開攪拌好的藥劑球閥，打開主傳動(dòng)，打開副傳動(dòng)，打開布料1#攪拌，打開混合器旁邊六個(gè)加藥球閥的其中兩個(gè)，打開泥漿泵，調(diào)節(jié)上機(jī)泥水分離情況，待網(wǎng)帶上有泥后停止調(diào)節(jié)。(注：加大上機(jī)泥漿流量時(shí)，也要加大藥劑流量。)若從河里加抽泥漿，須打開黃藥池球閥加黃藥水沉淀，如果不抽泥漿可不開。

圖3 機(jī)械壓濾機(jī)操作流程圖

(4)脫水淤泥及尾水處理

河道清淤底泥經(jīng)固化脫水處理后，泥餅統(tǒng)一轉(zhuǎn)運(yùn)至業(yè)主指定的消納場所，業(yè)主統(tǒng)一組織底泥在消納場所的處置。脫水尾水通過凈化處理后，回收用于水利沖挖用水，水經(jīng)混凝預(yù)沉淀后，進(jìn)入濾池經(jīng)擋板消能后，通過固定在支架上的微孔濾布，固體懸浮物被截留在濾布外側(cè)，過濾液通過中空管收集，再通過溢流槽排出濾池。濾布攔截的固體通過刮板收集，送入脫水機(jī)脫水。

4 結(jié)論

城市河道嚴(yán)重淤積，河道底泥污重金屬指標(biāo)、有機(jī)質(zhì)及氮磷嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)河道現(xiàn)場實(shí)際情況，采用水力沖洗清淤與人工清淤相結(jié)合的方式對河道進(jìn)行治理，并對清理的淤泥采用機(jī)械脫水固結(jié)一體化處理工藝，脫水尾水通過凈化處理后，用于水利沖挖用水，泥餅轉(zhuǎn)運(yùn)至指定的消納場所，使河道水體生態(tài)環(huán)境得到改善，消除水利安全隱患。