呂海強(qiáng)，董文藝，王宏杰，劉宇

(1.西麗水庫(kù)管理處，廣東深圳518055；2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院，廣東深圳518055)

水庫(kù)水質(zhì)安全是人民生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是關(guān)系到人民生命健康的大事，中國(guó)各級(jí)政府對(duì)此給予了高度關(guān)注和重視。隨著城市的發(fā)展，西麗水庫(kù)成為兼具城市供水、原水調(diào)蓄和城市防洪功能的中型水庫(kù)，是國(guó)家重要水源地，原水供應(yīng)服務(wù)區(qū)包括南山和寶安，服務(wù)人口超過(guò)400萬(wàn)。目前，西麗水庫(kù)已開展入庫(kù)支流綜合整治，以及水源保護(hù)區(qū)內(nèi)的面源污染防控工作，而內(nèi)源底泥污染就成為水庫(kù)水質(zhì)重要影響因素。底泥中污染物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽向上覆水體的擴(kuò)散、釋放，易造成水體的二次污染，在適當(dāng)條件下，也容易導(dǎo)致藍(lán)藻水華，國(guó)內(nèi)的通濟(jì)橋水庫(kù)、阿哈水庫(kù)和太湖等都因?yàn)橛龅酱祟愇廴締?wèn)題率先開展了水庫(kù)的清淤工作，并取得一定的成效[1-3]。為控制水庫(kù)藍(lán)藻水華和改善水質(zhì)，開展西麗水庫(kù)內(nèi)源污染治理工作，采用先進(jìn)技術(shù)清理污染底泥，可改善水庫(kù)水質(zhì)，保障水源水質(zhì)達(dá)到地表水II類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求[4]，有效降低自來(lái)水廠的水處理風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，為保證城市供水安全和社會(huì)穩(wěn)定，在清淤施工過(guò)程中，水庫(kù)的供水不間斷運(yùn)行，不能過(guò)分?jǐn)_動(dòng)底泥，造成水體的二次污染，也對(duì)清淤工藝提出了更高的要求。由于庫(kù)底污染物成分復(fù)雜，各有機(jī)物和重金屬的堆積過(guò)程、含量、相互影響及污染水質(zhì)的機(jī)理難以探清，而淤泥的無(wú)害化處理還在探索，如何對(duì)不同地區(qū)飲用水源水庫(kù)淤泥進(jìn)行環(huán)保清淤成為當(dāng)前水庫(kù)供水安全管理工作研究解決的重點(diǎn)。

本文將以深圳西麗水庫(kù)為例，在全面調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出明確的清淤工作目標(biāo)和時(shí)機(jī)，確定合理的技術(shù)方案，對(duì)水庫(kù)清淤方式、余水處理和余泥資源化等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行討論，就如何做到水庫(kù)環(huán)保清淤和余泥處置問(wèn)題給出解決思路，供決策參考。

1 西麗水庫(kù)底泥淤積概況

西麗水庫(kù)位于珠江三角洲水系的大沙河上游，深圳市南山區(qū)西麗街道。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，西麗水庫(kù)成為兼具城市供水、原水調(diào)蓄和城市防洪功能的中型水庫(kù)，總庫(kù)容為3 523.66萬(wàn)m3。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2012年西麗水庫(kù)總淤積量為138.64萬(wàn)m3，水庫(kù)淤積相對(duì)嚴(yán)重部位集中在大墈河口、田下河口、白芒河口附近(圖1)[4]；東江來(lái)水的流動(dòng)對(duì)西麗水庫(kù)交水口的濁度影響非常嚴(yán)重，是底泥積累的主要原因，初步估算每年有3 800 t泥沙沉積在西麗水庫(kù)[5]；根據(jù)清華大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院內(nèi)源污染調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)底泥氨氮的釋放量是2 692 t/a，總磷的釋放量是771 t/a[6]，西麗水庫(kù)底泥污染主要為重金屬污染，其中錳和鎘的污染程度最為嚴(yán)重，鎳、銅、鋅、銻、鉈和鉛的污染程度也較重[7]。

圖1 水庫(kù)淤積嚴(yán)重河口示意

2 西麗水庫(kù)底泥清淤的目標(biāo)和時(shí)機(jī)

