淺談環(huán)保疏浚的影響因素

方申柱，徐鑫

（安徽省交通航務(wù)工程有限公司，安徽合肥230011）

0 引 言

隨著人類社會(huì)不斷發(fā)展，城市化的速度越來越快，工業(yè)化程度的越高，人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響日益增加，由于以前人類環(huán)保意思的淡薄，大量的工業(yè)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(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化或水質(zhì)惡化等不良影響，已經(jīng)嚴(yán)重影響人類生存環(huán)境。

水體污染類型分為內(nèi)源污染和外源污染兩類，環(huán)保疏浚作為快速、直接去除內(nèi)源污染行之有效的方式之一，其國內(nèi)工程實(shí)踐和技術(shù)應(yīng)用較多，結(jié)果表明環(huán)保疏浚對(duì)污染嚴(yán)重的水域底泥清淤效果明顯。與發(fā)達(dá)國家相比，主要表現(xiàn)在設(shè)備與環(huán)保疏浚技術(shù)滯后，這些原因已成為環(huán)保疏浚技術(shù)的應(yīng)用與推廣的絆腳石。

1 環(huán)保疏浚影響因素

環(huán)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(nèi)源污染物技術(shù)與生態(tài)修復(fù)相結(jié)合技術(shù)相結(jié)合的一門科學(xué)，環(huán)保疏浚技術(shù)是一門環(huán)境工程、港航工程、水利工程的綜合科學(xué)，同時(shí)也一門多學(xué)科交叉學(xué)科。我國環(huán)保疏浚工程一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，它至今存在的眾多的重大基礎(chǔ)科學(xué)問題和工程實(shí)踐中的問題需要科學(xué)家和工程師的共同努力探索和解決。目前在環(huán)保疏浚過程中挖泥精度、疏浚過程中的擴(kuò)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(shù)缺陷。本文就影響國內(nèi)環(huán)保疏浚的一些影響因素做如下闡述。

1.1 挖泥精度

環(huán)保疏浚的目標(biāo)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(shí)，疏浚工程一方面要達(dá)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(nèi)。因此，環(huán)保疏竣設(shè)備的疏挖精度要求遠(yuǎn)大于普通航道或水利疏浚設(shè)備[1]。

底泥自上而下依次由浮泥層、淤泥層和老土層組成。環(huán)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(shí)去除的對(duì)象。底部老土層屬自然構(gòu)造層，疏浚時(shí)應(yīng)該保留該部分[2-3]。不難看出，環(huán)保疏浚對(duì)疏浚精度（平面定位和深度控制）有較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其疏挖深度誤差控制在5cm～10cm。通常情況下，疏?？刂葡到y(tǒng)能夠論證和達(dá)到的精度指挖掘頭的定位精度，也就是挖掘頭的定位點(diǎn)，不能理解為疏浚達(dá)到的深度就是挖掘頭對(duì)應(yīng)的深度[4]。根據(jù)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(tái)確定）和船舶結(jié)構(gòu)參數(shù)等基本信息綜合處理獲得挖掘頭挖深測(cè)算。影響RTK測(cè)量精度的主要因素有:

①GPS系統(tǒng)誤差；

②RTK設(shè)備；

③測(cè)量環(huán)境；

④操作人員專業(yè)水平；

⑤測(cè)量方法等。

通過實(shí)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(yōu)化RTK-GPS的精度是系統(tǒng)技術(shù)，關(guān)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(huán)保疏浚要求，但是在狹窄、封閉或風(fēng)浪等水環(huán)境時(shí)，其精度會(huì)受到一定的影響；

②RTK-GPS定位，使用RTK-GPS定位可達(dá)到水面換算定位的精度，其優(yōu)點(diǎn)能克服水面換算定位應(yīng)用局限性的缺點(diǎn)。

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(zhuǎn)速、泥漿泵流量、疏挖底泥物理性能等。影響環(huán)保疏浚的精度影響因子多，要增強(qiáng)系統(tǒng)的適用范圍，要從多方面影響因子進(jìn)行綜合研究。

