生態(tài)清淤和底泥處置的實(shí)踐和思考

胡 現(xiàn)

（湖南恒凱環(huán)?？萍纪顿Y有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205）

0 引言

人類活動(dòng)和自然界的新陳代謝，使得河流湖泊里的淤泥沉積越來(lái)越多，治理這些淤泥是水質(zhì)環(huán)境保護(hù)中不可缺失的重要環(huán)節(jié)。底泥中各類有機(jī)物含量較高，會(huì)對(duì)水質(zhì)和水生態(tài)造成不利影響。對(duì)水底淤泥的治理不僅要從“生態(tài)清淤”的角度入手，同時(shí)也要兼顧淤泥的資源化利用。

1 淤泥的物質(zhì)分析

淤泥主要由二氧化硅（SiO2）、氧化鉀（K2O）、氧化鈣（CaO）、氧化鈉（Na2O）、氧化鎂（MgO）、氧化鋁（Al2O3）、三氧化二鐵（Fe2O3）等化學(xué)成分組成（表1）。磚石以及陶粒的化學(xué)成分與淤泥的化學(xué)組成極為相似（表2）。

表1 淤泥的化學(xué)成分 單位：%

表2 磚石與陶粒的化學(xué)成分 單位：%

本文選取測(cè)量了湖南省永州、張家界、懷化、常德四地的河道淤泥，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，得出其中所含重金屬的比例（表3），根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置制磚用泥質(zhì)》（GB/T 25031—2010）里的標(biāo)準(zhǔn)，可知河道淤泥的重金屬含量是遠(yuǎn)低于制磚限值的，這也是國(guó)內(nèi)傾向于用淤泥制磚的原因。

表3 河道淤泥里的重金屬含量 單位：mg/kg

2 淤泥對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和環(huán)境的影響

2.1 淤泥過量堆積對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響

淤泥的過量堆積，給水利設(shè)施帶來(lái)嚴(yán)重的隱患。同時(shí)河床因聚泥而抬高，行洪能力減弱，甚至影響航運(yùn)。淤泥對(duì)水生態(tài)環(huán)境造成直接影響，給城市的綠色低碳持續(xù)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2.2 淤泥過量堆積對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

淤泥的特點(diǎn)是含水量極高，成分復(fù)雜，含有各種病菌寄生蟲和未知重金屬元素，也有可能富含氮磷等元素。較高的氮磷富含比容易使水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化的現(xiàn)象，水中溶解氧含量不斷降低，從而使水體出現(xiàn)發(fā)黑發(fā)臭的情況，影響水生動(dòng)物的生存。同時(shí)淤泥中的重金屬元素可能進(jìn)入飲用水源，或者隨動(dòng)植物進(jìn)入食物鏈，最終影響人類的生活。

2.3 黑臭水體對(duì)居民生活的影響

部分黑臭水體臭氣熏天，在夏季高溫季節(jié)，滋生蚊蟲病菌，很多病原微生物隨風(fēng)吹散，影響周圍居民的健康。同時(shí)，發(fā)臭的水體影響市容市貌，給城市管理帶來(lái)困難和挑戰(zhàn)。

3 生態(tài)清淤的技術(shù)

3.1 清淤方式

當(dāng)前國(guó)內(nèi)常見的河道清淤方式主要有陸地清淤和水下清淤。

3.1.1 陸地清淤

陸地清淤的方法是建設(shè)臨時(shí)圍堰，然后排干水分，采用挖掘機(jī)或人工的方式清除淤泥。這種清淤方式優(yōu)點(diǎn)十分突出，便于觀察施工狀況，清淤程度徹底，易于控制挖泥深度，成本較低。但是缺點(diǎn)同樣明顯，需施工的臨時(shí)道路較多，容易損壞兩岸邊坡的坡頂和坡底，雨季對(duì)施工影響較大，且只能在非汛期施工，不適于不宜斷流的河道。

3.1.2 水下清淤

水下清淤是以清淤船為平臺(tái)進(jìn)行淤泥清理，該方式將清淤設(shè)備裝載于船上，從水底挖出的淤泥由專門的管道輸送至岸邊堆場(chǎng)。主要的清淤裝備分為傳統(tǒng)疏浚設(shè)備、環(huán)保絞吸式挖泥船、專用生態(tài)清淤設(shè)備等。該種清淤方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要排水、清淤效率高、清淤?gòu)氐?、無(wú)二次污染、只需填埋場(chǎng)內(nèi)少量臨時(shí)道路。其缺點(diǎn)是處理成本高于陸地清淤方式。

3.2 水下清淤設(shè)備

3.2.1 抓斗式清淤

抓斗式清淤設(shè)備運(yùn)行方法是利用抓斗將淤泥抓取出水并移至靠泊在駁泥船中，然后通過駁泥船運(yùn)輸、卸泥、轉(zhuǎn)運(yùn)到岸邊堆場(chǎng)。