飲用水庫(kù)開展水下清淤，首先要提出明確的清淤的目標(biāo)。一些清淤工程的設(shè)計(jì)單位并沒(méi)有設(shè)定清淤前后的水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)，和進(jìn)行全面的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較和論證。筆者建議把水質(zhì)改善和恢復(fù)興利庫(kù)容作為清淤目的，設(shè)定一個(gè)清淤量和水質(zhì)多項(xiàng)指標(biāo)如Mn、Cr、Hg、TN、TP、NH3和高錳酸鹽等以及底泥污染濃度作為清淤后要達(dá)到的目標(biāo)，比較清淤前后的水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)和淤泥污染濃度。清淤工程實(shí)施后，考察相關(guān)指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)定值，由此驗(yàn)證水庫(kù)清淤是否實(shí)現(xiàn)了之前設(shè)定的清淤目標(biāo)。如2012年《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》明確了太湖主要水質(zhì)指標(biāo)目標(biāo)，2015年經(jīng)綜合整治后，高錳酸鹽指數(shù)為III類，氨氮為II類，總磷為IV類，總氮為V類，已基本達(dá)到總體方案目標(biāo)要求[8]。

另外，開展水庫(kù)清淤也要選擇合適的時(shí)機(jī)。從飲水安全的角度考慮，如果庫(kù)底淤泥已相對(duì)穩(wěn)定，污染濃度暫時(shí)沒(méi)有達(dá)到污染水源程度，水庫(kù)水質(zhì)總體達(dá)到III類水標(biāo)準(zhǔn)，不建議對(duì)水庫(kù)庫(kù)底淤泥進(jìn)行水下清淤施工。如果水庫(kù)水質(zhì)持續(xù)惡化的趨勢(shì)還無(wú)法改變，此時(shí)庫(kù)底淤泥污染濃度已達(dá)到較高水平，內(nèi)源污染已成為主要污染源時(shí)，為保證水質(zhì)安全，須采取有效水下清淤措施。以西麗水庫(kù)為例，實(shí)施水下環(huán)保清淤的時(shí)機(jī)包括以下幾點(diǎn)：①上游入庫(kù)支流白芒河、大墈河、麻墈河已開始得到充分治理，污染源及泥沙得到有效控制，入庫(kù)支流水質(zhì)已有明顯改善，而內(nèi)源污染底泥已成為水庫(kù)主要污染源；②清淤設(shè)備及工藝已達(dá)到環(huán)保清淤的要求，二次污染水質(zhì)程度很低，淤泥清除率高或剩泥量低；③清出的淤泥處置方案成熟，不會(huì)對(duì)淤泥堆場(chǎng)及周邊范圍形成污染態(tài)勢(shì)，淤泥濾出液不會(huì)污染地表及地下水體；④經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較合理，每自然方的清淤單位成本可以被市財(cái)政或水管單位接受；⑤飲用水庫(kù)供水地位重要，深圳市政府已將西麗水庫(kù)底泥環(huán)保清淤作為治水提治工程列入“十三五”規(guī)劃。

從目前環(huán)保清淤的機(jī)械及工藝水平來(lái)看，雖然已經(jīng)在國(guó)內(nèi)較大湖泊進(jìn)行了較為成功的水下清淤工程，但還未達(dá)到真正能讓飲用水庫(kù)可以接受的程度。主要不足是清淤設(shè)備對(duì)清理范圍及其周邊淤泥的擾動(dòng)過(guò)大，致使庫(kù)底淤泥和垃圾懸浮化和釋放出大量有毒物質(zhì)，二次污染水質(zhì)。對(duì)于西麗水庫(kù)這類中小型水庫(kù)來(lái)說(shuō)二次污染程度會(huì)較重，有可能影響供水安全。水下環(huán)保清淤解決的首要問(wèn)題是水庫(kù)底泥對(duì)水質(zhì)的內(nèi)源污染，其次才是淤泥的后期處置利用問(wèn)題。所以水下環(huán)保清淤的重點(diǎn)應(yīng)放在水庫(kù)清淤。如果不解決前期水下清淤過(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題，不能貿(mào)然動(dòng)工。

3 西麗水庫(kù)底泥清淤技術(shù)選擇及施工要點(diǎn)分析

3.1 西麗水庫(kù)清淤方法選擇

目前，清淤常采用的技術(shù)包括：虹吸式清淤[9]、振蕩脈沖射流與氣舉法清淤[10]、絞吸挖泥船清淤[11]和氣力泵清淤[12]等，各清淤技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)見表1。近年來(lái)深圳市也進(jìn)行了不同清淤技術(shù)的探索和應(yīng)用，在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些共性問(wèn)題。如深圳水庫(kù)選擇了氣力泵進(jìn)行底泥清理工作，總結(jié)發(fā)現(xiàn)氣力泵存在以下不足：①氣力泵對(duì)泥層較薄的區(qū)域清淤施工時(shí)，生產(chǎn)力低；②點(diǎn)式吸挖、易漏挖，清淤不徹底；③不易清除淤泥中的垃圾雜物；④工作效率不高，日清淤量較低。深圳市石巖水庫(kù)采用河道疏浚絞吸式挖泥船的清淤方式，總結(jié)發(fā)現(xiàn)清淤工程存在以下不足：①清淤作業(yè)面的防護(hù)措施較少，大量擾動(dòng)庫(kù)底淤泥及垃圾，造成水質(zhì)的二次污染；②余水處理缺少有效監(jiān)控，余泥處置和資源化利用低；③余泥堆填庫(kù)占用庫(kù)容，泥庫(kù)滲出液回流水庫(kù)造成二次污染，且泥庫(kù)大壩增加水庫(kù)安全管理負(fù)擔(dān)。因此對(duì)先進(jìn)、可靠的飲用水庫(kù)環(huán)保清淤技術(shù)也有待考察驗(yàn)證。

