城區(qū)河道閘前漂浮污染物處理措施探析

張維杰，王子文，邢 軍

（1.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250014；3.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；4.蘭陵縣水利局，山東 蘭陵 277700）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及城市建設(shè)的迅速發(fā)展，城市人口急劇擴(kuò)張，產(chǎn)生了大量生活垃圾。這些生活垃圾有的堆放在河道兩岸，有的甚至直接進(jìn)入河道系統(tǒng)中，尤其是每年豐水期，隨著徑流增加、河道水位上升，兩岸大量生活垃圾進(jìn)入河道，形成水面漂浮污染物。與此同時(shí)，城區(qū)河道中閘壩的修建破壞了水系的連通性，改變了河道水動(dòng)力特性，造成大量漂浮物聚集在閘壩前，不但造成水體污染加劇，更破壞了城市生活環(huán)境，對(duì)沿河水質(zhì)、水面景觀、供水等都產(chǎn)生不利影響。

目前，對(duì)水面漂浮污染物的治理研究多為庫(kù)區(qū)漂浮污染物，城區(qū)河道水面漂浮物研究較少。城區(qū)河道常用的漂浮物治理措施主要為沿河打撈，不僅浪費(fèi)大量的人力，而且清漂效率低、效果差，特別是豐水期，河道水流流量大、流速快，還會(huì)對(duì)打撈人員生命安全構(gòu)成威脅；對(duì)于打撈上岸的漂浮物，通常采用簡(jiǎn)單堆放、衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥和再生利用[1]等單一后處理措施，存在諸多不足。因此，參照庫(kù)區(qū)水面漂浮物治理措施，在河道攔河閘段設(shè)計(jì)一套適用于城區(qū)河道的有效漂浮物治理設(shè)施，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 水面漂浮污染物概述

1.1 漂浮污染物來(lái)源和組成

河道水面漂浮污染物主要來(lái)源[2-3]包括：1）汛期沿河道兩岸隨雨水沖刷進(jìn)入河網(wǎng)的垃圾，主要包括生活垃圾和雜草、樹(shù)枝等；2）沿河兩岸城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村和工礦企業(yè)修建的垃圾場(chǎng)，坡上垃圾滑落水中，形成垃圾帶；3）水體富營(yíng)養(yǎng)化造成水葫蘆、綠藻等猖獗，產(chǎn)生水生植物漂浮污染物；4）通航河道中還包括過(guò)往船只、乘客倒入河中的垃圾。對(duì)于城區(qū)河道，由于兩岸人類(lèi)活動(dòng)頻繁，漂浮污染物的來(lái)源主要為前兩個(gè)方面。

河道漂浮污染物的組成主要包括：1）舊玻璃瓶、廢舊塑料制品等生活垃圾和工業(yè)垃圾，此類(lèi)漂浮物一年四季均有，是城區(qū)河道漂浮物的主要成分；2）樹(shù)枝、樹(shù)根、落葉、秸稈等，多出現(xiàn)在汛期和秋季；3）意外事故類(lèi)漂浮物，主要為人畜尸體、房屋舊料和木材等，多是由汛期暴雨形成災(zāi)難性洪水造成的，此類(lèi)污染物較少。

1.2 漂浮污染物影響因素

1）與河道流量關(guān)系密切，隨流量的增大而逐漸增多。流量較小時(shí)，河道水流所攜帶的漂浮污染物較少，主要為塑料泡沫、水草、樹(shù)枝、生活垃圾等較輕的污染物；隨著流量逐漸增大，水流所攜帶的污染物數(shù)量開(kāi)始增加，單個(gè)重力增大，種類(lèi)增多。

2）與洪水場(chǎng)次有關(guān)，一般每年第一場(chǎng)洪水所攜帶的污染物種類(lèi)、數(shù)量較多。非汛期河道流量較小，斷流也時(shí)有發(fā)生，河道兩岸邊坡、灘地成為垃圾的集聚場(chǎng)所。每年第一場(chǎng)洪水會(huì)把這些堆積的垃圾沖到河道中，導(dǎo)致第一場(chǎng)洪水的漂浮污染物較多。如果第二場(chǎng)洪水比第一場(chǎng)洪水小，那么污染物的種類(lèi)、數(shù)量將明顯減少。

