底泥处理技术综述及其在深圳的应用

底泥处理技术综述及其在深圳的应用刘沅1，朱伟2(1.深圳市水污染治理指挥部办公室2.河海大学)摘要：针对深圳河湖治理中遇到的污染底泥处理处置问题，在调研国内外河湖底泥处理技术现状的基础上，从深圳市河湖及近海淤泥处理的外部环境条件出发，研究可采取的处理方案。明确了深圳福永淤泥堆场处理中应该研究的问题。关键词：底泥;处理技术;应用1、前言为了改善河流、湖泊、近海等水域的水质以及保证河道正常的行洪、通航能力，我国对许多河道、湖泊、水库和海湾等水域进行了大规模的疏浚和清淤工程[1-4]。如上海在2000～2003年中，累计整治河道1.5万条，疏浚淤泥总量达1亿m3；2003年一年，浙江省河道的淤泥疏浚量就达5000万m3左右[1]；面积2349平方公里、蓄水量50亿m3的太湖底泥总储量达到19.12亿m3，其中沉积量大、污染严重而需要清理的面积为98.8km2，清淤量在3952～5928万m3之间；南水北调东线工程的启动，也遇到许多输水河道需清淤，大量底泥需要处理的问题[2]。根据初步调查和测量分析，深圳市共有大小河流310条，现状河道底泥总量粗略估算约2000万m3，其中大部分底泥属于污染底泥。另外，水库、海湾、珠江口沿岸等水域的污染底泥数量亦相当大。可以预计，未来若干年河湖及近海水域综合整治及水环境工程中将会产生大量的疏浚底泥已成为难以回避的现实。由于疏浚出来的河湖底泥含水率高、强度低，有时还含有有毒有害物质，其合理的处理越来越受到各方面的关注。长期以来，我国大部分疏浚工程采用抛弃法，将淤泥通过海洋抛弃或弃于陆地抛填区或低洼地区进行处理。抛泥处理虽然方法、工艺简单，成本低廉，但造成对周边环境的影响，以及占用了大量的土地资源，与保护环境、提高土地资源高效利用的经济社会发展方向不相适应。随着城市工业和居民水平的提高，河流、渠道、管道、湖泊、水库以及近海等水域内汇入的污水量逐年增加，这些污水中携带有许多重金属、有机物、N、P等污染物，在一系列物理化学生物作用下，一部分污染物沉积到河湖底泥中，造成底泥污染。当采用传统的抛弃法对这些疏浚出来的污染底泥进行处理时，底泥中的重金属、营养盐将随着降雨的淋溶作用，通过地下水或者地表径流重新流入河湖形成二次污染[3]。因此，底泥处理中考虑对污染物质的控制，越来越受到重视。2、常用底泥处理方法及技术发展状况2.1抛泥法抛泥法分为海洋抛泥和陆地抛泥。海洋抛泥是将疏浚泥运送到指定的海洋抛泥区内，倾倒于海中，这一方法曾被沿海城市常用。如我国的黄骅港、连云港、深圳港、天津新港等港口的建设和维护中产生的大量疏浚泥，大多采用在近海岸设置抛泥区进行海洋抛泥。随着对海洋环境保护的重视以及近海倾倒区的饱和，这一方法的使用逐渐受到遏制。如2001年由于香港九号货柜码头施工而产生的淤泥废弃问题，引起了绿色和平组织和当地渔民的抗议。陆地抛泥就是将疏浚出来的河湖底泥简单抛弃于沿河、沿湖的低洼地区（如鱼塘、荒地等区域），进行永久堆放或临时堆放后复耕。内陆河湖产生的疏浚淤泥多采用此方法。这种淤泥处理方法，可能占用了大量的土地资源，如无锡五里湖的水环境整治一期工程中，疏浚泥量达60万m3，设置了3个堆场进行堆放，共占用土地达500亩，并涉及拆迁和农业、渔业赔偿等问题，给工程带来了很大的难度[4]；南水北调东线第一期工程的可行性研究报告提供的数据显示[1]，第一期工程的土石方开挖达20334.85万m3，土料暂存场临时占地面积为1594亩，弃土永久性占地达22009.2亩。除大量占用土地外，陆地抛泥法也可能引起二次污染的问题，所以，目前在国内外已逐渐舍弃了这种底泥处理方法。2.2吹（堆）填法吹（堆）填法是通过泥泵作用，从吸泥管吸取淤泥和水的混合物（泥浆），经过排泥管输送吹填陆域泥塘的一种施工方法。疏浚底泥作为填土材料使用，在许多少地的沿海国家和地区已经得到了应用。如日本、新加坡众多海上人工岛和机场的建设中都大量使用了疏浚底泥进行吹填，再对地基进行加固的办法填海造地。