適用條件：這種設(shè)備適合淤泥堆積厚重、目標(biāo)施工范圍內(nèi)雜物繁多的中、小型河道。

優(yōu)點(diǎn)：抓斗式挖泥船操作便捷，適宜施工在質(zhì)地偏硬的土方以及含大量雜質(zhì)的土方。其施工方法簡(jiǎn)單，資金耗費(fèi)較少，受天氣影響較小。

缺點(diǎn)：抓斗式挖泥船在開挖軟弱底泥的過程中，容易攪動(dòng)底泥，產(chǎn)生浮泥，且淤泥的清除效率不高。因此不適宜于軟弱底泥的清理。

3.2.2 普通絞吸式清淤

普通絞吸式清淤是通過絞吸式挖泥船來(lái)完成的。通過船前鉸刀的旋轉(zhuǎn)，淤泥與河水混合形成泥漿，然后通過離心泵抽入輸泥管道運(yùn)送到岸邊堆場(chǎng)。當(dāng)運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，需增加中途加壓泵增壓。

適用條件：適用于淤泥堆積層厚的河道。

優(yōu)點(diǎn)：不易發(fā)生泥漿泄露造成二次污染。受天氣影響較小，對(duì)通航不會(huì)產(chǎn)生較大影響。設(shè)備上裝配有GPS定位儀，同時(shí)可以回聲探測(cè)深度，施工精度可得到保障。

缺點(diǎn)：由于絞吸式挖泥船通過鉸刀的刀片進(jìn)行開放性作業(yè)，鉸刀高速旋轉(zhuǎn)，淤泥中的污染物隨攪動(dòng)的水體擴(kuò)散，產(chǎn)生回淤現(xiàn)象。另外淤泥堆場(chǎng)面積要求較大。

3.2.3 斗輪式清淤

斗輪式清淤的工具是斗輪式挖泥船，一般會(huì)用專業(yè)的斗輪挖掘機(jī)從水底挖掘淤泥，然后泵送到堆場(chǎng)。適用條件：開挖淤泥較厚的河道、湖泊和水庫(kù)。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)河道通航不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，并且受天氣變化的影響較小。

缺點(diǎn)：易造成大量污染物的擴(kuò)散，且操作過程中有嚴(yán)重的逃淤、回淤現(xiàn)象，淤泥清除率在50%左右，無(wú)法達(dá)成高效清淤。

3.2.4 環(huán)保清淤

環(huán)保絞吸式清淤是常見的施工方式，環(huán)保清淤的特點(diǎn)有清淤精度高、二次污染防控較好。

適用條件：處理量較大的淤泥清理。

優(yōu)點(diǎn)：環(huán)保絞吸式清淤船配備挖深測(cè)定儀，進(jìn)行挖掘過程的高程控制，精準(zhǔn)定位挖掘深度，大幅提高了施工精度。同時(shí)可有效防止大力動(dòng)作對(duì)水底攪動(dòng)而引發(fā)的淤泥擴(kuò)散現(xiàn)象。

3.3 底泥脫水工藝

3.3.1 自然脫水干燥法

自然脫水主要有人工曝曬、翻曬、溝壕排水等方法，其主要原理是利用太陽(yáng)光、自然風(fēng)加快水分的蒸發(fā)。這種處理方法簡(jiǎn)單易行，不需要耗費(fèi)大量資金用于購(gòu)置或者租賃設(shè)備，成本較低，適宜于處理含水率低的淤泥。

其缺點(diǎn)也較為明顯，首先，干燥效率不高，耗時(shí)較長(zhǎng)，堆積的淤泥內(nèi)部干燥較慢。其次，淤泥沒有經(jīng)過無(wú)害化處理，吸引蚊蟲，部分有害病原微生物隨水分蒸發(fā)到空氣中，散發(fā)較大異味，對(duì)周邊居民產(chǎn)生較大影響。再次，需占用大面積的場(chǎng)地，場(chǎng)地的選址要求高，較難找到符合要求的場(chǎng)地。最后，排水要求高，隨著雨水的沖刷，容易污染周圍水體，受季節(jié)天氣的影響較大。

3.3.2 真空預(yù)壓法

近年來(lái)真空預(yù)壓法在淤泥的脫水方面也多有應(yīng)用。其原理是在淤泥中施打豎向排水板和布設(shè)橫向?yàn)V管，敷設(shè)一層HPDE膜形成密閉環(huán)境，然后利用真空泵抽真空，水在負(fù)壓和自重的作用下濾出。

