河道污染底泥規(guī)范化處置淺析

河道污染底泥規(guī)范化處置淺析摘要：在河道疏浚過(guò)程中，由于對(duì)河道底泥進(jìn)行擾動(dòng),底泥中的污染物會(huì)釋放到河水中，造成二次污染,底泥輸送過(guò)程中,如果不注重管理，會(huì)造成底泥流失.重新污染水體和土壤．底泥脫水過(guò)程中，如果不對(duì)滲濾水進(jìn)行處理，滲濾水會(huì)進(jìn)入水體和土壤，污染自然水體和地下水。本文以竹皮河水生態(tài)修復(fù)工程中江山大壩至夏家灣滾水壩段淤泥治理為例，與同行交流學(xué)習(xí)。前言：由于竹皮河屬季節(jié)性雨源河流，自然徑流量極小。竹皮河經(jīng)多年累積效應(yīng)，淤積嚴(yán)重，同時(shí)水體交換緩慢，河道自?xún)裟芰Σ?，河道?lái)水量少且豐枯不均，面源污染，底泥中氮、磷含量超標(biāo)，有機(jī)污染物等含量較高，底泥釋放的污染物成為竹皮河水質(zhì)的主要污染來(lái)源之一，使得竹皮河水質(zhì)無(wú)法達(dá)標(biāo)，水污染嚴(yán)重，水生動(dòng)植物匱乏，水生態(tài)環(huán)境惡劣。1工程布置本次竹皮河夏家灣至江山電站河道污染底泥規(guī)范化處置及河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)工程治理段范圍為夏家灣滾水壩~江山水庫(kù)大壩，總長(zhǎng)度2.4km。主要建設(shè)內(nèi)容有淤泥固化處理工程、固化土堆放場(chǎng)建設(shè)工程、河流緩沖帶生態(tài)修復(fù)工程等。本工程根據(jù)工程布置原則及工程實(shí)際情況對(duì)堆場(chǎng)進(jìn)行了布置，并對(duì)堆場(chǎng)的容量、面積、匯水面積等特性進(jìn)行了量測(cè)、估算。選擇集中堆場(chǎng)4處，占地約6.75hm2，堆場(chǎng)在施工期可兼做淤泥固化處理場(chǎng)地。四個(gè)堆場(chǎng)布置情況如下：（1）1#堆放場(chǎng)位于河道K0+400南側(cè)，現(xiàn)狀高程約為62m左右，堆場(chǎng)位于河道防洪水位以上，本工程在堆放場(chǎng)臨河側(cè)設(shè)置擋土墻；（2）2#堆放場(chǎng)位于河道K0+900南側(cè)，現(xiàn)狀高程約為65m左右，堆放場(chǎng)南側(cè)為陽(yáng)光一路，堆場(chǎng)位于河道防洪水位以上，本工程在堆放場(chǎng)臨河側(cè)設(shè)置擋土墻；（3）3#堆放場(chǎng)位于河道K1+300西側(cè)，堆放場(chǎng)西側(cè)為207國(guó)道復(fù)線(xiàn)，且堆放場(chǎng)與207國(guó)道之間設(shè)有原207國(guó)道的擋土墻，擋墻穩(wěn)定性可靠。堆場(chǎng)位于河道防洪水位以上，且臨河側(cè)設(shè)置了擋土墻。（4）4#堆放場(chǎng)位于河道K2+400南側(cè)，現(xiàn)狀高程約為57m左右，堆場(chǎng)位于河道防洪水位以上，本工程在堆放場(chǎng)臨河側(cè)設(shè)置擋土墻。2淤泥固化處理工程2.1淤泥處理處置的基本原則竹皮河河道環(huán)保疏浚產(chǎn)生的淤泥含有機(jī)污染物和重金屬等有害物質(zhì)，直接露天堆放或者直接填埋都會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。根據(jù)環(huán)保要求，需要消除底泥污染物危害，盡量資源化利用底泥，最終安全處置底泥。