1.2 疏浚過程中污泥擴(kuò)散

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

①土的類型；

②絞刀頭轉(zhuǎn)速；

③挖掘頭姿態(tài)；

④吸口的位置；

⑤進(jìn)刀量、泥泵流量；

⑥周圍水體流速等因素。

1.2.1 傳統(tǒng)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(dòng)

疏浚過程中時(shí)，底泥沉積物在外力的擾動(dòng)下會(huì)出現(xiàn)懸浮擴(kuò)散現(xiàn)象。污染底泥積聚了很多非親水性、持久性有機(jī)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(yíng)養(yǎng)化，造成水體二次污染，達(dá)不到理想的環(huán)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(duì)底泥的擾動(dòng)，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?yàn)樵谑杩＿^程中對(duì)底泥的擾動(dòng)而導(dǎo)致污泥懸浮擴(kuò)散，而這些懸浮擴(kuò)散污泥大多含有一些重金屬和有毒有害物質(zhì)隨污泥顆粒擴(kuò)散進(jìn)入水體，給當(dāng)?shù)氐乃鷳B(tài)環(huán)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(fā)展水平穩(wěn)步提高，增長(zhǎng)速率逐步放緩。城市化評(píng)價(jià)綜合得分從2001年的0.096到2015年達(dá)到0.896。其中2005～2011年間，城市化的綜合得分增長(zhǎng)速率較快(圖1)。對(duì)比各級(jí)準(zhǔn)則層的變化趨勢(shì)可發(fā)現(xiàn)，空間城市化、經(jīng)濟(jì)城市化、社會(huì)城市化3個(gè)準(zhǔn)則層與城市化綜合曲線的變化趨勢(shì)基本吻合，而人口城市化后10年一直保持平穩(wěn)狀態(tài)。從貢獻(xiàn)份額角度來看，社會(huì)城市化與經(jīng)濟(jì)城市化的發(fā)展對(duì)于城市化的發(fā)展有著較大的推動(dòng)作用。

疏浚底泥干化前存放污泥堆場(chǎng)，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?dāng)U散轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，將有毒有害污泥釋放到周圍環(huán)境中，容易造成二次污染。尤其是污染底泥中所含重金屬對(duì)環(huán)境有持久的負(fù)面影響[10]，因此疏浚底泥應(yīng)妥善處置，若處理不當(dāng)，將嚴(yán)重影響周邊生態(tài)環(huán)境。德、日、美等發(fā)達(dá)國家在不斷提高環(huán)保疏浚技術(shù)的同時(shí)，甚至規(guī)定在疏浚前實(shí)施生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

③疏浚過程中導(dǎo)致河道底部物理結(jié)構(gòu)的破壞

一般古老的河道經(jīng)過漫長(zhǎng)時(shí)間積累，形成了固定的天然防滲層，若底泥疏浚時(shí)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(jié)構(gòu)。如北京三家店水庫底泥疏浚過程中發(fā)生嚴(yán)重滲漏事故，就是因?yàn)樵谑杩＿^程中破壞了水庫底層防滲層[11]。

1.2.2 控制擴(kuò)散的關(guān)鍵技術(shù)

①研究污泥顆粒疏挖過程中自然沉降規(guī)律。

②研究絞刀切削轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的離心力與泥泵吸泥過程中的負(fù)壓之間的關(guān)系。

③研究環(huán)保疏浚過程中泥沙擴(kuò)散的規(guī)律。

④研究環(huán)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(yè)中底泥殘留量,限制底泥顆粒的擴(kuò)散范圍[5]。

