0 引言

　　经济长期快速发展导致了严重的环境问题，如城市内河涌的极大污染，以及伴随着的黑臭、富营养化等问题。目前，国内外已发展了多种治理污染河涌的技术，其中清淤是一种重要的河涌环境重建技术，已经成为国内外治理污染河涌的主要工程措施之一^[1]。清淤以改善环境为目标，通过工程手段，清除底泥中的污染物，为后续水生生态系统的进一步恢复创造条件^[2]。然而在工程实际实施过程中，基于调查评估基础上的污染底泥分区分类清淤及处理、处置资源化利用及全过程监管等问题都是制约工程质量的重要因素^[3,4]。同时底泥处理过程中余水的处理也值得关注^[5]。桂畔海水系河涌清淤工程针对以上存在的问题，结合实际情况，探讨了一套行之有效的解决方案。

　　1 工程概况

　　工程按照水系特点划分为桂畔海河水系和伦教大涌水系，总服务面积93.91km²，服务人口45万。共包含57条河涌，部分河涌被列为黑臭水体，其中桂畔海河水系包含河涌38条，伦教大涌水系包含河涌19条。河涌宽度6～113m、长度0.2～13.5km，同时大部分河涌位于老城区中，许多建筑物临涌而建。

　　1)对57条河涌的底泥进行勘测及分层检测，包括物理、化学指标分析，查明河涌底土层性质。污染物相关指标数据如表1,2所示。

　　表1 底泥中的有机质、总磷总氮检测结果 

　　(mg·kg^-1)

　　表1 底泥中的有机质、总磷总氮检测结果

　　表2 河涌底泥中重金属含量(mg·kg^-1) 

　　表2 河涌底泥中重金属含量(mg·kg^-1)

　　整体上，TN,TP处于重度污染与轻度污染之间;重金属指标中，除部分区域Hg单个污染物潜在风险指数属于高风险外，其他重金属如As,Cu,Pb等潜在生态风险指数处于中低风险。重金属生态风险指数RI均在300以内，多种金属潜在生态风险指数整体上处于中低风险。

　　2)经过前期对河涌底泥的分层勘察检测，设计方确定平均清淤深度为50cm，对于个别排污口及重度污染区域附近加深至80cm，总疏浚量约为250万m³。

　　2 河涌清淤技术路线

　　由于涉及河涌较多，各种情形均有体现，结合各种清淤及运输方式的优缺点，合理选用清淤施工及运输方式。

　　2.1 清淤方式

　　1)主要选用了“带水清淤”及“干床清淤”两种方式。带水清淤可选用绞吸船、水上挖机、陆用长臂挖机等设备;干床清淤可选用移动式吸泥泵、高压水枪、陆用长臂挖机等设备。

　　2)有通航要求或水量较大、清淤量较大河涌，采取带水清淤;桥涵、机械无法进入的小型河涌，采取干床清淤中的水力冲挖方式;部分机械可以进入，且含有大量石块、垃圾的复杂小型河涌，采用干床清淤中的干挖方式。

　　3)针对密闭箱涵采用机器人清淤的方式。

　　4)为减少水上挖掘机施工对底泥的扰动及二次污染，对挖掘机挖斗及辅助泥驳做了相应改进。多齿挖斗改用平口挖斗，同时在两侧增加溢流口，减少疏挖底泥时对底泥的扰动。

　　2.2 运输方式

　　1)通航河段疏浚及底泥输送绞吸船清淤采用底泥管道泵送的方式;水上挖机清淤采用密闭式运输车运输或泥驳混合运输的方式。

　　2)非通航河段疏浚及底泥输送方案基本方案同上，去除泥驳运输方式。

　　3)特殊类型疏浚及底泥输送方案桥涵、小型河涌清淤采用移动式吸泥泵及高压水枪清淤的采用罐车运输的方式;陆用长臂挖掘机清淤的采用密闭式运输车运输。针对密闭箱涵清淤采用专用清淤机器人沿箱涵内部行走，将箱涵内部的污泥通过铲斗铲出水面。通过铲斗内部的过滤孔将污水过滤出来流回箱涵，污泥则通过铲斗内的搅拌输送系统进入管道内，输送至地面污泥处理工作站。