一般淤泥處理處置的基本原則如下：（1）資源化利用原則根據(jù)疏浚底泥的物理和化學(xué)性質(zhì)、底泥的疏浚方式以及周?chē)鷪?chǎng)地的土資源利用狀況，優(yōu)先考慮能夠?qū)⑹杩５啄噢D(zhuǎn)化成為可資源化利用的土材料的方法。（2）無(wú)害化處理原則無(wú)論選取資源化利用還是堆場(chǎng)就地處置，都要保證在清淤、運(yùn)輸、堆放、利用等各環(huán)節(jié)中，底泥中污染物不會(huì)釋放進(jìn)入河道水體，不產(chǎn)生二次的溶出、淋濾造成地下水、地表水的污染。（3）就地處理原則考慮到底泥的運(yùn)輸成本，應(yīng)該優(yōu)先考慮就地處理、就地處置和就地利用，因地制宜達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全、無(wú)后續(xù)處理負(fù)擔(dān)的目的。（4）經(jīng)濟(jì)性原則根據(jù)底泥最終用途，考慮處理處置要求的情況下，盡可能選擇最經(jīng)濟(jì)的淤泥處理工藝。2.2淤泥處理基本方案充分調(diào)研了國(guó)內(nèi)尤其是湖北省內(nèi)河底（湖底）淤泥處理工程案例，常用的淤泥處理方法方案如下：方案一：固化劑固化固化劑固化是向淤泥中添加固化材料，通過(guò)晾曬、排水、攪拌混合、養(yǎng)護(hù)、碾壓密實(shí)，使淤泥、水、固化材料之間發(fā)生一系列的水解和水化反應(yīng)，使得松軟無(wú)強(qiáng)度的淤泥變成具備一定力學(xué)性能的回填土料。方案二：真空預(yù)壓法針對(duì)疏浚淤泥的使用要求確定經(jīng)濟(jì)合理施工可行的處置方法。如直接從流狀淤泥處理成干土狀，則一般造價(jià)較高，因此，對(duì)河底淤泥一般采用“超軟土真空預(yù)壓法”進(jìn)行處理。同時(shí)為滿(mǎn)足后續(xù)工序?qū)τ倌嗵幚淼囊蠹盁o(wú)害化處理，在疏浚管道設(shè)置管道混合器，通過(guò)管道混合器向底泥注射（5%（干重）氧化鈣及0.1%（濕重）木鈣的混合物），同時(shí)靜止7-15天，以便滿(mǎn)足無(wú)害化作用。此種無(wú)害化方法目前尚無(wú)大規(guī)模的工程案例，僅用于試驗(yàn)階段及小試規(guī)模。方案三：機(jī)械脫水固結(jié)淤泥機(jī)械脫水固結(jié)處理系統(tǒng)工藝流程如下：通過(guò)泥漿泵將疏浚泥漿經(jīng)過(guò)管道輸送至沉淀池，經(jīng)過(guò)格柵機(jī)攔污和重力沉淀后，自流入調(diào)節(jié)池，泥漿在調(diào)節(jié)池完成濃度調(diào)理后，再泵送至均化池，在輸送管道中投加固化劑，泥漿在均化池均化后泵送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行泥水分離，形成泥餅，泥餅采用自卸式密閉槽車(chē)輸送至消納單位。調(diào)節(jié)池、均化池、沉淀池的上清液以及淤泥脫水的濾出液經(jīng)過(guò)泵送至尾水反應(yīng)沉淀池反應(yīng)后達(dá)標(biāo)排入受納水體。污泥處理方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表表1處理方法項(xiàng)目固化劑固化真空預(yù)壓法脫水固結(jié)一體化環(huán)境影響方面氣體方面(1)投加粉狀藥劑，圍堰區(qū)內(nèi)攪拌混合，易形成揚(yáng)塵，影響周邊環(huán)境；如遇降雨可能影響水體水質(zhì)；(2)干塘后，表層淤泥臭味較大。