1.3 疏浚底泥脫水干化

堆場(chǎng)處理是大量環(huán)保疏浚底泥處理處置的有效措施之一，堆場(chǎng)底泥具有含固量小、顆粒細(xì)小、帶負(fù)電性、含有大量氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等特點(diǎn)，自然狀態(tài)下泥水分離較為困難。疏浚底泥自然干化周期長(zhǎng)，這是由于疏浚泥漿多數(shù)為粉質(zhì)粘土，滲透性能很差；在沒有外力作用下堆場(chǎng)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?yàn)槲廴镜啄酀B透速率相當(dāng)緩慢，整個(gè)堆場(chǎng)泥層處于飽和狀態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng)，承載力一直很低，其含固量無法滿足運(yùn)輸要求，導(dǎo)致疏浚底泥不能及時(shí)運(yùn)走。如遇降水天氣，疏浚底泥干化速度進(jìn)一步減小，還會(huì)因?yàn)橛晁臎_刷浸泡引發(fā)二次污染。大量污染底泥長(zhǎng)時(shí)間堆放在堆場(chǎng)，占用土地資源，且不利于疏浚底泥后續(xù)的處理和資源化利用，影響甚至制約著湖庫底泥環(huán)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(shù)的提高，有利于環(huán)保疏浚技術(shù)工程大規(guī)模實(shí)施。

目前工程實(shí)踐中底泥脫水干化的主要方法有物理脫水法、化學(xué)脫水法。物理法是主要將污泥中的毛細(xì)水與結(jié)合水排出。化學(xué)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(jìn)環(huán)保疏浚技術(shù)的廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明單獨(dú)使用化學(xué)方法脫水與單獨(dú)使用物理方法脫水都達(dá)不到預(yù)期的效果。而將投加絮凝劑的化學(xué)方法結(jié)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(chǎng)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(chǎng)的占用時(shí)間、縮短了工程周期、間接降低了處理成本?；瘜W(xué)絮凝脫水與物理脫水相結(jié)合的方式，將絮凝劑成本較小和物理法干化效果良好的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮極致，在城市湖泊疏浚工程中，底泥堆場(chǎng)面積的限制、工期的限制、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的考核等，都是環(huán)保疏浚工程考慮的因素?；瘜W(xué)絮凝脫水與物理脫水相結(jié)合的方式，是一種性價(jià)比非常高的方式，也是今后大規(guī)模環(huán)保疏浚工程底泥脫水干化技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)[13]。

1.4 底泥脫水的資源化利用

環(huán)保疏浚若未能對(duì)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(zhì)，極易造成對(duì)河湖水質(zhì)的二次污染。因此，環(huán)保疏浚工程是一項(xiàng)系統(tǒng)的環(huán)境治理工程，如果不對(duì)底泥進(jìn)行處置，單獨(dú)對(duì)河湖進(jìn)行治理，達(dá)不到預(yù)期的效果，同時(shí)有可能面臨更嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題。由于一些湖泊底泥污染較嚴(yán)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(chǎng)占用大量的土地資源，同時(shí)也浪費(fèi)了可被利用的資源——疏浚底泥。若采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ沟玫啄酂o害化，成為可用無害的資源，如底泥固化制成免燒磚、有機(jī)肥料等。作為環(huán)保疏浚的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，疏浚過程中污染底泥的資源化問題一直是備受關(guān)注[15]。

底泥資源化處理技術(shù)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(yīng)加強(qiáng)對(duì)河道湖泊底泥性質(zhì)和污染程度的相關(guān)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(jīng)改良劑預(yù)處理后，經(jīng)底泥原位脫水工藝和一體化機(jī)械脫水處理后的干化疏浚土，當(dāng)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(zhì)磚，通過水泥膠結(jié)陶?？缮a(chǎn)具有一定強(qiáng)度的免燒磚，將含有機(jī)物高的污泥與底泥混合焙燒，在焙燒的過程中由于有機(jī)質(zhì)被燃燒可產(chǎn)生大量的微孔，這樣就可以制得輕質(zhì)磚。試驗(yàn)配方根據(jù)不同污泥特性通過試驗(yàn)確定。

④疏浚底泥一體化機(jī)械脫水二級(jí)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(chǔ)建設(shè)工程用土。