3）與河道水流來(lái)源有關(guān)。來(lái)源于城鎮(zhèn)區(qū)域的水流，其所攜帶的漂浮污染物主要為塑料泡沫、生活垃圾、編織袋等；來(lái)源于山區(qū)、丘陵等地帶的水流，主要攜帶樹(shù)木、樹(shù)枝、麥草等漂浮污染物。

2 漂浮物治理常用設(shè)施

2.1 導(dǎo)漂設(shè)施

漂浮污染物會(huì)隨著水流方向漂動(dòng)，同時(shí)也受風(fēng)力和風(fēng)向的影響。要改變漂浮污染物的流動(dòng)方向，關(guān)鍵是改變表層水流的流向[4]。導(dǎo)漂設(shè)施正是基于此原理設(shè)計(jì)而來(lái)的，利用導(dǎo)流結(jié)構(gòu)調(diào)整水流表層流向，使漂浮物按照既定路線(xiàn)流動(dòng)，便于漂浮物攔截、收集。

常用的導(dǎo)漂設(shè)施有水流表層導(dǎo)漂屏、浮動(dòng)型承水擋誘導(dǎo)漂子、人工浮動(dòng)式誘導(dǎo)渠道共3 種。其中，水流表層導(dǎo)漂屏通常是由竹材、板條等組成的水工結(jié)構(gòu)物，有效水流寬度為水深的1.0～1.2倍范圍內(nèi)，導(dǎo)漂效果主要受屏板與水流方向的夾角影響；浮動(dòng)型承水擋誘導(dǎo)漂子由浮筒連接而成，具有平衡漂子所受水流、漂浮物和風(fēng)的作用力與承水擋所受水流作用力的特點(diǎn)，從而使其能在河流中保持所需位置，控制并引導(dǎo)漂浮物沿規(guī)定路線(xiàn)和方向漂流；人工浮動(dòng)式誘導(dǎo)渠道通常由入口、誘導(dǎo)渠道、渠道漂子、出口等幾部分組成。

2.2 排漂設(shè)施

排漂設(shè)施主要包括排漂孔、泄水閘、溢流堰等水工建筑物。工程中，通過(guò)合理布置排漂設(shè)施，使洪水中的漂浮物盡可能通過(guò)建筑物，避免漂浮物在擋水建筑物前堆積，堵塞其他水工建筑物，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成工程安全事故。排漂設(shè)施是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛、治漂效果較好、效率較快的漂浮物治理措施，在葛洲壩、三峽等許多大型水利工程中得到廣泛應(yīng)用。但其存在只是將漂浮污染物下泄，而不能從根本上徹底清理的缺點(diǎn)，這會(huì)造成大量污染物在下游聚集，帶來(lái)更大治理難度。

2.3 攔漂設(shè)施

攔漂設(shè)施是將上游漂流而來(lái)的污染物攔截到特定區(qū)域或岸邊，防止漂浮物繼續(xù)流向下游，其可單獨(dú)設(shè)置，也可與導(dǎo)漂設(shè)施聯(lián)合運(yùn)用[5]。這一設(shè)施的設(shè)計(jì)思路是將河道上下游作為一個(gè)大系統(tǒng)，即上游攔截的漂浮物越多，則下游重?cái)r、清漂浮物工作量越小，是一種徹底清除水面漂浮物的工程措施。

攔漂設(shè)施主要有攔污柵、攔漂排和羊圈工程。攔污柵是工程中最常見(jiàn)、應(yīng)用最為廣泛的攔漂設(shè)施，常設(shè)在泵站、水電站的進(jìn)水口處，起到保護(hù)機(jī)組、閘閥及管道不受損害的作用。攔漂排通常在水電站進(jìn)水口處設(shè)置，用于攔截一些具有一定尺寸的污染物。祁濟(jì)棠等人借鑒洪流中漂木動(dòng)態(tài)與洪水漂浮物動(dòng)態(tài)相同的特點(diǎn)，參照洪水單漂流送生產(chǎn)工藝收集洪水漂木的技術(shù)措施，提出利用羊圈工程收集漂浮污染物。

