淺談環保疏浚的影響因素

方申柱，徐鑫

（安徽省交通航務工程有限公司，安徽合肥230011）

0 引 言

隨著人類社會不斷發展，城市化的速度越來越快，工業化程度的越高，人類活動對自然環境的影響日益增加，由于以前人類環保意思的淡薄，大量的工業廢水和生活污水排入江河湖海，很多江河湖海水域的水體土壤被污染，導致水體富營養化或水質惡化等不良影響，已經嚴重影響人類生存環境。

水體污染類型分為內源污染和外源污染兩類，環保疏浚作為快速、直接去除內源污染行之有效的方式之一，其國內工程實踐和技術應用較多，結果表明環保疏浚對污染嚴重的水域底泥清淤效果明顯。與發達國家相比，主要表現在設備與環保疏浚技術滯后，這些原因已成為環保疏浚技術的應用與推廣的絆腳石。

1 環保疏浚影響因素

環保疏浚目的在于在清除水體中污染物，是清除污染水體的內源污染物技術與生態修復相結合技術相結合的一門科學，環保疏浚技術是一門環境工程、港航工程、水利工程的綜合科學，同時也一門多學科交叉學科。我國環保疏浚工程一個龐大的系統工程，它至今存在的眾多的重大基礎科學問題和工程實踐中的問題需要科學家和工程師的共同努力探索和解決。目前在環保疏浚過程中挖泥精度、疏浚過程中的擴散、疏浚底泥的干化、底泥脫水的資源化利用、余水的處理等方面存在一些技術缺陷。本文就影響國內環保疏浚的一些影響因素做如下闡述。

1.1 挖泥精度

環保疏浚的目標是除去水體中受污染的底泥，其開挖深度視污染底泥的分布情況而定，開挖泥層不太厚時，疏浚工程一方面要達到去除污染底泥的目的，另一方面要盡量避免非污染底泥的超挖，還要將污染底泥的處理量及成本控制在一定范圍內。因此，環保疏竣設備的疏挖精度要求遠大于普通航道或水利疏浚設備[1]。

底泥自上而下依次由浮泥層、淤泥層和老土層組成。環保疏浚需要疏挖的是容易污染上覆水體的上部浮泥層。中間淤泥層也是疏浚時去除的對象。底部老土層屬自然構造層，疏浚時應該保留該部分[2-3]。不難看出，環保疏浚對疏浚精度（平面定位和深度控制）有較高的技術標準，其疏挖深度誤差控制在5cm～10cm。通常情況下，疏浚控制系統能夠論證和達到的精度指挖掘頭的定位精度，也就是挖掘頭的定位點，不能理解為疏浚達到的深度就是挖掘頭對應的深度[4]。根據挖掘頭支架角度（由支架角度傳感器確定）、船舶垂直位置（由RTK-GPS船臺確定）和船舶結構參數等基本信息綜合處理獲得挖掘頭挖深測算。影響RTK測量精度的主要因素有:

①GPS系統誤差；

②RTK設備；

③測量環境；

④操作人員專業水平；

⑤測量方法等。

通過實踐證明，船舶垂直位置的誤差和RTK-GPS自身的精度是挖掘頭挖深定位精度的重要影響因素。因此，提高挖掘頭挖深定位精度、優化RTK-GPS的精度是系統技術，關鍵在于避免船舶垂直的誤差和RTK-GPS自身的精度[5]。

目前疏浚船垂直定位最常用的有2種方式：

①水面換算定位，具有一定的限制性，一般的適合的工況條件下可滿足環保疏浚要求，但是在狹窄、封閉或風浪等水環境時，其精度會受到一定的影響；

②RTK-GPS定位，使用RTK-GPS定位可達到水面換算定位的精度，其優點能克服水面換算定位應用局限性的缺點。

此外疏挖精度受其它影響因子的影響，如絞刀橫向位移、鉸刀的轉速、泥漿泵流量、疏挖底泥物理性能等。影響環保疏浚的精度影響因子多，要增強系統的適用范圍，要從多方面影響因子進行綜合研究。

