引言

水庫(kù)兼具供水、防洪、灌溉、發(fā)電、運(yùn)輸、旅游和調(diào)節(jié)區(qū)域氣候等功能，城區(qū)中的水庫(kù)對(duì)改善人居環(huán)境的作用更加突出，并且優(yōu)美的環(huán)境可以帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但是很多水庫(kù)在修建時(shí)缺少有效的排沙設(shè)計(jì)，運(yùn)行多年已普遍存在泥沙淤積現(xiàn)象，有效庫(kù)容減小，導(dǎo)致水庫(kù)防洪抗旱能力及綜合效益降低。隨著城市工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，水庫(kù)水質(zhì)污染加重，特別是氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素及重金屬超標(biāo)，已對(duì)水庫(kù)供水安全構(gòu)成巨大威脅。污染底泥控制技術(shù)主要有原位處理技術(shù)和異地處理技術(shù)兩類。調(diào)水沖污、底泥覆蓋、底泥化學(xué)固化是主要的原位處理技術(shù)，這些技術(shù)對(duì)于水庫(kù)清淤而言，成本高、效果不明顯。環(huán)保疏浚是一種常用的污染底泥異地處理技術(shù)，通過(guò)底泥疏浚，可在清除污染底泥的同時(shí)清除泥－水交界面匯集的藻種，修復(fù)水生植物的基底條件，促使底棲生物的自我恢復(fù)和群落多樣性的發(fā)展。在水庫(kù)環(huán)保疏浚設(shè)備選型的基礎(chǔ)上，對(duì)水庫(kù)環(huán)保疏浚施工技術(shù)體系進(jìn)行深入研究，提出一套水庫(kù)環(huán)保疏浚一體化施工技術(shù)，并成功應(yīng)用于福建泉州山美水庫(kù)環(huán)保疏浚工程。

1水庫(kù)環(huán)保疏浚的特點(diǎn)水庫(kù)環(huán)保疏浚是以改善水庫(kù)水質(zhì)與修復(fù)水庫(kù)生態(tài)環(huán)境為目標(biāo)，通過(guò)人工或機(jī)械的方法清除污染底泥，減少污染底泥中營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬、有毒有害有機(jī)物等污染物的賦存量和釋放量，并對(duì)疏浚后污泥進(jìn)行安全處理和處置的工程。水庫(kù)環(huán)保疏浚工程具有以下技術(shù)特點(diǎn):①環(huán)保疏浚工程精度要求高、生態(tài)要求高。傳統(tǒng)的疏浚工程施工精度在30～60cm，在施工過(guò)程中會(huì)引起大量懸浮物擴(kuò)散。而環(huán)保疏浚施工精度要求小于20cm，且對(duì)生態(tài)要求較高，除了要達(dá)到清除水體內(nèi)源污染的目的外，還要為水生植物恢復(fù)創(chuàng)造條件。因此環(huán)保疏浚在施工過(guò)程中要求盡可能不擾動(dòng)清淤層，從而減少懸浮物擴(kuò)散引起的二次污染。②施工水位變化范圍大，水深較深，施工難度大。水庫(kù)疏浚區(qū)域分散、施工水位變化幅度大，通常在0～60m之間，需根據(jù)水深條件、設(shè)備的可達(dá)性和適應(yīng)性選擇疏浚設(shè)備和污染底泥處理設(shè)備。當(dāng)施工水位＞15m時(shí)，施工難度較大，傳統(tǒng)環(huán)保式絞吸船基本無(wú)法施工，需采用深水疏浚設(shè)備。③污染底泥脫水固結(jié)后尾水處理要求高。環(huán)保疏浚工程需要對(duì)污染疏浚土進(jìn)行“減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化”處理，且整個(gè)工藝流程產(chǎn)生的尾水需經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后才能排放。④工序復(fù)雜、一體化工藝要求較高。水庫(kù)環(huán)保疏浚一體化施工技術(shù)涉及環(huán)保疏浚系統(tǒng)、底泥脫水固結(jié)系統(tǒng)、資源化利用系統(tǒng)3個(gè)處理單元，工序復(fù)雜、一體化程度要求較高。

