生态清淤和底泥处置的实践和思考

胡 现

（湖南恒凯环保科技投资有限公司，湖南 长沙 410205）

0 引言

人类活动和自然界的新陈代谢，使得河流湖泊里的淤泥沉积越来越多，治理这些淤泥是水质环境保护中不可缺失的重要环节。底泥中各类有机物含量较高，会对水质和水生态造成不利影响。对水底淤泥的治理不仅要从“生态清淤”的角度入手，同时也要兼顾淤泥的资源化利用。

1 淤泥的物质分析

淤泥主要由二氧化硅（SiO2）、氧化钾（K2O）、氧化钙（CaO）、氧化钠（Na2O）、氧化镁（MgO）、氧化铝（Al2O3）、三氧化二铁（Fe2O3）等化学成分组成（表1）。砖石以及陶粒的化学成分与淤泥的化学组成极为相似（表2）。

表1 淤泥的化学成分 单位：%

表2 砖石与陶粒的化学成分 单位：%

本文选取测量了湖南省永州、张家界、怀化、常德四地的河道淤泥，经实验分析，得出其中所含重金属的比例（表3），根据《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T 25031—2010）里的标准，可知河道淤泥的重金属含量是远低于制砖限值的，这也是国内倾向于用淤泥制砖的原因。

表3 河道淤泥里的重金属含量 单位：mg/kg

2 淤泥对经济社会和环境的影响

2.1 淤泥过量堆积对经济社会的影响

淤泥的过量堆积，给水利设施带来严重的隐患。同时河床因聚泥而抬高，行洪能力减弱，甚至影响航运。淤泥对水生态环境造成直接影响，给城市的绿色低碳持续发展带来严峻挑战。

2.2 淤泥过量堆积对生态环境的影响

淤泥的特点是含水量极高，成分复杂，含有各种病菌寄生虫和未知重金属元素，也有可能富含氮磷等元素。较高的氮磷富含比容易使水体出现富营养化的现象，水中溶解氧含量不断降低，从而使水体出现发黑发臭的情况，影响水生动物的生存。同时淤泥中的重金属元素可能进入饮用水源，或者随动植物进入食物链，最终影响人类的生活。

2.3 黑臭水体对居民生活的影响

部分黑臭水体臭气熏天，在夏季高温季节，滋生蚊虫病菌，很多病原微生物随风吹散，影响周围居民的健康。同时，发臭的水体影响市容市貌，给城市管理带来困难和挑战。

3 生态清淤的技术

3.1 清淤方式

当前国内常见的河道清淤方式主要有陆地清淤和水下清淤。

3.1.1 陆地清淤

陆地清淤的方法是建设临时围堰，然后排干水分，采用挖掘机或人工的方式清除淤泥。这种清淤方式优点十分突出，便于观察施工状况，清淤程度彻底，易于控制挖泥深度，成本较低。但是缺点同样明显，需施工的临时道路较多，容易损坏两岸边坡的坡顶和坡底，雨季对施工影响较大，且只能在非汛期施工，不适于不宜断流的河道。

3.1.2 水下清淤

水下清淤是以清淤船为平台进行淤泥清理，该方式将清淤设备装载于船上，从水底挖出的淤泥由专门的管道输送至岸边堆场。主要的清淤装备分为传统疏浚设备、环保绞吸式挖泥船、专用生态清淤设备等。该种清淤方式的优点是不需要排水、清淤效率高、清淤彻底、无二次污染、只需填埋场内少量临时道路。其缺点是处理成本高于陆地清淤方式。

3.2 水下清淤设备

3.2.1 抓斗式清淤

抓斗式清淤设备运行方法是利用抓斗将淤泥抓取出水并移至靠泊在驳泥船中，然后通过驳泥船运输、卸泥、转运到岸边堆场。

适用条件：这种设备适合淤泥堆积厚重、目标施工范围内杂物繁多的中、小型河道。

优点：抓斗式挖泥船操作便捷，适宜施工在质地偏硬的土方以及含大量杂质的土方。其施工方法简单，资金耗费较少，受天气影响较小。

缺点：抓斗式挖泥船在开挖软弱底泥的过程中，容易搅动底泥，产生浮泥，且淤泥的清除效率不高。因此不适宜于软弱底泥的清理。

3.2.2 普通绞吸式清淤

普通绞吸式清淤是通过绞吸式挖泥船来完成的。通过船前铰刀的旋转，淤泥与河水混合形成泥浆，然后通过离心泵抽入输泥管道运送到岸边堆场。当运输距离较远时，需增加中途加压泵增压。

适用条件：适用于淤泥堆积层厚的河道。

优点：不易发生泥浆泄露造成二次污染。受天气影响较小，对通航不会产生较大影响。设备上装配有GPS定位仪，同时可以回声探测深度，施工精度可得到保障。

缺点：由于绞吸式挖泥船通过铰刀的刀片进行开放性作业，铰刀高速旋转，淤泥中的污染物随搅动的水体扩散，产生回淤现象。另外淤泥堆场面积要求较大。

3.2.3 斗轮式清淤

斗轮式清淤的工具是斗轮式挖泥船，一般会用专业的斗轮挖掘机从水底挖掘淤泥，然后泵送到堆场。适用条件：开挖淤泥较厚的河道、湖泊和水库。优点：对河道通航不会产生明显影响，并且受天气变化的影响较小。

