城市河道底泥污染及清淤治理研究

朱曉峰

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 三門峽 472000)

0 引言

淤泥中的有機物和重金屬，不僅對水生物有毒有害，還會深入土壤，污染地下水，且十分影響城市景觀。淤泥中的營養鹽和有機物比水體中豐富得多，在河流污染整治中，當河流水質得到明顯改善或者水體受到外來擾動時，底泥中污染組分開始向上覆水體中釋放、輸送，使得底泥成為河流的內在污染，其污染物的釋放隨季節的變化也會表現出不同的特點。因此對污染底泥沉積物的治理尤為必要，若底泥污染得不到有效控制或去除，上覆水的治理效果也不能得到鞏固。因此，在外源污染得到基本控制的條件下，必須徹底清除內污染源——底泥污染沉積物，進而恢復重建水體生態系統，才能達到理想的治理效果[1-3]。

1 工程概況

城市河道清淤工程項目，現狀渠道寬5.5 m～20 m，全長約1000 m。根據現場調查和實地測量，工程范圍內的河道均存在不同程度的淤積。河道底泥污染物嚴重超標，影響水環境。河道淤積情況也影響了河道的泄洪能力，侵占了河道的過洪斷面，抬高了河道水位，對河道現有的防洪體系形成威脅。兩岸均為自然土坡，岸坡較陡，土質疏松，植被較差，易產生水土流失。

2 河道底泥污染物分析

2.1 土壤污染物標準值確定

目前國內沒有TN(總氮)、TP(總磷)的土壤污染物質量標準值。參照EPA制定的底泥分類標準并結合我國太湖清淤的工程經驗，本次清淤底泥土壤污染物質量標準值見表1。

表1 底泥土壤污染物質量標準值

2.2 底泥重金屬污染物標準值

本次在底泥重金屬污染分析中，參考《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600-2018)及《河湖淤泥處理處置技術導則》(T/CWEA 7-2019)進行評價。

2.3 底泥污染程度分析與評價

2.3.1 重金屬指標對比分析

該河道底泥重金屬含量檢測結果見表2。大布涌興賢支涌的總鉻、總砷、總銅、總鋅及總鎳指標超過了《河湖淤泥處理處置技術導則》(T/CWEA 7-2019)中的Ⅰ類泥體總量限值，其中總銅及總鋅指標未超過《河湖淤泥處理處置技術導則》(T/CWEA 7-2019)Ⅱ類泥體總量限值。

表2 大布涌興賢支涌底泥重金屬含量檢測結果 單位：mg/kg

2.3.2 有機質及氮磷標準對比

大布涌興賢支涌底泥有機質檢測結果見表3。大布涌興賢支涌總氮超標倍數3.90，總磷含量超標倍數10.88，有機質超標倍數1.3。

表3 底泥有機質檢測結果

3 河涌清淤治理

3.1 清淤方式

常見的清淤方式有干挖清淤，泵吸水力清淤，抓斗式挖泥船清淤，絞吸式挖泥船清淤等方式。干挖清淤要對河道中的流水進行疏導，增加了臨時圍堰施工的成本；同時很多河道只能在非汛期進行施工，工期受到一定限制，施工過程易受天氣影響，并容易對河道邊坡和生態系統造成一定影響。抓斗式挖泥船清淤及絞吸式挖泥船清淤方式通常在較大河流的清淤中使用，對中小型河流的適用性較弱。

本次清淤河道平均寬度約10 m，河道具有清淤施工條件有限，底泥含水率高，污染物嚴重的情況。根據河道現場實際情況，采水力沖洗清淤，部分暗涵段為保證清淤效果，采用水力清淤與人工清淤相結合的方式。水力清淤采用水陸兩用攪吸泵，也稱為射吸式清淤，是在水上挖掘機的基礎上改造而來，與水上挖掘機原理基本一致，但又在水上挖掘機的基礎上有所改進，它將水力沖挖的水槍和吸泥泵同時裝在1個圓筒狀罩子里，由水槍射水將底泥攪成泥漿，通過另一側的泥漿泵將泥漿吸出，再經管道送至岸上的堆場，整套機具都裝備在船只上，一邊移動一遍清除，集攪、吸、送于一體，效率大大提高。大功率85/160型攪稀泵的設計流量為750 m3/h，效率較水上挖掘機大大提高。同時需做好施工監測，以盡量減少對現狀涌基的影響。

3.2 清淤階段圍堰及導流方式

河道清淤選擇在非汛期施工，采用水力清淤每200 m為一施工段(具體位置根據現場實際情況調整)，在上下游各設置一道袋裝土圍堰，并設置導流管，使水力沖挖在干地環境下進行。河道最下游設鋼板樁圍堰攔斷，避免主河道水位倒灌影響現場施工。在天氣晴朗及沒有限制進閘水位指令要求的情況下，應在外江進閘水位不超過1.25 m(珠基)范圍內讓潮水自由出入。為保證非汛期河道內施工安全，施工圍堰堰頂標高取1.25(最高引水水位)+0.25(安全超高)=1.50 m(珠基)。