西麗水庫(kù)庫(kù)底淤積了大量的淤泥，淤泥成分復(fù)雜，不僅含有生活垃圾，底泥中的部分重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)。針對(duì)西麗水庫(kù)的特點(diǎn)，清淤技術(shù)采用環(huán)保高效、因地制宜的原則。由于水庫(kù)的底泥主要為入庫(kù)河流夾帶污染物行洪、外域江河引水產(chǎn)生的淤積，以及庫(kù)岸水土的流失，淤積面積廣，且水庫(kù)須保持城市供水的連續(xù)性，清淤方案宜采用水下作業(yè)法，重點(diǎn)選擇可全年作業(yè)、環(huán)保高效、節(jié)能的水下清淤設(shè)備。因此，對(duì)于東江水源交水口和白芒河、田下河等河口庫(kù)灣淤積較為嚴(yán)重的淺水區(qū)(水深0～15 m)，建議采用自推進(jìn)環(huán)保絞吸式挖泥船清淤；對(duì)于淤積量小的深水區(qū)(水深>15 m)，建議采用氣力泵清淤。

表1 清淤技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

3.2 施工要點(diǎn)分析

在清淤工程開展期間，為保障水庫(kù)供水安全，需要采取一定的技術(shù)保障和二次污染防治措施，最大限度地減小清淤工程對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的擾動(dòng)。以西麗水庫(kù)為例，建議主要施工要點(diǎn)如下。

a) 清淤工作開始前，應(yīng)劃出清淤實(shí)驗(yàn)區(qū)，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)及施工措施進(jìn)行驗(yàn)證，調(diào)整施工參數(shù)及工藝后再正式開工。

b) 應(yīng)劃分清淤區(qū)塊并進(jìn)行編號(hào)，對(duì)每個(gè)區(qū)塊進(jìn)行坐標(biāo)定樁，以利于監(jiān)理和跟蹤監(jiān)測(cè)。

c) 清淤施工應(yīng)按水流的方向和水下地勢(shì)，先上游后下游，先高后低的順序施工，盡量減輕二次污染和提高清淤效率。

d) 清淤區(qū)塊設(shè)置垂直水面的柔性全封閉攔污設(shè)施，把作業(yè)區(qū)與其他水域分開，并及時(shí)清走垃圾，防止垃圾和懸浮物擴(kuò)散，造成二次污染。

e) 采取先清大塊垃圾后清淤的施工順序，防止堵塞清淤設(shè)備。

f) 適當(dāng)加深挖泥深度。開挖線應(yīng)比淤泥層低10～15 mm，以利用原狀土稀釋污染物含量，減輕污泥的后續(xù)處置難度，同時(shí)也增加了興利庫(kù)容。

g) 建議清淤過(guò)程放緩放慢，有序進(jìn)行，不應(yīng)為追求短工期，而快速施工。

h) 在水下清淤過(guò)程中，可增加曝氣等輔助工藝，減少水底底泥污染物的釋放。

4 西麗水庫(kù)底泥的余水處理及資源化利用

4.1 底泥余水處理

環(huán)保清淤是治理水庫(kù)內(nèi)源污染物的重要手段，清淤過(guò)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。堆場(chǎng)余水中含有氮、磷、有機(jī)污染物及重金屬污染物，這些污染物大部分黏附在懸浮顆粒上并隨余水排入受納水體中，將造成受納水體的二次污染。這些懸浮顆粒比重小，短時(shí)間內(nèi)難以沉淀去除，并且清淤工程的單位產(chǎn)量大，以及堆場(chǎng)空間的限制，余水處理已經(jīng)成為環(huán)保清淤工程正常運(yùn)行的制約因素。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)余水處理做了一些有益的探索研究，主要有化學(xué)絮凝、水生植物過(guò)濾帶、吹填法和多級(jí)溢流等[13-15]。

西麗水庫(kù)的清淤尾水可利用位于白芒和麻墈的人工快滲系統(tǒng)，估計(jì)每天可處理約1萬(wàn)m3余水。不足部分可考慮采用微波三級(jí)沉淀法水處理技術(shù)[16]，也可以將余水直接排入設(shè)在庫(kù)尾的百旺污水泵站前池，再抽排至西麗再生水廠達(dá)標(biāo)處理后排入大沙河。