泥水混合作業(yè)但未進(jìn)行無(wú)害化處理，臭味影響較大泥水混合作業(yè)且進(jìn)行了無(wú)害化處理，臭味較小水體方面尾水量較少，如直排對(duì)水體影響相對(duì)較小帶水作業(yè)，尾水量較大，如直排對(duì)水體影響較大帶水作業(yè)，尾水量較大，如直排對(duì)水體影響較大噪音方面施工區(qū)域噪音量相對(duì)較小施工區(qū)域噪音量相對(duì)較小施工區(qū)域噪音量相對(duì)較大固廢方面處理后淤泥產(chǎn)品含水率一般≤40%～50%處理后淤泥產(chǎn)品含水率一般為50～70%，不可能達(dá)到≤40%處理后淤泥產(chǎn)品含水率一般≤40%環(huán)境方面不存在二次污染轉(zhuǎn)移未進(jìn)行固化處理，存在二次污染轉(zhuǎn)移不存在二次污染轉(zhuǎn)移工程實(shí)施方面處理場(chǎng)地?zé)o需另設(shè)淤泥處理場(chǎng)地需另設(shè)淤泥處理場(chǎng)，且處理場(chǎng)面積較大（約20萬(wàn)平米）需另設(shè)淤泥處理場(chǎng)，處理廠較大且處理廠需“三通一平”施工進(jìn)度（周期）（1）需先將圍堰全部實(shí)施完并排出堰內(nèi)湖水后進(jìn)行投藥固化進(jìn)行晾曬，晾曬完成后才能外運(yùn)。壓濾時(shí)間較長(zhǎng)（1）前期需先搭建廠房，對(duì)工期有影響；（2）施工周期相對(duì)較短；（3）因處理場(chǎng)內(nèi)的成品淤泥堆場(chǎng)相對(duì)較小，一旦淤泥產(chǎn)品消納受限無(wú)法運(yùn)出，將使堆場(chǎng)無(wú)法放下外部環(huán)境影響陰天處理效果較差，雨、雪對(duì)施工影響較大；受外部環(huán)境影響較小，淤泥晾曬期間受外部氣候影響大受外部環(huán)境影響較小施工難易程度清淤深度較難準(zhǔn)確控制尾水處理量大，尾水需進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放，處理標(biāo)準(zhǔn)要求高，半自動(dòng)化，簡(jiǎn)單尾水處理量較大，尾水需進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放，處理標(biāo)準(zhǔn)要求高，自動(dòng)化程度高處理效果直接加入添加劑進(jìn)行“增量處理”，淤泥減量化50％或僅有少量水在攪拌固結(jié)后自然滲出重力擠壓，淤泥處理產(chǎn)品含水率相對(duì)低，若要達(dá)到含水率50%需最少進(jìn)行二次以上真空預(yù)壓，其后面預(yù)壓工程費(fèi)最少按第一次的80%計(jì)機(jī)械擠壓，處理產(chǎn)品含水率較低，產(chǎn)品遇水不易泥化，產(chǎn)品較穩(wěn)定無(wú)害化處理處理后淤泥含水率仍高，難以迅速固封有害物質(zhì)，需經(jīng)過(guò)1～2周堆放才能利用。添加氧化鈣及木鈣混合藥劑進(jìn)行無(wú)害化處理，目前不知有沒(méi)有二次溶出現(xiàn)象產(chǎn)生，且工程案例非常少。泥餅強(qiáng)度低且增長(zhǎng)慢，難以利用，需長(zhǎng)期堆放或攤曬。添加固化劑對(duì)危害物質(zhì)產(chǎn)生鈍化、固封，不易二次溶出，實(shí)際工程案例很多。硬塑狀泥餅，有強(qiáng)度且持續(xù)增長(zhǎng)，可立刻用作回填土或燒制水泥。適宜性適用范圍廣，特別適宜污染且淤泥量大有機(jī)質(zhì)含量低、含沙量高、透水性好的淤泥適用范圍廣，特別適宜污染且淤泥量大施工前期準(zhǔn)備無(wú)需提供處理廠需提供脫水處理場(chǎng)場(chǎng)址，施工周期最好避開(kāi)雨季需提供脫水處理場(chǎng)場(chǎng)址方案總體評(píng)價(jià)無(wú)需處理場(chǎng)地，施工靈活，費(fèi)用低，泥餅含水率≤40%～50%所需處理場(chǎng)地面積較大，施工周期較長(zhǎng)，泥餅含水率最低為50%，存在污染物二次析出問(wèn)題。