導流管僅用于連通施工范圍上下游，以及上游小水時排水用，若發生超額雨水，圍堰上游水位較高時，提前拆除圍堰，撤離人員以及施工機械，保證排水通暢。導流管考慮重復利用，圍堰使用完畢后拆除。

3.3 淤泥處置

3.3.1 淤泥處置工藝

考慮到無論是經水力沖洗清挖還是經挖掘機水下清挖，清挖后的淤泥含水率高，不易運輸，而且施工現場周邊也沒有場地進行淤泥堆放，因此淤泥的處理宜采用占地較小、能連續操作運行的快速干化固結的一體式工作站進行。機械脫水固結一體化方法是一套完整的河道底泥清淤-脫水工藝，通過移動式脫水站與淤泥接駁管直接相連，在一套脫水站中完成淤泥輸送與干泥輸出，同時實現淤泥的脫水和固結。淤泥處理效率較高，各組成設備的移動也較靈活，能適用于空間有限的施工場地，處理后的淤泥也具備了很好的抗壓強度，減量化明顯。因此，本工程淤泥的處理選擇機械脫水固結一體化工藝。

圖1 河道淤泥脫水固結一體化處理工藝流程圖

脫水固結一體化技術所添加的固化劑主要由脫水組分和固化組分組成，可對淤泥中重金屬成分含量需要滿足最終消納場所入場的要求。本次清淤底泥處理后進行資源化利用，因此底泥處理后的泥餅浸出的毒性鑒別值需要滿足《危險廢物鑒別標準》(GB 5085.3-2007)標準值的要求，泥餅中重金屬含量需要滿足最終消納場所入場的要求。

本工程河道底泥中存在重金屬鉻超標的情況。鉻在水中以六價和三價離子形態存在，工業廢水中主要以六價形態存在。為保證底泥處理后泥餅的含水率達到資源化利用要求，對這部分底泥，在脫水固結時應投加重金屬離子鈍化劑，先將六價鉻還原成三價鉻，再使三價鉻生成氫氧化物沉淀后去除。

3.3.2 淤泥處置施工方法

(1)垃圾分揀

垃圾分揀進上岸泥漿通過沉渣池重力分選，將較大顆粒粒徑砂石、磚塊等沉淀、漂浮雜物用格柵攔截。較大顆粒粒徑砂石、磚塊等沉淀、漂浮雜物在沉渣池內達到一定量后通過挖掘機進行清理處置。

(2)泥沙分離

選用移動式砂石分離一體機對底泥漿進行泥沙分離。采用砂石振動分離篩對泥漿進行砂石分離。含砂泥漿從通過格柵后進入泥沙分篩，利用振動篩兩級篩網復合振動分離2 mm以上粒徑粗顆粒。含有2 mm以下粒徑細顆粒的泥漿進入旋流分離器。泥漿沿切線方向進入旋流分離器，向下做螺旋運動。粉砂在受慣性和離心力作用下被甩向器壁，向下沉降至底流口。剩余泥漿則成為上升的內層旋流，從分離器中心管溢流排出。通過兩組旋流分離器串聯，篩分出離出0.075 mm～2 mm粒徑的微顆粒。

圖2 移動式篩分設計

(3)壓濾機擠壓脫水

啟動壓濾機，檢查藥池有無藥劑。如果沒有，則打開藥劑池加水球閥，打開清水泵抽水，打開攪拌機，把藥劑慢慢從加水口加入，待藥劑攪拌30 min～40 min后，開機生產。依次打開清水沖洗機器球閥，打開攪拌好的藥劑球閥，打開主傳動，打開副傳動，打開布料1#攪拌，打開混合器旁邊六個加藥球閥的其中兩個，打開泥漿泵，調節上機泥水分離情況，待網帶上有泥后停止調節。(注：加大上機泥漿流量時，也要加大藥劑流量。)若從河里加抽泥漿，須打開黃藥池球閥加黃藥水沉淀，如果不抽泥漿可不開。

圖3 機械壓濾機操作流程圖

(4)脫水淤泥及尾水處理

河道清淤底泥經固化脫水處理后，泥餅統一轉運至業主指定的消納場所，業主統一組織底泥在消納場所的處置。脫水尾水通過凈化處理后，回收用于水利沖挖用水，水經混凝預沉淀后，進入濾池經擋板消能后，通過固定在支架上的微孔濾布，固體懸浮物被截留在濾布外側，過濾液通過中空管收集，再通過溢流槽排出濾池。濾布攔截的固體通過刮板收集，送入脫水機脫水。

4 結論

城市河道嚴重淤積，河道底泥污重金屬指標、有機質及氮磷嚴重超標。根據河道現場實際情況，采用水力沖洗清淤與人工清淤相結合的方式對河道進行治理，并對清理的淤泥采用機械脫水固結一體化處理工藝，脫水尾水通過凈化處理后，用于水利沖挖用水，泥餅轉運至指定的消納場所，使河道水體生態環境得到改善，消除水利安全隱患。