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面向污染水体的底泥环保疏浚技术与资源化利用


第2 0卷第6期 2009年12月

水资源与水工程学报
Journal of Water Resources&Water Engineering

VoL 20 No.6
Dec..2009

面向污染水体的底泥环保疏浚技术与资源化利用
彭旭更,胡保安
(中交天津港航勘察设计研究

院有限公司,天津300450) 摘要:环保疏浚是清除水体内污染源的一项工程技术,在水体污染控制与治理领域发挥着重要的作用。本文介 绍了环保疏浚技术的特点、环保疏浚设备的研制概况和国内环保疏浚工程的现状.同时对琉浚底泥的资源化利用 途径进行了综述.并重点介绍了农业利用和湖滨带基底生态修复两种方式. 关键词:水体污染,底泥}环保琉浚,底泥资源化
中图分类号:X52 文献标识码:A 。文章编号:1672-643X(2009)06-0095-03

Environmental Dredging and Recycling for the Sediment in Pollution Surface
PENG Xfi-geng,HU Bao-an
(China

Water

Communication Construction Company死口彬in Port&Water'way Prospection Design&Research Institute CD..Ltd,Tianjin 300450.China)

Abstract:Environmental dredging is
source

one

of the effective measures for clearing the inner-pollutant

away and plays more and more important role in the field of water pollution control and
on

governance.The characteristics of environmental dredging technology and the research work the devices and some projects in China cling technologies of sediment
are are

introduced in this paper.At the same time,the recy—
on

proposed with emphasis

the techniques of agricultural appli’

cation and ecological restoration. Key words:pollution surface water;sediment;environmentaI dredging;sediment recycling

O前言
底泥是水体中污染物的主要蓄积场所,也是水 体二次污染的潜在污染源。在湖泊环境发生变化 时,底泥中的污染物会重新释放出来进入水体。即 便污染水体的外源得到了有效控制,由于内源污染 负荷的存在,仍有可能使水体遭受污染。因此,对于 污染水体的治理措施,一般是外源污染基本得到控 制以后,采取工程措施清除污染底泥。对浅水湖泊 和城市河道,尤其是城市附近污染底泥堆积厚度很 厚的局部重污染水域,环保疏浚技术的应用最为酱 遍,效果也最明显D-a3。
?

的。环保疏浚与工程疏浚的区别主要在于:环保疏 浚旨在清除污染水体中的污染底泥,并为水体水生 生态系统的恢复创造条件,同时还需要与水环境综 合整治方案相协调;航道工程疏浚则主要为交通运 输的需要,如航道疏通、增容等而进行的[I】。因此, 环保疏浚工程要求疏浚精度高(国外环保疏浚的疏 浚精度一般为:平面精度士30 cm、垂直精度士(5~ 10)cm),在疏浚过程中需要采取措施防止二次污 染,并对清除出来的污染底泥进行安全处理处置等。 环保疏浚与航道疏浚的技术特点对比见表l。 作为一门环境工程与疏浚工程相互交叉的边缘 工程技术,环保疏浚技术的关键之一是使用专用设 备采用水力疏浚的方法将污染底泥疏挖清除。专用 环保疏浚设备的发展成为了环保疏浚技术发展的一 项重要内容。 1.2环保疏浚设备发展 环保疏浚是水下机械疏浚行业的一个新分支。

1环保疏浚技术及其发展
1.1环保疏浚技术及特点 环保疏浚技术作为湖泊内污染源控制措施之 一,是在航道、河港等工程疏浚的基础上发展起来
收稿日期:2009-08-27

基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX0710l-OLO) 作者简介:彭旭更(1974-),男,河南郑州人,高级工程师,研究方向为港口航道疏浚技术.

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水资源与水工程学报

随着环境保护意识在全球范围内的提高,环保疏浚 技术的发展日益受到重视。早在20世纪70年代, 日本、美国、西欧等发达国家就投人了大量的人力、 物力致力于环保疏浚关键技术及设备的研究与开 发,并取得了显著的成果。目前,国际上有关环保疏 浚的设备共有两大类,即专用疏浚设备与常规挖泥 船改造¨J。
表1环保疏浚与航道疏浚的区别 项目 工程目标