缺点：易造成大量污染物的扩散，且操作过程中有严重的逃淤、回淤现象，淤泥清除率在50%左右，无法达成高效清淤。

3.2.4 环保清淤

环保绞吸式清淤是常见的施工方式，环保清淤的特点有清淤精度高、二次污染防控较好。

适用条件：处理量较大的淤泥清理。

优点：环保绞吸式清淤船配备挖深测定仪，进行挖掘过程的高程控制，精准定位挖掘深度，大幅提高了施工精度。同时可有效防止大力动作对水底搅动而引发的淤泥扩散现象。

3.3 底泥脱水工艺

3.3.1 自然脱水干燥法

自然脱水主要有人工曝晒、翻晒、沟壕排水等方法，其主要原理是利用太阳光、自然风加快水分的蒸发。这种处理方法简单易行，不需要耗费大量资金用于购置或者租赁设备，成本较低，适宜于处理含水率低的淤泥。

其缺点也较为明显，首先，干燥效率不高，耗时较长，堆积的淤泥内部干燥较慢。其次，淤泥没有经过无害化处理，吸引蚊虫，部分有害病原微生物随水分蒸发到空气中，散发较大异味，对周边居民产生较大影响。再次，需占用大面积的场地，场地的选址要求高，较难找到符合要求的场地。最后，排水要求高，随着雨水的冲刷，容易污染周围水体，受季节天气的影响较大。

3.3.2 真空预压法

近年来真空预压法在淤泥的脱水方面也多有应用。其原理是在淤泥中施打竖向排水板和布设横向滤管，敷设一层HPDE膜形成密闭环境，然后利用真空泵抽真空，水在负压和自重的作用下滤出。

这种处理方法比较简单，成本较低，适宜于作业面较大的无污染淤泥的处理，尤其对于透水性好的淤泥效果明显。

但其缺点是：部分有机质或者杂质含量高的淤泥，容易造成土工布或者花管的开孔堵塞，导致脱水效率降低，因此防止堵塞的措施尤为重要。另外该种方法脱水周期长，占用场地大，没有进行无害化处置，存在污染物迁移的可能。

3.3.3 土工管袋法

其原理是利用管袋的过滤结构，将添加絮凝剂的泥水充填到土工管袋内，通过泥水分离作用，水被析出排出滤袋，固结的淤泥截留在管袋内。

土工管袋的选型有周长8～30 m、长度15～60 m不等，其底部布设卵石敷设的排水层，排水层底部需有一定坡度。在处理含重金属的淤泥时，底部还需敷设防渗膜。

土工管袋适宜于处理高含水率且流动性大的淤泥，其泥水分离效果较好，90%以上的固体颗粒被截留在管袋内，可将淤泥含水率降至50%。同样，这种方法对于场地要求较高，处理周期较长，对于收集的出水，还需要配置污水一体化处理设备进行进一步处理。

3.3.4 机械干化

该工艺主要通过传统脱水机械设备完成。常用的机械有螺旋式压榨污泥脱水设备、板框压滤机以及离心式脱水机。这种处理方法具有稳定可靠，受天气影响较小，处理彻底等优势，是比较成熟的处理方案。

4 底泥处置和资源化利用技术

4.1 重金属底泥处理工艺

底泥的处置无论采取什么工艺或者技术，都应以安全性为前提，既要考虑底泥的处理消纳，又要减少二次污染或次生问题，同时综合考虑技术先进性、单位底泥的处置成本、处理周期等问题。

底泥的几种处置工艺的优缺点对比如表4所示。

表4 底泥的几种处置工艺的优缺点对比

4.2 重金属不超标的高氮、磷污染底泥底泥处理工艺

对于重金属不超标的高氮磷底泥的处理，常用的技术方案如下。

4.2.1 固化处理

固化处理方法的应用是指通过在淤泥中添加各种固化添加剂，使其形成较为干燥和坚硬的固化土，用于回填基质。

4.2.2 淤泥的建筑材料利用

许多研究建议将底泥用于砖瓦、水泥、陶粒等建筑材料的制作，底泥中丰富的矿物质可以很好地取代砖瓦水泥等建筑材料需要的黏土矿物。与利用传统黏土制砖相比，淤泥用于制砖，既解决了底泥的处置问题，又为制砖原料的来源找到了新途径。

4.2.3 生物处理技术

生物处理技术主要包括植物修复技术，通过植物的吸收和转化，将氮磷等元素转化，达到无害化处理的目的。

4.2.4 生态景观营养土利用技术

经处置后的底泥，富含丰富的营养元素，是园林景观植物重要的营养基质土来源之一，因此可以用作公园或者景观带的基质土。该技术使用的前提是严格控制底泥中有害物质的成分和病原微生物的含量。

4.2.5 其他处置方法

其他方式还有安全填埋、堆肥、工业回用等。

5 结语

目前我国不管是对于淤泥治理的研究还是实践都已经迅速朝好的方向发展，但是资源化的方法还需要进一步的探索，相信淤泥以其丰富的化学成分，其用途可以在人为探索下变得更加广泛[1]。在探索更多形式的淤泥资源化利用方法时，必须重视科学研究和科技创新，重视技术与设备的研发。在河湖淤泥治理作业的实施中还需要格外注意处理过程中可能发生的二次污染现象，政府主管部门和治理单位应从加强污染源控制，实施定期清淤作业，加强监测，实行闭环管理，以及实施淤泥资源再利用技术研究等方向入手[2]。我国生态清淤与淤泥资源化利用的技术已取得长足进展，但是环境保护与资源利用是一件需要长期坚持的事情，相关技术及政策还需进一步完善。