這種處理方法比較簡(jiǎn)單，成本較低，適宜于作業(yè)面較大的無(wú)污染淤泥的處理，尤其對(duì)于透水性好的淤泥效果明顯。

但其缺點(diǎn)是：部分有機(jī)質(zhì)或者雜質(zhì)含量高的淤泥，容易造成土工布或者花管的開孔堵塞，導(dǎo)致脫水效率降低，因此防止堵塞的措施尤為重要。另外該種方法脫水周期長(zhǎng)，占用場(chǎng)地大，沒有進(jìn)行無(wú)害化處置，存在污染物遷移的可能。

3.3.3 土工管袋法

其原理是利用管袋的過濾結(jié)構(gòu)，將添加絮凝劑的泥水充填到土工管袋內(nèi)，通過泥水分離作用，水被析出排出濾袋，固結(jié)的淤泥截留在管袋內(nèi)。

土工管袋的選型有周長(zhǎng)8～30 m、長(zhǎng)度15～60 m不等，其底部布設(shè)卵石敷設(shè)的排水層，排水層底部需有一定坡度。在處理含重金屬的淤泥時(shí)，底部還需敷設(shè)防滲膜。

土工管袋適宜于處理高含水率且流動(dòng)性大的淤泥，其泥水分離效果較好，90%以上的固體顆粒被截留在管袋內(nèi)，可將淤泥含水率降至50%。同樣，這種方法對(duì)于場(chǎng)地要求較高，處理周期較長(zhǎng)，對(duì)于收集的出水，還需要配置污水一體化處理設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步處理。

3.3.4 機(jī)械干化

該工藝主要通過傳統(tǒng)脫水機(jī)械設(shè)備完成。常用的機(jī)械有螺旋式壓榨污泥脫水設(shè)備、板框壓濾機(jī)以及離心式脫水機(jī)。這種處理方法具有穩(wěn)定可靠，受天氣影響較小，處理徹底等優(yōu)勢(shì)，是比較成熟的處理方案。

4 底泥處置和資源化利用技術(shù)

4.1 重金屬底泥處理工藝

底泥的處置無(wú)論采取什么工藝或者技術(shù)，都應(yīng)以安全性為前提，既要考慮底泥的處理消納，又要減少二次污染或次生問題，同時(shí)綜合考慮技術(shù)先進(jìn)性、單位底泥的處置成本、處理周期等問題。

底泥的幾種處置工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表4所示。

表4 底泥的幾種處置工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

4.2 重金屬不超標(biāo)的高氮、磷污染底泥底泥處理工藝

對(duì)于重金屬不超標(biāo)的高氮磷底泥的處理，常用的技術(shù)方案如下。

4.2.1 固化處理

固化處理方法的應(yīng)用是指通過在淤泥中添加各種固化添加劑，使其形成較為干燥和堅(jiān)硬的固化土，用于回填基質(zhì)。

4.2.2 淤泥的建筑材料利用

許多研究建議將底泥用于磚瓦、水泥、陶粒等建筑材料的制作，底泥中豐富的礦物質(zhì)可以很好地取代磚瓦水泥等建筑材料需要的黏土礦物。與利用傳統(tǒng)黏土制磚相比，淤泥用于制磚，既解決了底泥的處置問題，又為制磚原料的來(lái)源找到了新途徑。

4.2.3 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)，通過植物的吸收和轉(zhuǎn)化，將氮磷等元素轉(zhuǎn)化，達(dá)到無(wú)害化處理的目的。

4.2.4 生態(tài)景觀營(yíng)養(yǎng)土利用技術(shù)

經(jīng)處置后的底泥，富含豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，是園林景觀植物重要的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)土來(lái)源之一，因此可以用作公園或者景觀帶的基質(zhì)土。該技術(shù)使用的前提是嚴(yán)格控制底泥中有害物質(zhì)的成分和病原微生物的含量。

4.2.5 其他處置方法

其他方式還有安全填埋、堆肥、工業(yè)回用等。

5 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)不管是對(duì)于淤泥治理的研究還是實(shí)踐都已經(jīng)迅速朝好的方向發(fā)展，但是資源化的方法還需要進(jìn)一步的探索，相信淤泥以其豐富的化學(xué)成分，其用途可以在人為探索下變得更加廣泛[1]。在探索更多形式的淤泥資源化利用方法時(shí)，必須重視科學(xué)研究和科技創(chuàng)新，重視技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)。在河湖淤泥治理作業(yè)的實(shí)施中還需要格外注意處理過程中可能發(fā)生的二次污染現(xiàn)象，政府主管部門和治理單位應(yīng)從加強(qiáng)污染源控制，實(shí)施定期清淤作業(yè)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，實(shí)行閉環(huán)管理，以及實(shí)施淤泥資源再利用技術(shù)研究等方向入手[2]。我國(guó)生態(tài)清淤與淤泥資源化利用的技術(shù)已取得長(zhǎng)足進(jìn)展，但是環(huán)境保護(hù)與資源利用是一件需要長(zhǎng)期堅(jiān)持的事情，相關(guān)技術(shù)及政策還需進(jìn)一步完善。