　　4)辅助泥驳采用泥斗方式泥驳靠近上泥点时直接采用吊装方式转运到密闭式运输车内，减少了泥驳卸泥再疏挖的二次污染风险。

　　3 污染底泥的分类原则

　　根据现场勘查分析，工程范围内污染物淤积主要为淤泥和泥砂、建筑垃圾(砖、石头等)两部分为主。经调查分析，泥砂、土、建筑垃圾(砖、石头等)约占淤积物总量的2%，其余为淤泥。

　　以污染物成分及严重程度把河涌清淤底泥分为四类，分为一般污染、重金属污染、有机质污染、综合污染。一般污染指各项指标均未严重超标;重金属污染指部分或全部重金属指标超标;有机质污染指有机质指标超标;综合污染指重金属及有机质指标均超标。

　　4 污染底泥分类处理工艺

　　4.1 工艺原理及原则

　　根据底泥性质，通过垃圾分离、细砂分离、泥水分离、调理改性、脱水固结等工序，将高含水率、成分复杂的淤泥浆体逐级分离，首先实现垃圾和泥的分离。然后将垃圾分离处理，而泥浆通过脱水固结形成硬塑状泥饼，泥饼含水率<60%，重金属等污染物质固结于泥饼中，遇水不泥化，不会产生二次污染。最终形成的泥饼可用于低洼地回填、岸线建设或其他用途，余水经过处理直接外排，分拣出来的垃圾进入填埋场填埋。

　　1)针对一般污染的河涌底泥只做简单脱水处理，实现底泥“减量化”。

　　2)针对重金属污染、有机质污染、综合污染的河涌底泥除做脱水处理外，添加稳定剂及固化剂。实现底泥“稳定化”“无害化”。

　　4.2 工艺流程

　　底泥处理工艺主要包括预处理系统、浓缩系统、调理改性系统、脱水成固系统、余水处理系统。本项目共计建设了4座底泥处理厂，每座具体工艺流程如图1所示。

　　图1 底泥处理工艺流程  

　　4.3 系统及相关参数

　　1)预处理系统主要由初筛(振动斜筛分离机、细砂分离机)和细筛(回转式格栅机)组成，振动斜筛分离机与细砂分离机为定制一体化设备。疏浚泥浆先通过振动斜筛分离机，然后通过细砂分离机，最后经过格栅机进入浓缩系统。振动斜筛分离机处理方量为300m³/h;回转式格栅机主要作用是分筛前端未能很好处理的一些细小垃圾等，确保后续的进一步处理质量。选用参数为:栅条间隙30mm，沟深2 300mm，电机功率1.1kW，角度75°。

　　2)浓缩系统泥浆经过预处理系统后自行流入浓缩系统进行浓度调节，经过固液分离池浓缩的淤泥采用小型绞吸式挖泥船泵入搅拌器中，绞吸式挖泥船的铰刀头必须置于疏浚淤泥的中间，以便保持泥浆浓度。表层清液通过设置于沉淀池尾端的排水槽自流入余水池进行处理。

　　3)调理改性系统由加药系统和调理罐组成。加药系统包括搅拌器、料罐、自动泡药机等设备，搅拌器施工功率与浓缩池中小型绞吸式挖泥船匹配。通过搅拌器使得淤泥与药剂充分搅拌均匀，对淤泥进行调理、调质，改变淤泥的微观结构，快速增加后续淤泥脱水效果。搅拌均匀的淤泥提升至调理罐，进一步固液分离，调理后浓缩泥浆待用。改性拌合系统配备多个料罐，分别储存调理剂及稳定剂。相关参数:阳离子聚丙烯酰胺固含量≥88.0%，阳离子度中低，黏度为3 550MPa·s，溶解时间<90min;聚合氯化铝含量≥29.5%,pH值3.5～5，盐基度65%～85%，水不溶物0.06%～0.12%。按照干污泥量10%PAC+0.5%PAM，含量稳定剂采用铁基生物碳、蒙脱石等。

