黑臭及劣Ⅴ类水体底泥环保清淤与二次污染控制

陈威

（上海勘测设计研究院有限公司，上海200335）

随着近年来我国城市化、工业化和农业集约化的发展，工业污染、城市面源污染以及农业面源污染造成的水环境污染日益严重，城市河道、湖泊污染程度也在逐步加剧。据研究显示，我国大部分的城镇水体受到了严重污染[2]，其中部分水体甚至出现黑臭现象。水体污染的同时，底泥也会遭受不同程度污染，受污染底泥也会反过来成为内源污染，成为了黑臭及劣Ⅴ类水体整治的重难点之一[3，9]。

与普通水体较为不同，黑臭水体及劣Ⅴ类水体底泥中污染物含量较高，导致上覆水也易受到较大影响[10]。20 世纪90 年代初，上海苏州河黑臭十分严重，研究人员对其底泥进行了测量，结果表明，底泥中CODCr含量高达3300-130000mg/L，每天由于底泥的内源污染的释放，水体中CODCr增加2.3mg/L[7]。目前由底泥污染造成的水体污染占比较大，若要将水体黑臭的问题消除，就要将受污染的底泥进行最大程度清除。通过清淤将污染底泥从水体中清理出去，可以较好的控制内源污染[6]。

1 底泥环保清淤规模研究

1.1 底泥环保清淤概述

底泥清淤一般包括工程清淤以及环保清淤。工程清淤是按工程要求，主要考虑设计高程、土方量、清淤后几何形状尺寸等参数。环保清淤主要有两个意思，一是指以水质改善为最终目标，二是指在清淤过程中尽量把对水体环境的影响降到最小。环保清淤规模的确定，重难点在于合理确定清淤深度和范围，并较好控制二次污染。

1.2 黑臭劣五类水体底泥环保清淤步骤

相关研究表明，底泥环保清淤技术的关键步骤主要有以下几点：确定清淤范围、确定清淤深度、环保清淤方式选取、适宜施工期的选定[8]。

（1）确定清淤范围。综合考虑实际需要和经济性，将具有重要影响的地区作为清淤重点区域，对防洪安全性与水质较好及底泥污染较轻的区域采取不清淤或少清淤的对策。清淤前需要摸清底泥淤积、底泥污染、水质污染和生态环境状况，为污染底泥环保清淤范围的确定提供基础，还需考虑设置相应的安全范围。

（2）确定清淤深度。清淤深度是决定清淤规模的关键参数。然而，不同水体底泥分布及污染特征存在较大差异，国内外尚无成熟方法和公认标准。底泥沉积速率和分层特征可作为清淤深度确定的参考因素，目前可参考方法主要有经验值法、浓度控制值法、背景值比较法、拐点法和分层释放速率法等。

根据现有研究，底泥由上至下大致可以划分为污染层、污染过渡层和自然构造层[4]，其中污染层对上覆水体影响最大，而自然构造层应尽可能保留。目前普遍认为，清除底泥污染需要处理到污染层或者污染过渡层，但是这样实施后清淤后引起污染物释放也时有发生[11]。

（3）环保清淤方式选取。清淤方式与设备的选择需要考虑的因素有：工程条件、环境要求、设备的性能、项目进度、底泥特性、底泥输送等。例如，清淤设备的选择需考虑底泥密度，小于1.8g/cm2宜采用环保绞吸式清淤，若大于此密度，宜采用环保斗轮式清淤[5]。

（4）选定适宜施工期。郑金秀等研究认为，环保清淤作业最佳施工期为12 月初至4 月末[1]。该时期一般水位较低且风浪较小，底泥活跃度不高。此时开展清淤费省效高，可有效去除污染底泥。

2 底泥清淤工艺研究

2.1 清淤工艺与设备性能

环保清淤是十分复杂的系统性工程措施，本文比对了几种常见清淤设备的综合性能，比较结果见表1。从表1 可以看出，绞吸式清淤与气力泵清淤的清淤精度较高，清除细颗粒、淤泥效果好，可有效控制二次污染，且具备较高的作业效率。

2.2 环保清淤工艺选取

湖库、河流、小微水体之间具有不同特征，因此根据湖库、河道、小微水体分别提出清淤工艺与设备选取：

（1）湖库清淤。通常来说，许多湖泊底泥较为深厚，且搅动后容易扩散。针对湖泊的特点，若水深在30m 以内，推荐采用绞吸式环保清淤；若深度大于30m，宜选用气力泵清淤。