设备。日本研制了螺旋式挖泥装置和密闭旋转斗轮 挖泥设备,二者可高浓度挖泥并且发生污浊扩散极 少,几乎不污染周围水域。意大利首先研制出了气 动泵挖泥船用于疏浚水下污染底泥,此装置疏浚浓 度高,可达到60%~70%,对湖底疏挖基本实现无 扰动。上述专用疏挖设备不适合大工程量的环保疏 浚。目前国外所使用的环保疏浚设备多为在普通挖 泥船上对某些挖泥机具进行环保改造,并配备先进 的定位、监控系统。针对绞吸式挖泥船,主要是把常 规绞刀头改造成环保绞刀头,目前主要有4种:①带 罩式环保绞刀;②立式圆盘环保绞刀;③螺旋环保绞 刀;④刮扫吸头。针对链斗式挖泥船,主要对链斗架 进行改造,斗架上部为封闭式,泥斗上装设排气阀, 使斗入水后斗中空气自行排出以消除产生混浊的危 险。针对抓斗式挖泥船,主要是把抓斗改为封闭抓 斗,使疏挖时不泄漏污泥。针对铲斗式挖泥船,主要 是在普通铲斗上增加一活动罩,使污泥封闭在铲斗 内,在提升铲斗时污泥不流出,现有设备如图1、图
2、图3。

航道疏浚

环保疏浚

使水体达到一定的深度清除污染底泥 底面平坦.断面规则 较厚。一般1 m以上 没有严格的限制
30"-'60 cm

边界要求 挖泥厚度 细颗粒扩 散要求 超深 设备选型 底泥处置 工程监控

按污染土层分布确定 较薄,一般小于1 m 尽量避免悬浮扩散 小于20
cn'l

标准设备 泥水分离后一般堆置 一般控制

专用设备或部件 根据污染程度特殊处置 专项分析严格监控

一些发达国家研制了适合本国环保疏浚的专用

国1带罩式环保绞刀

图2立式圆盘环保绞刀

图3

环保抓斗挖泥示意图

1.3国内环保疏浚现状 我国湖泊底泥疏浚早在20世纪50年代已经开 始。早在1953一--1958年,采用两艘链斗船并配备泥 驳对杭州西湖进行了第一次疏浚,挖出底泥就近堆 放后进行二次搬运。在1997'--'1998年,采用泥浆泵 对南京玄武湖进行污染底泥疏浚治理,将污染底泥 吹填造地。在1998".,1999年,采用绞吸挖泥船对滇 池草海进行污染底泥疏浚,将其吹填至湖边堆场,封 闭堆存。近年来,我国以控制湖泊富营养化为目的, 先后在昆明滇池、安徽巢湖、大理洱海、北京颐和园 昆明湖等湖?白进行了疏浚,这些疏浚工程均改善了 疏浚水域的污染状况[e-。 随着我国污染水体治理进程的加速,我国环保 疏浚的科技攻关开发工作得以开展。2002年科技 部将环保疏浚技术研究列入了国家高技术研究发展 计划。该项研究针对西五里湖重污染水体疏浚示范

区的污染底泥的现状,利用研发和集成的环保疏浚 技术,实施环保疏浚工程。在该项研究中,完成0.2 km2的环保疏浚示范工程,并在示范工程规模上集 成堆场防渗技术、余水处理技术、污泥脱水干化技 术、疏浚底泥再生资源利用技术,同时,对污染底泥 精确薄层疏浚技术和细颗粒去除与防扩散技术进行 研发改进[73 i 2008年关于环保疏浚技术的相关研 究又被列入了国家水体污染控制与治理科技重大专 项,目前正处于实施阶段。

2环保疏浚底泥资源化利用
污染水体的底泥以有机质为主体,底泥中含有 病原菌、病毒、寄生虫(卵)等大量有害物质,如果不 能得到有效处置,难免造成二次污染,这使得底泥处 置及资源化成为必然;同时,该类底泥中富含氮、磷 等有机元素,也存在一定含量的金属元素,这为底泥

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彭旭更,等:面向污染水体的底泥环保琬浚技术与资源化利用

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的资源化创造了客观条件。作为环保疏浚的核心内 容之一,疏浚污染底泥的资源化问题一直是研究的 热点。
2.I底泥资源化利用途径

土地利用,尤其是针对富含氮磷的河湖底泥。一些 专家认为,比较经济的污染底泥处置方法是在农田 上施用,用量要适当,应有利于土壤及栽种的农作 物m】。苏德纯等Ⅲ3研究表明官厅水库坝前疏浚底 泥中含有大量的还原性物质和速效性氮、磷,重金属 和有机氯农药含量均低于二级土壤环境质量标准, 通过加入砂性土壤和作物秸杆等材料可以降低底泥 容重和还原性物质含量,提高底泥的孔隙度并固持 底泥中的速效性氮和磷。经过处理后的底泥可以成 为良好的植物生长介质,树苗在上面生长良好。 2.2国内底泥资源化利用现状 目前,环保疏浚工程中存放污染底泥的堆场最 普遍的做法就是土地农业利用。底泥农用必须做到 以下几点:①严格控制底泥的有毒有害物质及病原 微生物,使其达到国家标准;②应特别注意底泥中重 金属的含量,同时参照土壤背景值等资料,严格控制 用量;③农田使用底泥数量有一定限度,当达到限度 时,底泥农用应暂停一段时间;④农田利用应在安全 施用量之下控制使用,并持续关注区域内的土壤、地 下水、地表水、作物等相关因子的状态和变化。在滇 池污染底泥疏挖及处置工程设计中,根据底泥含有 大量氮、磷营养物的特性,将云南滇池疏浚底泥用于 “垫田”,利用绞吸式挖泥船将污染底泥吹填或抛填 至低矮农田或低洼地,采取措施进行底泥干化,最终 进行堆场复耕,见图4。实践证明,该工艺改良了当 地贫瘠的土地,取得了显著的经济效益【1
51。