1.2 疏浚過程中污泥擴散

由于挖掘頭的擾動和水體流動，染底泥被疏浚后顆粒會變小,顆粒變小后的污泥容易在水體中擴散，沒有被吸泥管吸入污泥顆粒在絞刀頭周圍擴散,容易造成二次污染,污染周圍的水域水體水質，這被稱為擴散[6]。國內環保疏浚工程中極少實施防擴散措施，工程作業時水域水體懸浮顆粒擴散嚴重；此外,疏挖能力和泥漿輸送能力不協調,造成清淤效果不佳。擴散量的大小的影響因素有：

①土的類型；

②絞刀頭轉速；

③挖掘頭姿態；

④吸口的位置；

⑤進刀量、泥泵流量；

⑥周圍水體流速等因素。

1.2.1 傳統疏浚工藝在疏浚過程中常見的問題

①疏浚過程中底泥的擾動

疏浚過程中時，底泥沉積物在外力的擾動下會出現懸浮擴散現象。污染底泥積聚了很多非親水性、持久性有機污染物[7]。沉積物的懸浮引起氨和磷化物的釋放，造成水體富營養化，造成水體二次污染，達不到理想的環保疏浚效果。在英國有案例說明在底泥疏浚后，由于疏浚過程中對底泥的擾動，其疏浚后水體中的除草劑濃度大于疏浚前水體中的除草劑的濃度[8]。其原因為在疏浚過程中對底泥的擾動而導致污泥懸浮擴散，而這些懸浮擴散污泥大多含有一些重金屬和有毒有害物質隨污泥顆粒擴散進入水體，給當地的水生態環境留下污染隱患[9]。

②疏浚底泥的二次污染

(1)湖南省城市化發展水平穩步提高，增長速率逐步放緩。城市化評價綜合得分從2001年的0.096到2015年達到0.896。其中2005～2011年間，城市化的綜合得分增長速率較快(圖1)。對比各級準則層的變化趨勢可發現，空間城市化、經濟城市化、社會城市化3個準則層與城市化綜合曲線的變化趨勢基本吻合，而人口城市化后10年一直保持平穩狀態。從貢獻份額角度來看，社會城市化與經濟城市化的發展對于城市化的發展有著較大的推動作用。

疏浚底泥干化前存放污泥堆場，在雨季，污染底泥在雨水的沖刷作用下，污泥中有毒有害污泥可能隨雨水擴散轉移擴散，將有毒有害污泥釋放到周圍環境中，容易造成二次污染。尤其是污染底泥中所含重金屬對環境有持久的負面影響[10]，因此疏浚底泥應妥善處置，若處理不當，將嚴重影響周邊生態環境。德、日、美等發達國家在不斷提高環保疏浚技術的同時，甚至規定在疏浚前實施生態風險評估。

③疏浚過程中導致河道底部物理結構的破壞

一般古老的河道經過漫長時間積累，形成了固定的天然防滲層，若底泥疏浚時精度控制不佳，天然防滲層可能遭到人為破壞，從而損壞了河道底部原有的防滲結構。如北京三家店水庫底泥疏浚過程中發生嚴重滲漏事故，就是因為在疏浚過程中破壞了水庫底層防滲層[11]。

1.2.2 控制擴散的關鍵技術

①研究污泥顆粒疏挖過程中自然沉降規律。

②研究絞刀切削轉動過程中的離心力與泥泵吸泥過程中的負壓之間的關系。

③研究環保疏浚過程中泥沙擴散的規律。

④研究環保疏浚施工工藝：泥漿泵的輸送能力，挖掘頭的挖掘能力,減少污染底泥疏浚作業中底泥殘留量,限制底泥顆粒的擴散范圍[5]。

1.3 疏浚底泥脫水干化

堆場處理是大量環保疏浚底泥處理處置的有效措施之一，堆場底泥具有含固量小、顆粒細小、帶負電性、含有大量氮磷營養物質等特點，自然狀態下泥水分離較為困難。疏浚底泥自然干化周期長，這是由于疏浚泥漿多數為粉質粘土，滲透性能很差；在沒有外力作用下堆場中部、底部基本沒有水分蒸騰作用，水分縱向遷移的阻力都很大。

