大冶红星湖清淤工程治理的实践

聂梦丽，钟 沛，张 冉

（中工武大设计集团有限公司，湖北 武汉 430072）

0 引言

湖泊底泥是湖泊生态系统的重要组成部分，是入湖污染物的主要蓄积场所。水利工程中的清淤考虑的是对行洪的影响，水环境治理工程从对环境的污染角度分析，通过底泥采样，分析不同区域底泥污染程度，确定清淤深度和范围。常见湖泊清淤方式包括水力冲挖、环保疏浚（绞吸式挖泥船）、水力冲挖＋环保疏浚3种方案[1]。红星湖周边截污不全，污水提升泵站设计流量不足，导致湖区淤积严重。本文以红星湖底泥为研究对象，深入探讨湖泊清淤技术。

1 工程概况

红星湖位于大冶市中心城区，属于大冶市的城市内湖，湖面面积约64.64 hm2，平均水深约2.0 m，目标水质为地表水Ⅲ类，主要来水水源为流域内地表径流补水和尹家湖取水泵站补水。红星湖周边主要为居民区，湖泊以北区域排水体制为分流制，以西和以东区域排水体制为合流制。因为存在部分污水直排和合流制溢流污染，超出了红星湖环境容量，湖体水质污染物浓度较高，一直处于劣于地表水Ⅴ类水平。

由于红星湖周边截污不完全，污水提升泵站设计流量不足等原因，导致生活污水直排湖体，随着时间的推移，污染物沉入湖泊底部，在各种微生物、细菌的作用下，逐渐腐化造成底泥淤积。而在雨季或径流量较大的时候，淤积的底泥被水流扰动，再悬浮释放出大量污染物质，对水体造成二次污染[2]。

2 底泥特性及污染评价

2.1 底泥特性

参考湖北省生态环境厅和省水利厅联合印发的《湖泊入湖排口及底泥清淤调查技术指南》，针对红星湖污染物分布特点、性质不同，选定底泥检测指标。采用柱状取样方式至原泥层。底泥采样点分布如图1所示。

图1 底泥点位分布图

图2 部分底泥采样照片

2.2 污染评价

（1）底泥氮磷评价

表1 红星湖底泥结果检测结果分析表

参照湖北省《湖泊入湖排口及底泥清淤调查技术指南》判定红星湖底泥氮磷污染程度。10个点位中1#、2#、3#、4#、5#、新1#、新2#和新4#点位上层底泥全氮含量均为重度污染，6#和新3#点位全氮指标接近重度污染。除新3#点位总磷为中度污染外，其余点位总磷都为重度污染，且污染深度基本达到1 m左右，其中5#和6#点位总磷污染相对较轻，只有上层底泥为重度污染。

（2）底泥重金属评价

利用潜在生态风险指数法（RI）对红星湖底泥重金属进行分析，潜在生态风险指数法（RI）适用于存在重金属污染的底泥的评价。潜在生态风险指数法的表达式如下：

通过对底泥的潜在生态风险指数法分析可以得出，除1#、新1#、新2#、新4#点位为高风险外，其他点位重金属生态风险均为中低风险。

（3）底泥污染厚度分析

红星湖湖中心及存在溢流污染附近淤积较深，达到0.8~1.0 m；无溢流污染的近岸侧淤积较浅，达到0.3~0.5 m。

（4）底泥静态释放

对采集的红星湖底泥进行沉积物静态释放实验，分别在第12 h、24 h、48 h、72 h采集样品，测试总磷、总氮数据，测算沉积物静态释放速率。

式中：R—底泥释放速率，mg/(m2⋅d)；V—柱体中上覆水体积；ρn—第n次采样时某物质含量，mg/L；ρ0—初次采样时某物质含量，mg/L；ρj-1—第j-1次采样时某物质含量，mg/L；ρa—添加水样中的物质含量，mg/L；Vj-1—第j-1次采样体积；A—柱样冲积物-水接触面积，m2；t—释放时间，d。

