环保疏浚底泥技术

摘 要：本文主要是从环保疏浚的基本概念,工程方案设计,主要问题及所研究的主要方向等几个方面进行的具体论述,可供同行参考.

关 键 词：底泥环保疏浚底泥疏浚工程

前言：

污染河道环保疏浚过程中产生的大量污染底泥堆放在底泥堆场,污染底泥含水率高,在自然条件下难以快速脱水干化,尤其是在雨水充足的地区,会长时间占用堆场土地资源,不利于疏浚底泥后续的处理和资源化利用.因此,如何做好河道环保疏浚是一个非常严峻的工程.

1环保疏浚的概念

为改善环境为目标的疏浚,称为环保疏浚.环保疏浚利用机械方法清除江河湖库污染底泥,为藻类生长提供磷限制条件的环境友好型疏浚技术.

2环保疏浚工程方案设计参考因素

环保疏浚是近30年来发展起来的新兴产业,是水利工程、环境工程和疏浚工程交叉的边缘工程技术.既要考虑疏浚工程实施中技术上的可行性及经济上的合理性,又需满足环境保护的要求.其工程方案设计所考虑的主要因素如下.

2.1疏浚深度

通常情况下,水域中污染沉淀物厚度不均,变化较大.疏挖中既要去除污染底泥,又要尽量减少非污染底泥的超挖,以避免破坏,同时要降低污染底泥的处理量和处理费用.因此,要求疏竣设备的疏挖精度大大高于一般航道疏浚或水利疏浚的疏挖精度.底泥结构由上而下可分为三层：上部浮泥层、中部淤泥层、底部老土层.上部浮泥层是底泥中最易污染上覆水体的主要因素,是环保疏浚的主要对象.开展疏浚时也应去除中部淤泥层.底部老土层属自然构造层,是疏浚时应该保留的部分.

在底泥分层结构及其污染特性分析基础上,常用“拐点法”确定底泥疏浚厚度,即从污染物沿底泥厚度方向上的垂向分布特征找出“拐点”（污染物浓度突然降低的点）,以“拐点”以上的厚度作为疏浚厚度疏挖深度的确定应综合考虑清除内源性污染、控制对高等水生植物和底栖动物等的影响以及有利于生态恢复等问题.在地下水位低的地区,要预防疏浚破坏水体防渗层并造成渗漏的事故发生.另外,城市水体的底泥疏浚还要考虑和评价对河道安全的影响,如疏浚可能引起的岸线及沿岸建（构）筑物的破损乃至坍塌等.

2.2疏挖方式

底泥的疏浚方式可分为干床疏浚和带水疏浚两种基本类型.干床疏浚是疏浚前把水放干,一般适合于规模较小的池塘、水库或小型河道,其底泥可通过人力清挖、机械（推土机）清挖或水力冲挖（带浮筒的高压水及吸泥泵）等方式清除.干床疏浚便于人力和机械作业,疏浚较彻底,但对水体生态影响较大,有时还会影响岸线及周边建（构）筑物的安全.相比而言,带水作业的应用范围较广,江河湖库的疏浚都可用之.

2.3疏浚设备

河道疏浚工程具有技术密集、资金密集、管理密集的特点.河道疏浚工程依赖的疏浚设备即挖泥船属于高技术含量的非标设备.带水作业的疏浚设备基本有两大类：专用疏浚设备与常规挖泥船改造.专用疏浚设备多为国外产品,开发研制时间长,产品比较成熟,疏浚质量好.在常规挖泥船改造方面主要是开发研制疏浚用的环保绞刀.

疏浚设备的选择需要考虑设备的可得性项目时间要求底泥输送距离排放压头以及底泥的物理和化学特征等,还应根据当地的具体条件选用适宜的设备.

3目前国内外环保疏浚工程的主要困扰

3.1底泥扰动

疏浚时,机械的搅动会引起底泥沉积物悬扬.沉积物是疏水性持久性有机污染物主要的蓄积场所.沉积物的悬扬引起氨和磷化物的释放,使水质“肥化”,致使疏浚达不到预期的效果.例如,英国布赖顿港口底泥疏浚后水体中的除草剂浓度比疏浚前升高.此外,由于扰动而重新悬浮的重金属等有毒物质对当地的水生物会造成潜在的危害.

3.2底泥的二次污染

底泥在淋溶及浸出条件下,其所含重金属和氮、磷及有机污染物等可能扩散转移,对环境造成二次污染.尤其是底泥中的重金属具有环境持久性,处置不当将造成难以弥补的严重后果.国际上一些发达国家甚至要求在疏浚前对污染底泥进行生态风险评估.

