胡 現(xiàn)

（湖南恒凱環(huán)保科技投資有限公司，湖南 長沙 410205）

0 引言

人類活動和自然界的新陳代謝，使得河流湖泊里的淤泥沉積越來越多，治理這些淤泥是水質(zhì)環(huán)境保護中不可缺失的重要環(huán)節(jié)。底泥中各類有機物含量較高，會對水質(zhì)和水生態(tài)造成不利影響。對水底淤泥的治理不僅要從“生態(tài)清淤”的角度入手，同時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：%

本文選取測量了湖南省永州、張家界、懷化、常德四地的河道淤泥，經(jīng)實驗分析，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）里的標準，可知河道淤泥的重金屬含量是遠低于制磚限值的，這也是國內(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 淤泥對經(jīng)濟社會和環(huán)境的影響

2.1 淤泥過量堆積對經(jīng)濟社會的影響

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

2.2 淤泥過量堆積對生態(tài)環(huán)境的影響

淤泥的特點是含水量極高，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，影響水生動物的生存。同時淤泥中的重金屬元素可能進入飲用水源，或者隨動植物進入食物鏈，最終影響人類的生活。

2.3 黑臭水體對居民生活的影響

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，發(fā)臭的水體影響市容市貌，給城市管理帶來困難和挑戰(zhàn)。

3 生態(tài)清淤的技術(shù)

3.1 清淤方式

當前國內(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)臨時圍堰，然后排干水分，采用挖掘機或人工的方式清除淤泥。這種清淤方式優(yōu)點十分突出，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。但是缺點同樣明顯，需施工的臨時道路較多，容易損壞兩岸邊坡的坡頂和坡底，雨季對施工影響較大，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進行淤泥清理，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。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)點是不需要排水、清淤效率高、清淤徹底、無二次污染、只需填埋場內(nèi)少量臨時道路。其缺點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，然后通過駁泥船運輸、卸泥、轉(zhuǎn)運到岸邊堆場。

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

優(yōu)點：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。其施工方法簡單，資金耗費較少，受天氣影響較小。

缺點：抓斗式挖泥船在開挖軟弱底泥的過程中，容易攪動底泥，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送到岸邊堆場。當運輸距離較遠時，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：不易發(fā)生泥漿泄露造成二次污染。受天氣影響較小，對通航不會產(chǎn)生較大影響。設(shè)備上裝配有GPS定位儀，同時可以回聲探測深度，施工精度可得到保障。

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

3.2.3 斗輪式清淤

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

缺點：易造成大量污染物的擴散，且操作過程中有嚴重的逃淤、回淤現(xiàn)象，淤泥清除率在50%左右，無法達成高效清淤。

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：環(huán)保絞吸式清淤船配備挖深測定儀，進行挖掘過程的高程控制，精準定位挖掘深度，大幅提高了施工精度。同時可有效防止大力動作對水底攪動而引發(fā)的淤泥擴散現(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光、自然風(fēng)加快水分的蒸發(fā)。這種處理方法簡單易行，不需要耗費大量資金用于購置或者租賃設(shè)備，成本較低，適宜于處理含水率低的淤泥。

其缺點也較為明顯，首先，干燥效率不高，耗時較長，堆積的淤泥內(nèi)部干燥較慢。其次，淤泥沒有經(jīng)過無害化處理，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，對周邊居民產(chǎn)生較大影響。再次，需占用大面積的場地，場地的選址要求高，較難找到符合要求的場地。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)橫向濾管，敷設(shè)一層HPDE膜形成密閉環(huán)境，然后利用真空泵抽真空，水在負壓和自重的作用下濾出。

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

但其缺點是：部分有機質(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，占用場地大，沒有進行無害化處置，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8～30 m、長度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，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，這種方法對于場地要求較高，處理周期較長，對于收集的出水，還需要配置污水一體化處理設(shè)備進行進一步處理。

3.3.4 機械干化

該工藝主要通過傳統(tǒng)脫水機械設(shè)備完成。常用的機械有螺旋式壓榨污泥脫水設(shè)備、板框壓濾機以及離心式脫水機。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，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，同時綜合考慮技術(shù)先進性、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)缺點對比如表4所示。

表4 底泥的幾種處置工藝的優(yōu)缺點對比

4.2 重金屬不超標的高氮、磷污染底泥底泥處理工藝

對于重金屬不超標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，達到無害化處理的目的。

4.2.4 生態(tài)景觀營養(yǎng)土利用技術(shù)

經(jīng)處置后的底泥，富含豐富的營養(yǎng)元素，是園林景觀植物重要的營養(yǎng)基質(zhì)土來源之一，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

目前我國不管是對于淤泥治理的研究還是實踐都已經(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，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)從加強污染源控制，實施定期清淤作業(yè)，加強監(jiān)測，實行閉環(huán)管理，以及實施淤泥資源再利用技術(shù)研究等方向入手[2]。我國生態(tài)清淤與淤泥資源化利用的技術(shù)已取得長足進展，但是環(huán)境保護與資源利用是一件需要長期堅持的事情，相關(guān)技術(shù)及政策還需進一步完善。