表3 红星湖底泥静态释放测试数据 （mg/L）

根据计算，总磷释放速率为2.74 mg/(m2·d)，总氮释放速率为53.3 mg/(m2·d)。

2.3 底泥评价结论

（1）底泥厚度评价

红星湖底泥淤积深度为0.3~0.8 m，湖中心及存在溢流污染附近淤积较深，达到0.8~1.0 m；无溢流污染的近岸侧淤积较浅，淤积深度0.3~0.5 m。

（2）底泥风险评价

利用潜在生态风险指数法，红星湖底泥中重金属生态风较高。为控制底泥氮磷营养物质的释放及重金属溢出问题，需进行清淤疏浚。

（3）底泥污染释放评价

红星湖总磷释放速率为2.74 mg/(m2⋅d)，总氮释放速率为53.3 mg/(m2⋅d)，内源污染每年向湖体中释放总磷约0.5 t，总氮约9.73 t。

3 清淤疏浚

3.1 工艺选择

底泥清淤是去除底泥中有害物质最快速简便的方法之一。其原理是通过采取人工、机械的方法移除水体底部污泥，以削减累积在底部的氮、磷、有机物等污染物质，改善水体水质。工程上，一般在当底泥中污染物浓度超出本底值3~5倍且潜在危害人类及水生生态系统的情况下，优选进行清淤异位治理技术。

本工程主要清淤对象为湖泊，清淤量较大，鉴于红星湖现场实际情况，无法进行干挖清淤，结合各个清淤方式的使用条件及优缺点，为保护现状岸坡、人行桥等建筑物，红星湖采取绞吸式清淤+水力冲挖清淤方式。

3.2 清淤设计

（1）清淤深度设计

表4 清淤工程措施比选表

本工程清淤内容主要针对红星湖大湖区、重点污染排口附近及湖区湖汊区域进行清淤。结合底泥淤积现状，本着应清尽清的原则，红星湖清淤深度与底泥检测淤积深度保持一致。

（2）清淤方式设计

根据设计方案，清淤主要包括大湖区清淤、重点污染排口附近清淤、湖汊清淤。红星湖根据现场实际情况，无法将水排干进行干挖清淤，因此整个湖区大部分区域采用环保绞吸式挖泥船清淤；其余区域为保证现状岸坡、桥墩、闸站等建筑物的稳定性，通过在岸坡、桥墩、闸站等建筑物外5 m范围内设置围堰，在水位较低时抢工，排干后进行水力冲挖作业。其他区域进行环保绞吸作业，实现对整个湖区的清淤。

3.3 淤泥处理

湖区中间区域采用环保绞吸式清淤，靠岸边附近采用水力冲挖清淤，两者清淤产生的泥浆通过管道输送至淤泥处理场。淤泥处理场由泥浆沉淀池、均化池、板框压滤机、尾水处理池、固化场临时堆场等设施组成。泥浆在泥浆沉淀池初步泥水分离后，浓缩泥浆通过板框压滤机脱水固化。脱水固化产生的泥饼可在淤泥处理场临时堆放，进行下一步处理，脱水固化产生的尾水经过初步沉淀，下层淤泥进入板框压滤机重新脱水固化，上清夜排至红星湖通过后续水生态修复技术进行处理。

图2 红星湖清淤深度分区示意图

3.4 余水处理

压滤产生尾水排至尾水处理池，由于压滤后泥浆中大部分泥土颗粒形成泥饼，尾水中泥土颗粒相对较少。尾水于尾水处理池中静置，上清液回排至红星湖，由后续水生态修复技术进行处理，下层沉淀的淤泥通过泥浆泵输送至均化池进行脱水固化处理。

3.5 淤泥处置

淤泥的综合处置应因地制宜，视其性质而定，一般可作为肥料利用、建筑材料利用、卫生填埋、焚烧等进行处理。

考虑到红星湖北侧高铁南路附近存在大量洼地，后期要进行经济建设，需要大量土方回填，红星湖底泥重金属浓度低于二类用地风险筛选值，可以用于二类用地的土方回填，建议将处理后的淤泥最大限度用于周边洼地回填。

3.6 效益分析

（1）底泥疏浚对有机污染物和磷的内源输入产生明显的抑制作用[3]。清淤切去了富含有机质和大量具有微生物活性的表层底泥，减少其溶氧的消耗，沉积物净化能力得到较大提升。

（2）清淤后红星湖水质呈明显好转趋势。水体透明度增加，水质指标COD、氨氮、总磷等指标明显好转。

（3）通过实施红星湖底泥清淤，可有效削减内源污染负荷，减少底泥内源污染物释放，对促进水环境质量的改善、增加湖泊水环境容量具有十分积极的作用[4]。

4 结语

工程采用分层取样，对红星湖底泥淤积深度、氮磷污染、重金属超标情况进行分析，采用水力冲挖和环保绞吸方式，采用板框压滤工艺对底泥进行处理，脱水固化后的淤泥再进行资源化利用。工程效益明显，将大大改善红星湖片区面貌，对提高区域的环境质量和生活品质，满足群众日益增长的物质文化需求，有着积极的作用。