因為污染底泥滲透速率相當緩慢，整個堆場泥層處于飽和狀態的時間較長，承載力一直很低，其含固量無法滿足運輸要求，導致疏浚底泥不能及時運走。如遇降水天氣，疏浚底泥干化速度進一步減小，還會因為雨水的沖刷浸泡引發二次污染。大量污染底泥長時間堆放在堆場，占用土地資源，且不利于疏浚底泥后續的處理和資源化利用，影響甚至制約著湖庫底泥環保疏浚工作的廣泛開展[12]。因此疏浚底泥快速脫水干化技術的提高，有利于環保疏浚技術工程大規模實施。

目前工程實踐中底泥脫水干化的主要方法有物理脫水法、化學脫水法。物理法是主要將污泥中的毛細水與結合水排出。化學脫水法通過投加絮凝劑改變底泥顆粒粒徑，投加從加絮凝劑可增大絮體，可改善污泥絮體的沉降速度，便于污泥快速脫水干化。底泥脫水效果提高、底泥脫水干化成本的降低，將促進環保疏浚技術的廣泛應用。實踐證明單獨使用化學方法脫水與單獨使用物理方法脫水都達不到預期的效果。而將投加絮凝劑的化學方法結合物理排水法，處理效果較好。由于加入絮凝劑使得底泥顆粒的粒徑增大，改善堆場中底泥排水通道，有利于物理方法脫水。提高污泥干化速率。減少了污泥堆場的占用時間、縮短了工程周期、間接降低了處理成本。化學絮凝脫水與物理脫水相結合的方式，將絮凝劑成本較小和物理法干化效果良好的優勢發揮極致，在城市湖泊疏浚工程中，底泥堆場面積的限制、工期的限制、經濟指標的考核等，都是環保疏浚工程考慮的因素。化學絮凝脫水與物理脫水相結合的方式，是一種性價比非常高的方式，也是今后大規模環保疏浚工程底泥脫水干化技術應用的發展趨勢[13]。

1.4 底泥脫水的資源化利用

環保疏浚若未能對疏浚底泥妥善處理，由于湖泊底泥中含有大量有病原菌、病毒、寄生蟲（卵）等大量有害物質，極易造成對河湖水質的二次污染。因此，環保疏浚工程是一項系統的環境治理工程，如果不對底泥進行處置，單獨對河湖進行治理，達不到預期的效果，同時有可能面臨更嚴峻的環境污染問題。由于一些湖泊底泥污染較嚴重，含有各種有毒有害成分等，如果把疏浚的底泥單純堆放而不采取任何措施[14]，堆泥場占用大量的土地資源，同時也浪費了可被利用的資源——疏浚底泥。若采用適當的方法使得底泥無害化，成為可用無害的資源，如底泥固化制成免燒磚、有機肥料等。作為環保疏浚的關鍵環節之一，疏浚過程中污染底泥的資源化問題一直是備受關注[15]。

底泥資源化處理技術主要有以下幾種。

①不同地域的污染水體其疏浚底泥特性都存在差異性，所以應加強對河道湖泊底泥性質和污染程度的相關性研究，保證底泥資源化過程中取得最佳方案。

②疏浚底泥經改良劑預處理后，經底泥原位脫水工藝和一體化機械脫水處理后的干化疏浚土，當含鹽量≤0.3%，pH＜8.5，適宜于制備種植用土壤。

③疏浚底泥原位脫水工藝的疏浚淤泥黏粒含量較高，是制磚用土壤的好材料，還解決底泥的出路。另外利用底泥可以燒制陶粒和輕質磚，通過水泥膠結陶粒可生產具有一定強度的免燒磚，將含有機物高的污泥與底泥混合焙燒，在焙燒的過程中由于有機質被燃燒可產生大量的微孔，這樣就可以制得輕質磚。試驗配方根據不同污泥特性通過試驗確定。