在我国香港地区，仅1995年就填海造地6200hm2，占香港总面积的5.7%，其填海的材料除了使用山石填土外，也大量采用疏浚泥作为填料[5]。在深圳的填海工程中，也大量使用吹填淤泥作为造地材料[6]。由于淤泥含水率很高，要想开发利用吹填法形成的土地，仍需要花一定的代价对其进行地基加固处理。淤泥吹填以后，相当长的时间内形成的是泥沼状的泥塘，施工人员和机械难以进入施工。经过较长时间后表面干化形成硬壳层，可以进行插板并通过真空预压法或堆载预压进行排水。这些方法施工造价不菲，且排水固结时间长。如在南油“314”吹填造地中采用了堆载预压的方法，按间距1m布设塑料排水板，共打插塑料排水板34.6万根，上面堆载厚度15m，需填砂垫层3.7m，固结周期达9个月[6]。由此可见，疏浚泥吹填造地的方法，存在着施工周期长以及处理成本昂贵的缺点。2.3处理利用法综上所述，要将河湖底泥转化为新的土工材料资源进行利用，必须改良其高含水率、低强度的性质。利用法是指通过技术处理将疏浚底泥转化为土工材料、建筑材料进行再生利用。这种处理方法既解决了疏浚底泥占地面积大、影响环境的问题，又解决了建设工程中（如路基填筑、岸堤加固等）用土紧张的问题，是个一举两得的好方法。它符合我国建材资源可持续发展的方向[7]，也是世界发达国家处理疏浚底泥常用的方法。如在日本，整个土建行业的废弃物利用率已经从1995年的58%提高到2000年的80%，淤泥等废弃土的利用率也达到了60%[8]。常用的疏浚淤泥处理方法从原理上讲有物理处理方法、热处理方法和化学处理方法三种。物理方法是借助挤压作用将淤泥中过多自由水分挤出，以改良淤泥的工程性质。热处理则是通过烧结或熔融的方法将疏浚底泥烧制成陶粒或砖瓦等建筑材料，加以使用。物理方法处理效率低，处理后仍需要经过二次处理才能满足工程用土材料的要求；热处理方法只能处理少量的疏浚泥，同样存在处理效率低的问题。化学方法是通过向疏浚底泥中添加固化材料混合后，借助固化材料与淤泥中水和粘土矿物的一系列物理化学反应从而改善疏浚底泥性质[9,10]，使之成为优良土工材料。固化处理方法可以根据处理土的使用目的调整固化材料配方，处理效率高，技术比较成熟，在一些发达国家已经广泛应用于实际工程。但在我国还处于刚起步阶段，仍有大量的基础性工作需进行研究。3深圳河道淤泥处理方案的选择3.1深圳河道淤泥的性质2004年有关单位对深圳市的深圳河落马洲、渔民村料坣河段的底泥进行了室内土工试验，测得其物理力学性质指标如表1所示。由表1的数据可以看出，深圳河的底泥属于淤泥和淤泥质土，具有高含水量、低强度、高压缩性等特点，土的物理力学性质很差。另外，据有关资料[11]显示：表1深圳河底泥物理力学性质指标天然含水量(％)天然重度(kN/m3)塑性指数液性指数压缩系数(MPa-1)无侧限强度(kPa)统计件数373737382116最大值272.0272.0416.065.1811最小值60.460.4181.941.225平均值119.6119.6243.562.696.3对于深圳市所有调查的河流的底泥，其PH值均高于土壤背景值，略大于7；底泥中的有机质含量水平在0.01%～43.31%的范围内，平均水平为4.43%，有机质组分以生活垃圾和生活污水的沉积物为主；底泥中一些重金属含量超标，其中以锌、铜、镍、铅、铬5类重金属含量最多，镉、砷、汞的含量较小（但这3类重金属毒性很大），各类重金属的全市平均含量水平如表2所示。表2深圳市底泥重金属含量平均水平(单位：mg/kg)锌铜镍铅铬镉砷汞平均含量水平149.03122.11109.7352.8327.644.200.970.943.2深圳市河道淤泥清淤方法按清淤的主要目的，清淤可分为两种：环保（生态）清淤和工程清淤。环保清淤是一种旨在清除河流、湖泊等水体中的污染底泥并为水生生态系统恢复创造条件的清淤方法，这种清淤方法需要与河道、湖泊的整治方案相协调，使清淤对周围环境和水体影响最小；工程清淤则主要是为了某种工程的需要，如疏通航道、增大湖泊库容、扩建港口等，而采用的一种清淤方法[12]。