2.4 撈漂設(shè)施

撈漂裝置主要有拖船拖網(wǎng)、撈漂船、岸式輸送機(jī)、反鏟挖掘機(jī)等。其中，拖船拖網(wǎng)和撈漂船主要用于水上漂浮物打撈，岸式輸送機(jī)和反鏟挖掘機(jī)則用于岸邊聚漂區(qū)漂浮污染物的打撈。拖船拖網(wǎng)將漂浮污染物收集并運(yùn)送到垃圾處理點(diǎn)，可分為單船拖網(wǎng)和雙船拖網(wǎng)兩種作業(yè)形式。撈漂船是一種集“收集—濾水—壓縮—運(yùn)輸”等多功能于一體的打撈設(shè)備。

3 城區(qū)河道漂浮物治理設(shè)計(jì)

與山區(qū)河道相比，城區(qū)河道具有底坡較緩、河道順直、水流平穩(wěn)等特點(diǎn)。河道漂浮物類(lèi)型上以生活垃圾為主，如廢舊塑料制品，質(zhì)量較輕、體積小，樹(shù)木、樹(shù)根等大型漂浮物較少；數(shù)量上，主要集中在汛期，隨來(lái)流量增加而增多，平枯水期較少，比較分散。因此，確定城區(qū)河道漂浮污染物治理原則為：豐水期自動(dòng)清漂、枯水期集中人工打撈。

以某城區(qū)河道為例，進(jìn)行漂浮物治理措施設(shè)計(jì)。河道攔河閘段采用水閘與溢流堰相結(jié)合的布置形式。水閘共1 孔，位于河道正中位置，兩側(cè)布置兩孔溢流堰。

根據(jù)城區(qū)河道及其漂浮物特點(diǎn)和治理原則，借鑒庫(kù)區(qū)漂浮物治理措施，城區(qū)河道漂浮物治理借助水閘一側(cè)溢流堰，采用浮動(dòng)型承水擋誘導(dǎo)漂子、攔污柵與岸式輸送機(jī)相結(jié)合的方法徹底清理閘前水面漂浮物。

3.1 浮動(dòng)型承水擋誘導(dǎo)漂子

在攔河閘上游設(shè)置一浮動(dòng)型承水擋誘導(dǎo)漂子。該浮動(dòng)型承水擋誘導(dǎo)漂子傾斜布置于閘前，與水流方向的夾角為45°，起點(diǎn)位于閘室前河道左側(cè)主槽邊緣，終點(diǎn)位于右側(cè)閘墩邊緣。其由鋼絲繩將一節(jié)節(jié)浮筒連接而成，可依水流、漂浮物和風(fēng)對(duì)漂子的作用力與水流對(duì)承水擋的作用力相互平衡，對(duì)水位波動(dòng)具有一定的適應(yīng)性。

當(dāng)上游來(lái)漂進(jìn)入閘前水域誘導(dǎo)漂子作用范圍內(nèi)時(shí)，誘導(dǎo)漂子通過(guò)改變表層水流流動(dòng)方向，進(jìn)而改變隨流漂浮物的流向，使其按規(guī)定的路線(xiàn)漂流，順暢地聚集到閘門(mén)一側(cè)溢流堰前聚漂區(qū)，達(dá)到漂浮物自流化的目的。浮動(dòng)型承水擋誘導(dǎo)漂子的設(shè)置可避免漂浮物在閘前聚集，影響閘門(mén)運(yùn)行、破壞城市水景觀，也可阻止漂浮物隨閘門(mén)調(diào)度下泄，加重下游治理負(fù)擔(dān)。同時(shí)，還為城區(qū)河道漂浮物聚集到溢流堰前，進(jìn)行集中打撈提供了可能。