所需處理場(chǎng)地面積較大，費(fèi)用高，施工周期較短，泥餅含水率為≤40%結(jié)合本工程河道水生態(tài)修復(fù)的特點(diǎn)，同時(shí)考慮到施工進(jìn)度、工程的經(jīng)濟(jì)性、處理效果以及對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，本工程河道擬采用“固化劑固化”的淤泥處理方案。2.3常用淤泥改性固化劑淤泥改性固化劑的主要作用，一是吸水作用，硅鋁基水化膠凝材料化學(xué)反應(yīng)消耗淤泥中的水分，生成帶有多個(gè)結(jié)晶水的化學(xué)產(chǎn)物；二是改性作用，與淤泥中的硅鋁基礦物發(fā)生一系列水化反應(yīng)，改善淤泥中的顆粒組成，提高淤泥的析水效果，使淤泥中的水分易于自然析出；三是減污作用：水化產(chǎn)物形成的硅鋁酸鹽礦物（水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等）通過(guò)化合、包裹、吸附等作用，有效降低淤泥中有毒有害物質(zhì)（如：重金屬）對(duì)環(huán)境的釋放濃度；四是增強(qiáng)作用，不可逆的水化產(chǎn)物在淤泥顆粒之間形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成骨架，結(jié)晶類(lèi)的產(chǎn)物填充網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的孔隙，使固結(jié)體致密，具備良好的強(qiáng)度、耐水性、耐久性。目前淤泥改性固化劑生產(chǎn)廠家較多，各個(gè)廠家成產(chǎn)的淤泥改性固化劑成分、用法用量及價(jià)格均有差異，固化河道淤泥（80%左右含水率）一般一立方淤泥摻入t～0.2t固化劑，本次工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)部分淤泥情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)制固化劑含量配比。目前國(guó)內(nèi)常用的淤泥固化劑/絮凝劑有如下幾種：（1）污泥堿化穩(wěn)定技術(shù)（投加石灰）污泥堿化穩(wěn)定技術(shù)是在污泥/淤泥中加入少量的石灰和氨基磺酸，充分混合后經(jīng)過(guò)反應(yīng)器，在由低溫至高溫的過(guò)程，通過(guò)石灰的作用使得污泥粒徑含水率減少，進(jìn)來(lái)的污泥含水率是80%～83%左右，出來(lái)的含水率可以達(dá)到70%以下（指在生石灰的添加量在10%的情況下，不同的石灰添加量出來(lái)的污泥含水率也是不同的），堆放一周后經(jīng)自然干化含水率可降到60%以下。本工藝處理后的污泥可用作垃圾填埋場(chǎng)的覆蓋土；因?yàn)槭菈A性處理，pH值很高，可以使臭氣味、病原菌和蛔蟲(chóng)卵基本得到處理，而且對(duì)重金屬的去除有非常好的作用。（2）HAS固化劑HAS固化劑是一種粉末狀材料，利用該產(chǎn)品能在常溫下固化粉煤灰、工業(yè)廢渣、各種工業(yè)尾礦、含泥石屑、土壤、山渣、城市垃圾、污淤泥等，并具有早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度穩(wěn)定發(fā)展，水穩(wěn)定性好，耐久性好，施工方便，施工周期短等特點(diǎn)。HAS土壤固化劑顆粒細(xì)度一般＜0.5μm，具有較大的比表面積和高分散度，能與淤泥、土壤中的組成成分發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和水穩(wěn)性能，同時(shí)水化產(chǎn)物鈣礬石可以與淤泥、土壤中的重金屬發(fā)生同晶取代，對(duì)重金屬實(shí)現(xiàn)固化、穩(wěn)定化目的。