（2）河道清淤。只有结合实际情况选择适宜的河道清淤工艺，才能对河道综合治理起到积极的效果。若所需开挖泥层厚、工程量大，且对水质要求较低，可适当采用斗轮式清淤；对于非航运河道，若河道中存在大型、复杂垃圾，在有条件的情况下也可选用排干清淤；若对水质要求较高且河道宽度较大，水深在30m 以内，可采用环保绞吸式清淤，水深大于30m，宜选用气力泵清淤。

（3）小微水体清淤。小微水体具有径流量较小、水面小、水下地形简单、工程量小等特点，不宜进行水下清淤作业，宜采取排干清淤。

表1 几种常见清淤设备的综合性能比较表

3 环保清淤二次污染控制研究

3.1 二次污染产生原因

对于环保清淤中二次污染，本文主要总结了以下4 个原因：

（1）作业污染。清淤作业过程中搅动可导致底泥中污染物向水体中释放和扩散。另外，若清淤深度控制不当，可能导致深层的污染物释放进入水体。

（2）输送污染。排泥管线布在水面或水下，输送污泥过程中，若管道渗漏，将造成污染物进入水体中；车船运输过程中污染物掉落直接进入水体或经雨水冲刷对土壤及水体产生二次污染。

（3）退水污染。堆泥场退水尚未得到充分沉淀，其中污染物浓度还较大，导致受纳水体被污染；底泥堆场泥浆余水中含有大量污染物，在自然降雨冲刷下，污染物随径流下渗或侧渗，造成土壤及水体二次污染。

（4）底泥污染。环保清淤产生的底泥若被作为普通废物堆放在贮泥场中，污染物可能因为雨水冲刷进入水体产生二次污染。

3.2 二次污染的控制

3.2.1 作业阶段二次污染控制

（1）挖泥船优化。对于绞吸式挖泥船，通过防污罩法、纱帘法、安装传感器等在一定程度上将污染底泥与水体分割，并减少绞刀头周围底泥的扩散。

对于抓斗式挖泥船，通常采用焊机钢板将两侧缝隙堵住，从来提高密闭性，减少作业时污泥渗漏。

对于铲斗式挖泥船，通常在铲斗上增加活动罩，在提升铲斗时减少污泥流出。

（2）作业方案优化。挖泥船清淤的明显影响区域分别为300m 以内和200m 以内，为减少清淤期间受清淤施工影响的河段长度，可按照“疏一段，成一段”的原则进行清淤作业。

3.2.2 输送阶段二次污染控制

（1）输泥管运输产生的二次污染。为防止因排泥管线敷设不合理而造成的污泥渗漏污染，排泥管线需按要求敷设，且不使用磨损程度严重的输泥管作潜管。

（2）车船运泥过程中产生的二次污染。船只运输时，需加强航运管理调度，可仅采用单线运输方案；公路运输时，应首先进行脱水固化处理，使淤泥含水率降至65%以下。

3.2.3 退水阶段二次污染控制

退水中一般污染物浓度仍较高，若随意排放将对受纳水体造成二次污染。

因此，有必要采用适当的技术对排泥场余水进行处理后再排放，保证环保清淤工程有较好的环境效益。

余水处理主要有物理处理法、化学处理法以及磁分离技术。根据不同工程清淤特点，余水处理应根据实际情况采用适宜的组合方法。排入水体前，需保证余水排放口的出水SS达到70mg/L 以下。

3.2.4 底泥处置阶段二次污染控制

确定处理方式前，应对受污染底泥进行成分分析，确定底泥的处置方法。对毒害性较大的重金属污染底泥，按照环保要求进行封闭式安全填埋处理，堆场围堰设计与施工时应有防止底部渗漏和侧向渗漏的措施；对营养盐含量较高的底泥，积极开展底泥资源化利用，使占压土地的底泥变为有用的资源。

4 结论

本文梳理出适应各类水体的底泥清淤方式及二次污染控制措施，以期黑臭及劣Ⅴ类水体内源污染整治提供一定的借鉴和参考，主要结论有4 条：

（1）对于湖泊清淤，应根据水深选择采用绞吸式环保清淤或气力泵清淤。

（2）对于河道清淤，若所需开挖泥层厚、工程量大，且对水质要求较低，可适当采用斗轮式清淤；对于非航运河道，若河道中存在大型、复杂垃圾，在有条件的情况下也可选用排干清淤；若对水质要求较高且河道宽度较大，应根据水深选择采用绞吸式环保清淤或气力泵清淤。

（3）小微水体清淤通常采取排干清淤。

（4）底泥清淤的二次污染控制应从作业阶段、输送阶段、退水阶段以及底泥处置阶段等多方面考虑。