　　4)脱水成固系统包括喂料系统、压滤系统、反冲洗系统及泥饼储存系统。其中喂料系统与调理罐对应，一套喂料系统对应一套压滤系统及调理罐;反冲洗系统主要是用气水混合物，低压反冲洗滤带，定期维护，保证长期运行效果;泥饼储存系统主要通过皮带式输送机，把压滤后泥饼送至堆场，堆场布置挡雨棚，以免雨水冲刷，同时为了增加运输便利，堆场系统配备1台推土机。泥饼在堆场中自然风干5～7d后如经同步检测合格，将按其相应指标做不同资源化利用处置。压滤系统由3台带式压滤机组成，底泥在压滤机上可分为再絮凝、重力脱水、压力脱水3个阶段。带式压滤机相关参数:污泥泥浆处理量为65～75m³/h，外观尺寸为12 300mm×3 800mm×2 600mm，主机功率为7.5kW，浓缩机为2.2kW，混合器为1.5kW，空压机为3kW，搅拌器为1.5kW×2。

　　5)余水处理系统采取三级沉淀加药系统，分级沉淀，在每级溢流口投加复配絮凝剂。可以有效去除悬浮物、有机物、藻类和总磷等污染物。

　　4.4 实际效果

　　1)分析处理后底泥的含水率、pH值、重金属含量等指标。p H在5.73～8.29;含水率整体在60%以下，其中含水率最大值为52.0%;镉的最大值为0.98mg/kg，汞的最大值为0.502mg/kg，镍的最大值为58.2mg/kg，铅的最大值为68.8mg/kg，铜的最大值为131mg/kg，总铬的最大值为97.5mg/kg，砷的最大值为24mg/kg，锌的最大值为303mg/kg。除去取样点位引起的误差外，经对现场考察及分析，整体来看脱水效果及污染物控制达到设计预期。

　　2)余水指标均能满足广东省DB44/26—2001《水污染排放限值》二级标准相应指标。重金属指标镉、汞、铅、总铬、六价铬、砷、铜、锌大部分指标都在检测限以下，满足标准限制值;悬浮物最大值为36mg/L，化学需氧量最大值为92mg/L，氨氮最大值为2.73mg/L。

　　5 运行与监管

　　为实现实时监控、便于计量及确保运行质量等，根据底泥处理工艺流程，设置1套运行与监管系统。该自控系统采用集散型控制系统(PLC系统)，部分主站下挂远程从站的方式，从站的设置根据现场实际情况合理布置。

　　系统通过自动生成的统计报表，以曲线、饼图等多种方式显示工作状态、运行数据等。能分析趋势，并能导出成excel、文本等多种格式。工况运行不正常时，系统将会予以自动报警，提醒运行监管人员注意。同时显示存在故障的设备及点位，便于后续故障的分析及判断。该系统可以用于保障污泥处理达标，同时降低底泥处理药剂的使用、设备运行时间等成本指标，减轻劳动强度，提高生产效率。

　　6 资源化利用技术

　　稳定固化后的污染底泥一般用作焚烧、回填等利用，焚烧处置成本较高，普通回填不仅增加了运输成本也存在较大的浸出毒性的风险。因此需要寻找一种就近处置、降低风险的资源化利用方式。

　　利用自有专利技术“基于疏浚底泥的生态筑堤系统及其施工方法”，于河堤护坡地大量鱼塘低洼处作为筑堤加固用土。既能够达到对清淤底泥中的重金属予以固定及降解有机污染物的双重目的，且能就地资源化利用，在筑堤的同时能减少河堤渗漏及失稳的风险，避免二次污染。

　　7 结语

　　城市内河涌的清淤与底泥处理处置是一个系统性的问题，需要统筹考虑。清淤方式及运输方式的确定一定要在充分的调查及评价分析的基础上进行，既能有效控制环保投资也能确保环保清淤的效果。对于不同条件下的河涌底泥，需要有效减少清淤后的体积及控制其污染物防止二次污染。同时引入信息化的监管手段，有助于提升底泥处理运行环节的质量保障及管理效率。资源化利用处理后的泥饼是避免污染转移、变废为宝的重要手段。