HAS土壤固化劑具有以下特點(diǎn)：①HAS固結(jié)體早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度穩(wěn)定發(fā)展；②固化水體耐水性和耐久性好。軟化系數(shù)大于0.90；抗硫酸鹽介質(zhì)化學(xué)侵蝕系數(shù)大于1.0；抗凍融循環(huán)能力可提高一倍；滲透系數(shù)10-6～10-8cm/s；③HAS固化劑的凝結(jié)時(shí)間可調(diào);④HAS固化劑本身有微膨脹性，克服傳統(tǒng)水泥土干縮大、易開(kāi)裂等問(wèn)題；⑤HAS固結(jié)土體，施工簡(jiǎn)便易行。HAS固化劑固化淤泥前后技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表2對(duì)比指標(biāo)改性前改性后含水率（%）65～13035～50無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（MPa）-0.2～0.8抗剪強(qiáng)度凝聚力（KPa）1.0～10＞30摩擦角（°）3～10＞25體積10070～80外觀形態(tài)泥漿土狀固體在湖泊、湖塘、河流和海灘等水排干后的底部軟塑狀泥漿，表面明水少，具有有機(jī)質(zhì)含量高、含水量高、透水性弱和干燥體積收縮等特點(diǎn)。水下淤泥疏浚固化新技術(shù)主要對(duì)淤泥進(jìn)行固化改性，減容約40%以上，重金屬含量不超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限制，改性淤泥土達(dá)到符合《城鎮(zhèn)污水處理廠混合填埋用泥質(zhì)》（GB/T23485-2009）標(biāo)準(zhǔn)，改性淤泥充填的陸地具備一定地基承載力，能滿(mǎn)足工業(yè)建設(shè)用地要求。具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、效率高、淤泥無(wú)害化和資源化利用率高等特點(diǎn)，可以清除江、河、湖、海的淤泥污染和淤積，為缺少填土材料的地區(qū)提供廉價(jià)的填土材料。（3）M1固化劑M1固化劑是以鎂鹽，氯酸鹽，磷酸鹽，二元醇等為主要原料，并加入促凝劑和防水劑配制而成。特點(diǎn)如下：①固化時(shí)間短，可以在短期內(nèi)（1～2d）使污泥凝固，達(dá)到填埋要求；②添加量少，僅為污泥量的5%～8%，對(duì)污泥pH改變較小，同時(shí)抑制臭氣產(chǎn)生；③一種綠色的污泥調(diào)理劑，不對(duì)污泥造成二次污染，并能改進(jìn)污泥的性能，促進(jìn)污泥的穩(wěn)定化；④固定化處理的污泥/淤泥經(jīng)過(guò)在填埋場(chǎng)內(nèi)2～3年的穩(wěn)定期后，形成一種類(lèi)土壤物質(zhì)，可進(jìn)行開(kāi)采利用，實(shí)現(xiàn)污泥填埋場(chǎng)的可持續(xù)利用；⑤即使在雨天被雨水浸泡，也能保持足夠的機(jī)械強(qiáng)度，含水率上升也有限，有利于現(xiàn)場(chǎng)的露天作業(yè)。2.4淤泥最終處置方案淤泥的最終處置方法有填埋、綜合利用等多種方式，綜合利用一般以農(nóng)林利用和建材利用為主，常用的淤泥處置方式有以下幾種。（1）填埋處置處理后淤泥固化土填埋是目前國(guó)內(nèi)外常采用的方式。其優(yōu)點(diǎn)是投資少、容量大、見(jiàn)效快。