⑤在疏浚底泥資源化處理處置過程中，應(yīng)加強(qiáng)整個(gè)工程成本控制，既要實(shí)現(xiàn)底泥的資源化，又要產(chǎn)生必要的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。

針對(duì)不同的污染底泥進(jìn)行相應(yīng)的資源化利用，將具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.5 余水的處理

環(huán)保疏浚是河流、湖泊、航道及港口內(nèi)源污染物綜合治理的重要方式，環(huán)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(chǎng)，經(jīng)堆場(chǎng)自然沉淀后污泥留存于堆場(chǎng)，多余的水從堆場(chǎng)溢流排放，被稱為余水。由于疏浚底泥堆場(chǎng)余水含有重金屬、氮、磷、有機(jī)污染物等特點(diǎn)，不經(jīng)處理的余水直接排水周圍水體，破壞周邊水體的生態(tài)環(huán)境，極易引發(fā)二次污染[17]。余水中懸浮顆粒比重小，不易自然沉淀，若不對(duì)余水進(jìn)行妥善處理將制約環(huán)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(guān)注的重點(diǎn)，重點(diǎn)是促進(jìn)余水中細(xì)顆粒的沉降，以清除大量的污染物[18]，保證余水達(dá)標(biāo)排放，使環(huán)保疏浚工程能夠得到廣泛的推廣。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)余水處理的研究，主要包括物理法、生物法和化學(xué)法[19-21]。采用三者相結(jié)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(shè)備向余水均勻投加聚合氯化鋁(PAC)絮凝劑，經(jīng)處理的余水排放水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，說明該余水處理方法是行之有效的，實(shí)現(xiàn)了疏浚余水達(dá)標(biāo)排放和環(huán)保疏浚的連續(xù)吹填。

2 結(jié) 論

①目前在環(huán)保疏浚過程中挖泥精度、疏浚過程中的擴(kuò)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(shù)難題，成為環(huán)保疏浚技術(shù)應(yīng)用和推廣的瓶頸。只有克服上述技術(shù)難關(guān)才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的環(huán)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(huán)保疏浚的重要因素，由于篇幅所限本文不做闡述。

②為使環(huán)保疏浚技術(shù)更具普遍性與實(shí)用性，針對(duì)我國窄水域水體污染嚴(yán)重，沒有適用性、專用性的疏浚裝置的現(xiàn)狀，在現(xiàn)有疏浚技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)一種設(shè)計(jì)科學(xué)合理、清潔環(huán)保、使用方便、適用于窄水域的小型一體化可移動(dòng)可分拆絞吸式淤泥脫水疏浚裝置，該裝置可設(shè)計(jì)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(huán)保疏浚的關(guān)鍵環(huán)節(jié),污染底泥疏挖太淺不能有效去除污染物質(zhì)，疏浚過深又會(huì)破壞沉積物中的原有種源和底棲水生生物環(huán)境。在實(shí)踐工程中仍然使我們需要解決的技術(shù)瓶頸。

④根據(jù)不同的環(huán)保疏浚底泥的特性，開發(fā)湖泊底泥多樣化資源化利用技術(shù)，主要集中在能源回收、材料制備和土壤恢復(fù)利用三大領(lǐng)域，如此不但可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，也能達(dá)到良好的社會(huì)效，

⑤加大高校與施工單位的合作力度，高校科研大量的實(shí)驗(yàn)參數(shù)應(yīng)在工程實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行修正與優(yōu)化，為環(huán)保疏浚施工單位提供理論上的支持；施工單位總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化環(huán)保疏浚工藝設(shè)計(jì)，突破環(huán)保疏浚技術(shù)難關(guān)，不斷提高我國總體環(huán)保疏浚技術(shù)水平。

⑥政府政策的導(dǎo)向也是影響環(huán)保疏浚發(fā)展的重要因素，由于環(huán)保疏浚與傳統(tǒng)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(shí)到位，更有利于環(huán)保疏浚業(yè)的發(fā)展。

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