3.2 攔污柵

攔污柵布置于閘門(mén)右側(cè)溢流堰前，截留由浮動(dòng)型承水擋誘導(dǎo)漂子誘導(dǎo)而來(lái)的漂浮物，形成聚漂區(qū)，以便進(jìn)一步打撈治理，防止由于打撈不及時(shí)，漂浮物經(jīng)溢流堰繼續(xù)向下游漂流。為保障攔污柵安全運(yùn)行，應(yīng)及時(shí)對(duì)攔污柵前聚集的漂浮物進(jìn)行打撈，防止其由于受力過(guò)大而破壞。

3.3 岸式輸送機(jī)

岸式輸送機(jī)輸送帶底端深入到攔污柵前聚漂區(qū)內(nèi)，將汛期聚漂區(qū)內(nèi)聚集的大量漂浮物打撈上岸；輸送帶另一端可直接連接漂浮物輸運(yùn)裝置，避免打撈上岸的漂浮物堆積在城區(qū)河道沿岸，影響城市水景觀。岸式輸送機(jī)的設(shè)置可有效提高汛期漂浮物的打撈效率，保障打撈人員人身安全。

根據(jù)漂浮物治理原則，豐水期，河道流量大、水位高，經(jīng)浮動(dòng)型承水擋誘導(dǎo)漂子誘導(dǎo)而來(lái)的大量漂浮污染物聚集到攔污柵前，為節(jié)省人力，保障打撈人員安全，提高清理效率，采用岸式輸送機(jī)打撈柵前漂浮污染物；平枯水期，河道流量小、水位低，河流水動(dòng)力不足，漂浮物少而分散，聚集而來(lái)的漂浮污染物建議人工打撈，此時(shí)，若要采用岸式輸送機(jī)打撈，可在溢流堰一側(cè)設(shè)置一排漂孔，可有效增加河流水動(dòng)力。

4 漂浮污染物后處理

對(duì)于打撈上岸的漂浮污染物，目前國(guó)內(nèi)外的后處理方法主要有簡(jiǎn)單堆放、衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥和再生利用。由于漂浮物種類(lèi)較多，化學(xué)成分復(fù)雜，如果采取單一處理方法，會(huì)造成漂浮物中大量可回收資源浪費(fèi)，且不符合垃圾資源化處理原則。因此，改變目前單一處理垃圾的不合理方式，建立相對(duì)科學(xué)合理的漂浮物綜合處理方法，顯得十分必要。在上述幾種主要處理方法中，盡管直接焚燒法可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)漂浮物的資源化、無(wú)害化和減量化處理目的，但這種方法一次性投資費(fèi)用巨大，且需要嚴(yán)格的管理水平和較高的設(shè)備維修技術(shù)，這在我國(guó)大部分地區(qū)尚不能推廣。此外，在焚燒產(chǎn)生的廢氣中含有大量二噁英等有害氣體，直接排放會(huì)造成大氣污染，現(xiàn)有的廢氣凈化系統(tǒng)也不能完全凈化。因此，漂浮物的后處理建議采用“再生利用+堆肥處理+衛(wèi)生填埋”的綜合處理方法。

5 結(jié)語(yǔ)

借鑒庫(kù)區(qū)水面漂浮物的治理和后處理措施，總結(jié)了四類(lèi)庫(kù)區(qū)漂浮污染物治理措施，根據(jù)城區(qū)河道底坡較緩、河道順直、水流平穩(wěn)及漂浮物質(zhì)量較輕、體積小、汛期集中、枯水期分散的特點(diǎn)，提出了“豐水期自動(dòng)清漂、枯水期集中人工打撈”的城區(qū)河道漂浮物治理原則，并設(shè)計(jì)了一套“攔污柵+浮動(dòng)型誘導(dǎo)漂子+岸式輸送機(jī)”相結(jié)合的自動(dòng)撈漂設(shè)施。對(duì)于打撈上岸的漂浮物，其后處理建議采用“再生利用+堆肥處理+衛(wèi)生填埋”的綜合后處理方法。