3.3河道底部物理结构的破坏

城市河道特别是自然形成的历史较长的河道,由于历史积累在底层形成了良好的天然防渗层,如果在底泥疏浚过程中处置不当,将导致这个天然防渗层的破坏,从而破坏了河道底部的物理结构.例如,北京三家店水库在疏浚过程中破坏了库底防渗层,造成了严重渗漏的事故.

3.4底栖生态系统的破坏

在施工情况下,由于各种因素的干扰,环保疏浚会对底栖生态系统造成一定的破坏.在疏浚工程完成后而新的底栖生态系统未建立前,河道生态系统较脆弱,极易爆发水华.例如,21世纪初南京对玄武湖疏浚后爆发了大规模的水华事件.

4环保疏浚研究的主要方向

4.1水力吸泥--离心脱水疏浚工艺的研究

根据底泥污染特征及中心建成区河道疏浚施工的条件,采用水力吸泥,疏浚泥浆现场脱水的疏浚组合工艺是一种适用的城市河道受污染底泥清理技术.其优点表现在：①水力吸泥能有效地疏浚有机质含量高、比重与水接近且具流动性的污染富集底泥；②现场离心脱水可大幅减少需外运消纳的疏浚物料量,适合中心建成区的施工环境；③离心脱水固有的剪切与颗粒水力分级作用,可使离心脱水后物流按污染程度分流,由此能显著减少需处置的物流量.这项技术正在工程实践中逐步推广.

4.2绞吸式挖泥船的精确改进

国外开展污染底泥精确疏浚和高浓度疏浚技术的研究,其核心是先进疏浚设备的研制与引进.目前较为先进的环保型疏浚方法是采用绞吸式挖泥船,这种方式是直接由管道在泥泵的作用下吸起表层沉积物并远距离输送到陆地上的堆积区（堆场）.高精度的卫星数字化全球定位系统RTK-DGPS和水下摄像等技术正在发达国家的疏浚领域中逐步得到广泛应用.我国的环保疏浚行业需要大力加强精确定位技术、现场监控和显示系统在疏浚工程中的应用,探索采用“数字化疏浚原理”实现污染底泥清除的全过程控制.

4.3疏竣底泥的后处理研究

为避免引起二次污染,底泥后处理研究集中在以下几个方面.

4.3.1污染底泥处置与利用

污染底泥处理摒弃了以前单一的作为弃土弃置的方法,逐步向着资源化、减量化、无害化利用的方向发展.主要有堆存封闭法、污染泥集装化、生物修复和资源化利用等.应该鼓励在可能的条件下使污泥处置与综合利用相结合,将废弃底泥用于以泥换土、制砖、改良土壤和填筑低洼地等变废为宝,这不仅有利于保护生态环境,还能够产生一定的经济效益和社会效益.例如,美国麻省将湖泊疏挖出来的153×103m3的底泥用做土壤调节剂,从而节约大量成本在洞庭湖周围,约90%的砖瓦生产厂家利用淤泥生产砖瓦,较好地解决了底泥问题.上海市向部分较低滩地实施适度泥土上滩和围涂促淤,扩大湿地面积.

4.3.2堆场余水处理

污染底泥经过自然沉淀后,从堆场溢流排放的多余水,被称为余水.余水中含有大量的有机物、氮、磷、重金属等污染物,这些污染物附着于细颗粒上,悬浮在余水中.余水处理的方法有过滤、离心、絮凝沉淀法等.絮凝沉淀法是目前国内外余水处理最常用的方法.絮凝沉淀法的优点在于不需动力、操作弹性大、对水质水量变化的适应性强、药剂供应方便、处理设施占地面积不大,且设施简易、成本低、搭建容易.

4.3.3疏挖泥浆干化

污染底泥属于含高有机质的淤泥质土类,淤泥质土自然干化固结过程缓慢.当需要加速其干化过程时,可采用人工强化脱水措施.在吹填工程中加速固化的常用方法包括真空预压法、堆载预压法、加药沉淀法、机械脱水法、堆场主动排水法等.土工管袋过滤脱水技术近几年逐渐被用于江河湖海淤泥脱水处理.

4.4疏浚工程与生态重建相结合

目前,从河道生态保护角度出发,使疏浚与河道生态重建相结合,在确定疏浚区域和疏挖深度时充分考虑大型水生植物的生长条件和分布,是目前国内外河湖富营养化治理的主要研究方向.