2水庫(kù)環(huán)保疏浚設(shè)備選型原則在實(shí)際施工中，水庫(kù)環(huán)保疏浚設(shè)備選型既要考慮技術(shù)上的可行性，又要考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，同時(shí)需要滿足施工的環(huán)保要求，因此應(yīng)遵循以下原則:①可達(dá)性。水庫(kù)一般與外部無(wú)水路通道，疏浚設(shè)備需從鐵路、公路等陸路調(diào)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。因此水庫(kù)疏浚設(shè)備的選擇受陸地運(yùn)輸設(shè)備能力的限制，通常選擇小型疏浚設(shè)備或可組裝的分體組合式疏浚設(shè)備。②適應(yīng)性。水庫(kù)疏浚區(qū)域分散、疏浚面積大、疏浚水深差異明顯。因此，需根據(jù)不同疏浚區(qū)特征，結(jié)合底泥輸送特點(diǎn)及處置工藝，合理選擇疏浚設(shè)備。③定位精確性。水庫(kù)環(huán)保疏浚設(shè)備需具備高精度的定位裝置，以避免漏挖或反復(fù)施工，既確保污染底泥的清除，又減少?gòu)U方;同時(shí)也可避免破壞庫(kù)區(qū)河床底層，影響水生生物的生態(tài)恢復(fù)。④環(huán)保性能高。水庫(kù)一般作為當(dāng)?shù)氐娘嬘盟矗谇逵贂r(shí)必須保證不間斷供水。為保證供水水質(zhì)，在清淤施工中不允許水體產(chǎn)生較大擾動(dòng)，不允許疏挖底泥運(yùn)輸過(guò)程泄漏而污染水體，環(huán)保要求高。3施工技術(shù)體系水庫(kù)環(huán)保疏浚一體化施工技術(shù)主要由環(huán)保疏浚、底泥脫水固結(jié)、資源化利用三部分構(gòu)成，施工關(guān)鍵技術(shù)流程如圖1所示。

3.1環(huán)保疏浚技術(shù)目前，國(guó)內(nèi)常用清淤設(shè)備主要包括水陸兩用挖掘機(jī)、泥漿泵、環(huán)保式絞吸船及氣動(dòng)泵生態(tài)清淤船等。水陸兩用挖掘機(jī)的工作水深一般不超過(guò)1．7m，水線下最大挖掘深度為6m，水線上最大卸料高度為8m，主要適用于淺水河道整治和灘涂清淤。泥漿泵在施工中通常與高壓水泵、水槍組合使用，施工效率較低，僅適合于水深較淺、水量小的河道和湖泊。環(huán)保式絞吸船疏浚生產(chǎn)率高、對(duì)土質(zhì)適應(yīng)性較好、定位控制精度較高，但最大疏浚深度約15m。水庫(kù)清淤通常施工水位較深，傳統(tǒng)的環(huán)保絞吸船無(wú)法施工，選用氣動(dòng)泵生態(tài)清淤船較為適宜。氣動(dòng)泵生態(tài)清淤船(見(jiàn)圖2)可在10～120m的水深中施工，且施工精度高、環(huán)保性能高。該船吸泥濃度達(dá)1．35～1．45t/m3，可直接裝駁外運(yùn)，也可進(jìn)行管道輸送。當(dāng)輸泥管線長(zhǎng)度超過(guò)3km以上，需設(shè)置工作平臺(tái)及接力泵站(見(jiàn)圖3)。該船具有類似于吸塵器的工作原理，在整個(gè)施工過(guò)程中不會(huì)擾動(dòng)疏浚土層，不會(huì)造成懸浮物擴(kuò)散等二次污染現(xiàn)象，具有良好的生態(tài)環(huán)保功能。

3.2底泥脫水固結(jié)系統(tǒng)底泥脫水固結(jié)系統(tǒng)包括預(yù)處理技術(shù)、調(diào)理改性技術(shù)、脫水固結(jié)技術(shù)及尾水處理技術(shù)四個(gè)部分。