底泥的资源化利用途径,一般存在于能源回收、 材料制备和土壤恢复利用三大领域【8]。 制氢技术是一项能源回收领域的前沿技术,可 分为生物制氢和高温气化制氢两类技术,是污染底 泥资源化的未来发展方向之一[o’1引。目前,生物制 氢技术的整体研究水平仍处于基础阶段,主要体现 在:天然厌氧微生物的菌种来源比较单一;生物制氢 的供氢体仍局限于简单的碳水化合物;大多数研究 都集中在细胞和酶固定化技术上。因此,追踪国内 外目前的研究水平,生物制氢技术距其实现工业化 生产还有很大的差距。 制备建筑材料技术是底泥资源化利用的一种途 径。张国伟等[11】对上海新泾港河道底泥的化学成 分、颗粒组成和矿物组成等性能进行了分析和研究, 对烧制出的底泥陶粒产品进行的性能测试表明,各 项技术性能均能达到国家标准。Kay Hamer等在 对疏浚底泥进行了完全工厂规模化的制砖试验之后 指出,用底泥制砖使得As和重金属元素变得稳定, 不会造成环境影响D纠。目前,将污染底泥用于材 料的制备越来越受到重视。但是对于该类技术的成 本控制,是不可忽视的指标。 目前底泥在工程上的处置途径,主要还是进行

图4滇池底泥堆场复耕

图5巢湖底泥用于湖滨带的营建

目前,环保疏浚底泥的另一项工程利用就是用 于湖滨带生态建设的基底重建与修复。巢湖污染底 泥疏挖及处置一期工程中,将污染底泥吹填至巢湖 大堤外侧,在加固大堤的同时进行湖滨带的生态建 设,见图5。加宽湖滨大道的同时,在沿湖滨大道吹 填区建成了生态林带。在随后的巢湖污染底泥疏挖 及处置二期工程中,将底泥用于巢湖大堤临湖侧的 湖滨带物理基底修复,减少直立堤岸对生态的破坏, 实现湖滨带生态修复的功能。

3结论与建议’
作为清除河湖内污染源的一项工程技术,环保 疏浚在我国水体污染控制与治理领域发挥着越来越 重要的作用。国内外?些工程实例表明,采取环保 疏浚技术能够有效清除水底污染底泥,而且对周围
(下转第102页)

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水资源与水工程学报

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水、排水措施开展相应的研究,隔水措施主要有铺设 隔水材料,如塑料膜料、土工布等,减少渠道渗漏对 基土的补充;排水措施主要有渠底埋设排水暗管、渠 坡砂砾石反滤层内埋设排水暗管、渠堤外侧埋设排 水暗管等措施。埋设排水措施,对降低渠基土壤含 水率效果显著。 对于地下水埋深较大的填方渠道或渠堤无侧向 排水补给的挖方渠道,可采用隔水措施,提高防渗、 防冻效率,多采用混凝土板、浆砌石下铺设塑膜、土 工布,并结合聚苯乙烯泡沫塑料板、砂砾石垫层,进 行防冻胀衬砌。 对于地下水位较高的填方渠道或渠堤无侧向排 水补给的挖方渠道,首先采用混凝土板或浆砌石下 铺设塑膜、土工布,并结合聚苯乙烯泡沫塑料板、砂 砾石垫层进行防渗防冻胀衬砌,提高防渗、防冻效 率,同时沿渠道纵向,在渠道底部或边坡砂砾石滤层 中埋设暗管,在局部洼地将暗管内的集水排出渠堤, 降低渠床基土的含水量。 对于地下水位较高且渠堤有侧向排水补给的挖 方渠道,在上述措施的基础上,同时在渠堤外侧埋设

暗管,在局部洼地将暗管内的集水排出,降低渠床基 土的含水量。 参考文献:
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(上接第97页) 环境不造成二次污染,其中底泥的资源化在实际工 程上可以用于农业利用和湖滨带基底修复。建议加 快环保挖泥船的研制工作,同时加快制定环保疏浚 方面的技术规范和标准,推进环保疏浚技术发展。 参考文献:
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