4.2 底泥資源化利用

目前，水庫(kù)底泥資源化技術(shù)主要有底泥土地利用、固化后做填方材料和制造建筑材料等[17]。底泥的資源化研究，必須對(duì)底泥的各種性能進(jìn)行系統(tǒng)和詳細(xì)的研究，比如污染狀況、地點(diǎn)的選擇、技術(shù)可行性、產(chǎn)品的環(huán)境可接受性、成本和效益以及法律法規(guī)的限制指標(biāo)等。根據(jù)底泥的來(lái)源、成分特征，以及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、技術(shù)條件，因地制宜地選用底泥資源化的途徑。對(duì)水庫(kù)底泥成分和污染程度的相關(guān)性進(jìn)行研究，以確保在資源化過(guò)程中取得的最優(yōu)配方。底泥的資源化應(yīng)采取治理與開發(fā)相結(jié)合，集中利用與分散利用相結(jié)合，長(zhǎng)遠(yuǎn)利益與近期利益相結(jié)合，充分利用土地及底泥的資源價(jià)值[18]。

目前國(guó)內(nèi)城市中的江河湖泊大都有污泥淤積，較早開展了一般意義(非環(huán)保)的疏浚清淤，受堆場(chǎng)環(huán)境要求的制約，淤泥的處置技術(shù)研究得較早，所以淤泥的處理技術(shù)相對(duì)于水下環(huán)保清淤技術(shù)開展得更早，也較成熟。但也更多的是借鑒軟基處理中的固結(jié)和排水技術(shù)，如真空預(yù)壓技術(shù)，以及添加劑固結(jié)脫水技術(shù)，對(duì)淤泥本身及余水的污染物的處理還沒(méi)有更好的辦法，真正做到減量化、無(wú)害化、生態(tài)化還需作進(jìn)一步研究[19]。

對(duì)于西麗水庫(kù)的底泥處理，由于清出的淤泥不僅有二次環(huán)境污染危害，同時(shí)需要較大場(chǎng)地處置和較高運(yùn)輸成本，因此水庫(kù)底泥最好在就近庫(kù)岸進(jìn)行妥善處置。如水庫(kù)周邊已確權(quán)劃界，可采取化整為零的辦法，利用無(wú)害干化的淤泥渣土作為農(nóng)用肥料，分別以少量埋入每棵樹下，達(dá)到降低運(yùn)輸成本就地處置利用的目的。淤泥渣土作為肥料就地埋入樹下前，須由農(nóng)林研究資質(zhì)機(jī)構(gòu)對(duì)減污干化的淤泥渣土進(jìn)行毒性分析和研究，確定是否可通過(guò)已有植被進(jìn)行消化吸收。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，不少飲用水源水庫(kù)長(zhǎng)期擔(dān)負(fù)著重要的城市供水任務(wù)，庫(kù)底越積越多的淤泥沒(méi)有得到清理，如果沒(méi)有成熟穩(wěn)妥的清淤方案而貿(mào)然進(jìn)行水下清淤，就會(huì)擾動(dòng)淤泥穩(wěn)定狀態(tài)，釋放濃度極高的污染物，二次污染水體。一方面，當(dāng)庫(kù)底淤泥已相對(duì)穩(wěn)定，污染濃度暫時(shí)沒(méi)有達(dá)到污染水源程度，水庫(kù)水質(zhì)總體達(dá)到三類水標(biāo)準(zhǔn)，不建議對(duì)水庫(kù)庫(kù)底淤泥進(jìn)行水下清淤施工；當(dāng)水庫(kù)水質(zhì)持續(xù)惡化的趨勢(shì)還無(wú)法改變時(shí)，此時(shí)庫(kù)底淤泥污染濃度已達(dá)到較高水平，內(nèi)源污染已成為主要污染源，為保證水質(zhì)安全，須采取有效水下清淤措施。另一方面，對(duì)庫(kù)底淤泥的污染物含量和濃度的監(jiān)測(cè)，以及確定清淤目標(biāo)，是水庫(kù)水下清淤前的重要工作。具體監(jiān)測(cè)哪種污染物，應(yīng)結(jié)合水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告中某些檢測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)的中長(zhǎng)期增長(zhǎng)趨勢(shì)而定。此外，由于清出的淤泥不僅有二次環(huán)境污染危害，同時(shí)需要較大場(chǎng)地處置和較高運(yùn)輸成本，建議水庫(kù)底泥就近庫(kù)岸進(jìn)行妥善處置，在對(duì)淤泥無(wú)害化處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行資源化利用或就近掩埋。