④疏浚底泥一體化機械脫水二級沉淀池中的淤泥，這部分淤泥的砂粒含量高，適宜于制備基礎建設工程用土。

⑤在疏浚底泥資源化處理處置過程中，應加強整個工程成本控制，既要實現底泥的資源化，又要產生必要的經濟效益，達到循環經濟的目的。

針對不同的污染底泥進行相應的資源化利用，將具有廣闊的應用前景。

1.5 余水的處理

環保疏浚是河流、湖泊、航道及港口內源污染物綜合治理的重要方式，環保疏浚過程中，污染底泥被泥泵葉輪打成泥漿輸送到底泥堆場，經堆場自然沉淀后污泥留存于堆場，多余的水從堆場溢流排放，被稱為余水。由于疏浚底泥堆場余水含有重金屬、氮、磷、有機污染物等特點，不經處理的余水直接排水周圍水體，破壞周邊水體的生態環境，極易引發二次污染[17]。余水中懸浮顆粒比重小，不易自然沉淀，若不對余水進行妥善處理將制約環保疏浚工程的廣泛推廣。探求一套快速、安全、高效的余水處理方法是今后研究和關注的重點，重點是促進余水中細顆粒的沉降，以清除大量的污染物[18]，保證余水達標排放，使環保疏浚工程能夠得到廣泛的推廣。目前，國內外學者對余水處理的研究，主要包括物理法、生物法和化學法[19-21]。采用三者相結合的綜合處理法，使疏浚余水依次通過生物排泥池、沉淀池、澄清池，并利用一體化加藥設備向余水均勻投加聚合氯化鋁(PAC)絮凝劑，經處理的余水排放水質達到《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)二級標準，說明該余水處理方法是行之有效的，實現了疏浚余水達標排放和環保疏浚的連續吹填。

2 結 論

①目前在環保疏浚過程中挖泥精度、疏浚過程中的擴散、疏浚底泥的干化、底泥脫水的資源化利用、余水的處理等方面存在技術難題，成為環保疏浚技術應用和推廣的瓶頸。只有克服上述技術難關才能實現真正意義上的環保疏浚，疏浚后新生界面層的生物活化問題、回淤問題也是影響環保疏浚的重要因素，由于篇幅所限本文不做闡述。

②為使環保疏浚技術更具普遍性與實用性，針對我國窄水域水體污染嚴重，沒有適用性、專用性的疏浚裝置的現狀，在現有疏浚技術的基礎上，研制開發一種設計科學合理、清潔環保、使用方便、適用于窄水域的小型一體化可移動可分拆絞吸式淤泥脫水疏浚裝置，該裝置可設計為絞吸式淤泥脫水疏浚船或疏浚車。

③疏浚和薄層清淤是環保疏浚的關鍵環節,污染底泥疏挖太淺不能有效去除污染物質，疏浚過深又會破壞沉積物中的原有種源和底棲水生生物環境。在實踐工程中仍然使我們需要解決的技術瓶頸。

④根據不同的環保疏浚底泥的特性，開發湖泊底泥多樣化資源化利用技術，主要集中在能源回收、材料制備和土壤恢復利用三大領域，如此不但可以實現經濟效益，也能達到良好的社會效，

⑤加大高校與施工單位的合作力度，高校科研大量的實驗參數應在工程實驗中進行修正與優化，為環保疏浚施工單位提供理論上的支持；施工單位總結施工經驗，優化環保疏浚工藝設計，突破環保疏浚技術難關，不斷提高我國總體環保疏浚技術水平。

⑥政府政策的導向也是影響環保疏浚發展的重要因素，由于環保疏浚與傳統的疏浚相比，雖然效果好，但是投資較大，政府政策的支持與資金的及時到位，更有利于環保疏浚業的發展。

[1]毛文軼.RTK-GPS在環保疏浚工程中的應用[J].中國水運，2007(2).

[1]張景明，等.環保疏浚防擴散技術研究報告[R].2005.

[3]戴鼎立，何圣兵.改善環保疏浚底泥脫水干化效能的實驗研究[J].環境工程學報，2013(5).

[4]吳姜平，胡保安.環保疏浚底泥資源化技術研究發展[J].中國港灣建設，2009(1).