①預(yù)處理技術(shù)預(yù)處理技術(shù)具有消能整流、分級(jí)沉淀、去除浮渣、儲(chǔ)蓄泥漿、匹配產(chǎn)能等作用，由沉淀池、格柵機(jī)、調(diào)節(jié)池、溢流閘等操作單元組成。沉淀池由多道溢流堰分隔形成多個(gè)沉淀區(qū)，疏浚泥漿通過(guò)沉淀池時(shí)懸浮物在重力和溢流堰攔截的作用下會(huì)沉淀下來(lái)，密度大的顆粒物因水平位移短而率先沉降，從而實(shí)現(xiàn)不同密度顆粒物的分級(jí)沉淀。疏浚泥漿中的漂浮物到達(dá)沉淀池尾部時(shí)則通過(guò)格柵機(jī)去除，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的泥漿匯入調(diào)節(jié)池內(nèi)蓄存。調(diào)節(jié)池一方面能夠儲(chǔ)蓄經(jīng)過(guò)預(yù)處理的泥漿，調(diào)節(jié)環(huán)保疏浚系統(tǒng)和脫水固結(jié)系統(tǒng)的產(chǎn)能匹配;另一方面可以為后續(xù)工序提供適宜濃度的泥漿，防止沙石堵塞板框機(jī)濾布，縮短濾布更換周期，避免污泥成餅率的降低。池內(nèi)配置小型絞吸船一臺(tái)，用于輸送濃縮泥漿至調(diào)理改性系統(tǒng)。

②調(diào)理改性技術(shù)調(diào)理改性技術(shù)通過(guò)投加絮凝劑、固化劑對(duì)泥漿顆粒進(jìn)行調(diào)理，改變漿體的微觀結(jié)構(gòu)，可以顯著提高污泥的脫水性能，增大泥漿濃度，同時(shí)鈍化泥漿內(nèi)的重金屬離子，降低其遷移轉(zhuǎn)化能力，提高泥漿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。調(diào)理改性技術(shù)是水庫(kù)環(huán)保疏浚一體化施工關(guān)鍵技術(shù)的核心，配備有自動(dòng)泡藥機(jī)、儲(chǔ)料罐、泥漿攪拌器和均化池，池內(nèi)鋪設(shè)有曝氣管。調(diào)理改性技術(shù)選用聚合氯化鋁(PAC)作為絮凝劑，由自動(dòng)泡藥機(jī)配制成一定濃度的反應(yīng)液，泵送至泥漿攪拌器內(nèi)與固化劑、泥漿溶液混合攪拌，進(jìn)行泥漿的調(diào)理改性。淤泥通過(guò)泥漿攪拌器與絮凝劑、固化劑充分混合，其中固化劑的主要成分是水泥、生石灰、粉煤灰等。調(diào)理改性后的泥漿經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后流入均化池內(nèi)，混合后的泥漿在均化池內(nèi)發(fā)生一系列的水解、水化反應(yīng)。

③脫水固結(jié)技術(shù)脫水固結(jié)技術(shù)使用隔膜式板框壓濾機(jī)，采用過(guò)濾和壓榨的方式對(duì)泥漿機(jī)械脫水 ，使泥水分離，尾水收集后進(jìn)入尾水處理池凈化處理后達(dá)標(biāo)排放。脫水固結(jié)系統(tǒng)主要包括空壓機(jī)、板框壓濾機(jī)和尾水池。隔膜式板框壓濾機(jī)過(guò)濾面積為600m2，壓榨后可形成含水率≤55%的硬塑狀泥餅 ，泥餅厚度可達(dá)40～60mm，單臺(tái)設(shè)備日均可生產(chǎn)泥餅250m3。