深圳市河道清淤方法以环保清淤为主。环保清淤的显著特点是薄层、精确、局部疏浚和严格的环保工艺控制要求，在清淤过程中要注重生物多样性和物种保护，清淤后的基底应为后续生物修复创造条件。按清淤的方式和手段，清淤又可分为陆地清淤和水下清淤。（1）陆地清淤：对于流量小、水深不大的小河流，通过施工围堰分期导流方式，将河道内河水基本排干，采用反铲或长臂反铲机械或人工在河床上直接挖掘，并用自卸汽车将清出的河道底泥运送到已选定的场址倾倒。这种清淤方法，可用于沙石类和泥土类底质的河床。此法是深圳市非感潮河段主要的底泥清淤方法。（2）水下清淤：河流大、水深、流量大的河流，通常采用水下清淤法。它是在保持河道中水位的情况下，可以利用抓斗式挖泥船及长臂反铲开挖河道底泥，并通过泥驳或自卸汽车运输开挖料；也可以采用底泥疏动装置和吸泥泵的操作配合，泵吸河道底泥，清出的底泥以泥浆的形式用输泥管直接输送，装船外运，不在工地设转运场。该法容易控制清除底泥的层厚，几乎可用于各种底质类型的河道，包括泥土类、沙石类和硬质类。然而，此方法的缺点也十分明显，主要是清除出的底泥含水率高、清淤中因机械搅动造成水体局部污染和周围环境污染等。在采用相应的防护措施后，能够减少底泥含水率和减少对环境的影响。对于较大河流和感潮河流，通常采用此类方法。针对深圳大部分的河流都是“雨源型”河流的实际情况，底泥的清淤施工期应选择在枯水季节进行。对于深圳市大部分干涸的河道，可直接利用机械，采用陆地清淤方式将底泥清除；较大的河流如深圳河、观澜河下游、布吉河下游或感潮河段在枯雨季节河道内还有较深的水域，仍须采用水下清淤的方式。3.3深圳采用的底泥处理方法目前，深圳市河道底泥主要采用以下几种的处理方法：（1）堆放于垃圾填埋场（含余泥渣土受纳场）这种方法在底泥产生量较少时，可以采用。现在，深圳市垃圾填埋场仅够容纳市政的生活垃圾，已无能力容纳大量产生的河湖底泥。（2）海洋倾倒以往深圳市的河道疏浚底泥多抛到内伶仃岛海域，现在，内伶仃岛被列为中华白沙豚保护区，禁止倾倒底泥。目前，国家在珠海海域的黄矛岛新划定了一块海洋倾倒区，限量倾倒疏浚淤泥。（3）填海清洁底泥或经过严格处理达标后的污染底泥可以作为填海土方或建筑填土。现在深圳大部分河道底泥污染严重，重金属超标，而且散发很大的臭味，不能直接作为填海的土方。只有小部分污染程度较轻的底泥可采用。（4）填埋由于河道周围没有足够多空旷的场地作为底泥处理用地，或者底泥污染太严重不能作其它用途时，则须进行填埋处理。采用填埋处理时，必须对填埋场地进行地基防渗处理，以隔断堆置的污染底泥与地基土壤或地下水等周围环境的直接接触，防止二次污染。（5）处理利用河道底泥经过预处理后，如物理脱水、祛除有毒物质、固化处理等，可用作农业覆土、垃圾堆场覆盖土、城市绿地用土、河堤路基填土以及烧制砖瓦、陶粒等。目前，底泥资源化利用方法在深圳已有少量应用。3.4深圳市底泥处理的条件分析由3.1小节所述可知，深圳市河道底泥的含水率和有机质含量较高，重金属超标，大部分属于污染底泥，不宜采用堆放抛弃处理法。新划定的淤泥海洋倾倒区距深圳市港口约60公里远，运距远，运输费用比抛到内伶仃岛增加了几倍，而且大部分底泥重金属超标，不符合抛海标准，所以底泥处置也不宜再采用海洋倾倒法。另外，现阶段，很多淤泥资源化利用方法都不太成熟，或不符合深圳实情。结合目前深圳市的实际情况，从环保、经济以及技术可行性和可操作性方面来考虑，现阶段，深圳底泥处理宜采用填埋法。东部部分河道的清洁或微污染底泥，可向东部海域围海造地区（如坝光化工园区）填埋；西部河道的部分微污染底泥，可向西部海域围海造地区（如机场飞行区）填埋。随着水质的改善和水土保持设施的完善，底泥污染程度逐渐得到改善，河湖底泥淤积会逐渐减少，就可以就近直接资源化利用或向围海造地区填埋。4福永淤泥堆场的处理方案研究4.1场地的基本条件福永处理场一期工程是深