處理后的淤泥泥餅有機(jī)物含量降低，總體體積減少，性能穩(wěn)定，可以直接送到生活垃圾填埋場(chǎng)，也可作為填埋場(chǎng)的每日覆土及最終覆土；或者設(shè)置專(zhuān)用的填埋場(chǎng)，根據(jù)底泥的含水率及力學(xué)特性等因素進(jìn)行專(zhuān)門(mén)填埋。（2）焚燒濕污泥干化后再直接焚燒應(yīng)用得較為普遍，沒(méi)有經(jīng)過(guò)干化的污泥直接進(jìn)行焚燒不僅十分困難，而且在能耗上也是不經(jīng)濟(jì)的。以焚燒為核心的污泥處理方法是最徹底的處理方法，它能使有機(jī)物全部碳化，殺死病原體，可最大限度地減少污泥體積；但是其缺點(diǎn)在于焚燒的設(shè)備投資大、能源及操作費(fèi)用都很昂貴，處理費(fèi)用高，易產(chǎn)生大氣污染問(wèn)題，而且污泥中的有用成分（TN、TP）未得到充分利用。（3）綜合利用20世紀(jì)70年代以前，處理后淤泥泥餅資源化利用通常是用作機(jī)場(chǎng)、港口的擴(kuò)建和新建用土。這樣的資源化途徑填埋了海灣和河口，破壞了動(dòng)物的棲息地，對(duì)環(huán)境極其的不友好。而今，疏浚底泥資源化應(yīng)用于更有利于環(huán)境的方面：①農(nóng)業(yè)、園林利用疏浚底泥中含有有機(jī)質(zhì)和植物所需的營(yíng)養(yǎng)成分，具有化學(xué)肥料所沒(méi)有的有機(jī)質(zhì)肥料，具有較多的比較均衡的肥料成分，具有腐殖質(zhì)膠體，能使土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，保持養(yǎng)分作用，是有價(jià)值的生物資源。用《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618-2018）和《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB4284-84）作為衡量疏浚底泥的污染程度和土地利用可行性指標(biāo)，對(duì)于不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的疏浚底泥不能直接進(jìn)行農(nóng)用。②用作垃圾填埋場(chǎng)覆土用于垃圾填埋場(chǎng)覆土封場(chǎng)，既處置了疏浚底泥，又恢復(fù)了生態(tài)環(huán)境，是一種很好的利用途徑。我國(guó)城市垃圾處理量的90%以上采取直接衛(wèi)生填埋。填埋場(chǎng)覆土封場(chǎng)所需粘土量很大，對(duì)于土地資源珍貴的城市，采用疏浚底泥作為填埋場(chǎng)終場(chǎng)覆土是一個(gè)很好的消納途徑。③填方材料固化處理后的疏浚底泥成為填方材料，可代替砂石和土料進(jìn)行使用。與一般的土料相比，固化土具有不產(chǎn)生固結(jié)沉降、強(qiáng)度高、透水性小等優(yōu)點(diǎn)，除可以免去進(jìn)行碾壓、地基處理施工外，有時(shí)還可達(dá)到普通土砂所達(dá)不到的工程效果?？捎糜谝韵鹿こ蹋褐袒虻谭兰庸坦こ蹋菏杩５啄喙袒缶哂袕?qiáng)度高、透水性小的特點(diǎn)，可以成為良好的筑堤材料，將其使用于筑造江湖堤防，可滿(mǎn)足邊坡穩(wěn)定、防滲和防沖刷的要求。結(jié)合江河、湖泊的堤防加固工程，將疏浚底泥進(jìn)行固化處理后作為培土對(duì)堤防進(jìn)行加高，加寬可提高堤防的抗洪能力。道路工程的路基、填方工程：使用經(jīng)過(guò)固化處理的疏浚底泥可以完全滿(mǎn)足工程的要求。而且，所得到的路基強(qiáng)度較高，在防止邊坡失穩(wěn)，不均勻沉降和雨水沖刷方面比較有利。④建筑材料利用諸多工業(yè)化利用途徑中，疏浚底泥制造建筑材料的資