④尾水處理技術(shù)脫水固結(jié)產(chǎn)生大量COD含量高、有機(jī)物濃度高、懸浮物濃度高的尾水。采用物理方法與化學(xué)方法相結(jié)合的技術(shù)對(duì)尾水進(jìn)行處理，利用物理與化學(xué)協(xié)同作用，通過(guò)綜合分析尾水處理場(chǎng)地的空間布局，科學(xué)、合理設(shè)置了兩個(gè)串聯(lián)的尾水池，尾水凈化施工技術(shù)流程見(jiàn)圖6。在第一尾水池的進(jìn)水管與出水管之間，交錯(cuò)設(shè)置若干道隔墻隔成“S”形過(guò)流通道，并在過(guò)流通道間設(shè)置不同型式格柵，延長(zhǎng)了尾水停留時(shí)間，加速了懸浮顆粒沉淀，在尾水處理的全過(guò)程中分兩個(gè)階段加入絮凝劑，從而保證有足夠長(zhǎng)的時(shí)間和空間使懸浮顆粒物發(fā)生絮凝沉淀，使尾水至第二尾水池末端連續(xù)排放時(shí)SS值達(dá)到20～50mg/L，滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)中其他排污單位一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(小于70mg/L) ，低成本、高效地實(shí)現(xiàn)了尾水的達(dá)標(biāo)排放。

3.3資源化利用技術(shù)經(jīng)過(guò)板框壓濾機(jī)脫水分離處理后，污泥由原來(lái)的流塑狀泥漿轉(zhuǎn)變?yōu)橛菜軤钅囡灒每ㄜ?chē)裝載及時(shí)將泥餅轉(zhuǎn)移至廠區(qū)內(nèi)固定的堆場(chǎng)。堆場(chǎng)安裝擋雨棚，防止雨水浸濕泥餅而污染環(huán)境。由于泥餅中黏土含量高，非常適合燒磚，因此運(yùn)至附近磚廠用作燒磚制陶的原材料，從而實(shí)現(xiàn)泥餅的資源化利用。

4應(yīng)用實(shí)例該技術(shù)已成功應(yīng)用在福建省泉州市山美水庫(kù)環(huán)保疏浚工程中。山美水庫(kù)是一座集供水、灌溉和發(fā)電于一體的大型深水水庫(kù)，是泉州市人民的飲用水源地。山美水庫(kù)年供水量約10×108m3，對(duì)于當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)調(diào)節(jié)發(fā)揮了重要的作用。近年來(lái)隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，山美水庫(kù)水質(zhì)污染嚴(yán)重，特別是氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素超標(biāo)，已威脅庫(kù)區(qū)供水安全。該工程清淤范圍為山美水庫(kù)主庫(kù)區(qū)，清淤面積約53×104m2，清淤工程量約60×104m3，施工水深為10～50m。采用氣動(dòng)泵生態(tài)清淤船實(shí)施清淤作業(yè)，淤泥通過(guò)排泥管輸送至淤泥固化處置場(chǎng)地，經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水干化處理后，轉(zhuǎn)化為含水率≤55%的泥餅，尾水采用物理方法與化學(xué)方法相結(jié)合進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后排放，泥餅外運(yùn)至附近磚廠燒磚進(jìn)行資源化利用。該工程共清除內(nèi)源污染物總氮為584960kg，總磷為289672kg，通過(guò)清淤的同時(shí)去除了部分As、Zn、Cd、Pb、Cu、Cr等重金屬元素，改善了水庫(kù)水質(zhì)，修復(fù)了水庫(kù)生態(tài)環(huán)境，保障了泉州市人民飲用水源的安全。

5結(jié)論①水庫(kù)環(huán)保疏浚工程環(huán)保要求高、施工精度要求高、施工水位變化范圍大，設(shè)備選型應(yīng)根據(jù)水庫(kù)特殊地理位置，從設(shè)備的可達(dá)性、適應(yīng)性等方面進(jìn)行綜合考慮。②水庫(kù)環(huán)保疏浚工程工序復(fù)雜，涉及多項(xiàng)單項(xiàng)工程，在施工時(shí)應(yīng)注意疏浚與底泥調(diào)理改性產(chǎn)能匹配、板框壓濾脫水與尾水達(dá)標(biāo)處理產(chǎn)能匹配、底泥處理與資源化利用產(chǎn)能匹配等問(wèn)題。③采用水庫(kù)環(huán)保疏浚一體化施工技術(shù)(環(huán)保疏浚技術(shù)、底泥脫水固結(jié)技術(shù)和資源化利用技術(shù)) ，達(dá)到清除水庫(kù)內(nèi)源污染和改善水庫(kù)生態(tài)環(huán)境的雙重目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了底泥的“減量化、無(wú)害化、資源化”。

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