introductory

水庫兼具供水、防洪、灌溉、發(fā)電、運輸、旅游和調(diào)節(jié)區(qū)域氣候等功能，城區(qū)中的水庫對改善人居環(huán)境的作用更加突出，并且優(yōu)美的環(huán)境可以帶動經(jīng)濟發(fā)展。但是很多水庫在修建時缺少有效的排沙設(shè)計，運行多年已普遍存在泥沙淤積現(xiàn)象，有效庫容減小，導致水庫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，水庫水質(zhì)污染加重，特別是氮、磷等營養(yǎng)元素及重金屬超標，已對水庫供水安全構(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、底泥化學固化是主要的原位處理技術(shù)，這些技術(shù)對于水庫清淤而言，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)，通過底泥疏浚，可在清除污染底泥的同時清除泥－水交界面匯集的藻種，修復水生植物的基底條件，促使底棲生物的自我恢復和群落多樣性的發(fā)展。在水庫環(huán)保疏浚設(shè)備選型的基礎(chǔ)上，對水庫環(huán)保疏浚施工技術(shù)體系進行深入研究，提出一套水庫環(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環(huán)保疏浚工程。

1水庫環(huán)保疏浚的特點水庫環(huán)保疏浚是以改善水庫水質(zhì)與修復水庫生態(tài)環(huán)境為目標，通過人工或機械的方法清除污染底泥，減少污染底泥中營養(yǎng)鹽、重金屬、有毒有害有機物等污染物的賦存量和釋放量，并對疏浚后污泥進行安全處理和處置的工程。水庫環(huán)保疏浚工程具有以下技術(shù)特點: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，在施工過程中會引起大量懸浮物擴散。而環(huán)保疏浚施工精度要求小于20cm，且對生態(tài)要求較高，除了要達到清除水體內(nèi)源污染的目的外，還要為水生植物恢復創(chuàng)造條件。因此環(huán)保疏浚在施工過程中要求盡可能不擾動清淤層，從而減少懸浮物擴散引起的二次污染。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)備的可達性和適應(yīng)性選擇疏浚設(shè)備和污染底泥處理設(shè)備。當施工水位＞15m時，施工難度較大，傳統(tǒng)環(huán)保式絞吸船基本無法施工，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)保疏浚工程需要對污染疏浚土進行“減量化、無害化、穩(wěn)定化”處理，且整個工藝流程產(chǎn)生的尾水需經(jīng)處理達標后才能排放。④工序復雜、一體化工藝要求較高。水庫環(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個處理單元，工序復雜、一體化程度要求較高。

2水庫環(huán)保疏浚設(shè)備選型原則在實際施工中，水庫環(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)濟上的合理性，同時需要滿足施工的環(huán)保要求，因此應(yīng)遵循以下原則:①可達性。水庫一般與外部無水路通道，疏浚設(shè)備需從鐵路、公路等陸路調(diào)運至施工現(xiàn)場。因此水庫疏浚設(shè)備的選擇受陸地運輸設(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)合底泥輸送特點及處置工藝，合理選擇疏浚設(shè)備。③定位精確性。水庫環(huán)保疏浚設(shè)備需具備高精度的定位裝置，以避免漏挖或反復施工，既確保污染底泥的清除，又減少廢方;同時也可避免破壞庫區(qū)河床底層，影響水生生物的生態(tài)恢復。④環(huán)保性能高。水庫一般作為當?shù)氐娘嬘盟矗谇逵贂r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，不允許疏挖底泥運輸過程泄漏而污染水體，環(huán)保要求高。3施工技術(shù)體系水庫環(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，國內(nèi)常用清淤設(shè)備主要包括水陸兩用挖掘機、泥漿泵、環(huán)保式絞吸船及氣動泵生態(tài)清淤船等。水陸兩用挖掘機的工作水深一般不超過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。水庫清淤通常施工水位較深，傳統(tǒng)的環(huán)保絞吸船無法施工，選用氣動泵生態(tài)清淤船較為適宜。氣動泵生態(tài)清淤船(見圖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1．35～1．45t/m3，可直接裝駁外運，也可進行管道輸送。當輸泥管線長度超過3km以上，需設(shè)置工作平臺及接力泵站(見圖3)。該船具有類似于吸塵器的工作原理，在整個施工過程中不會擾動疏浚土層，不會造成懸浮物擴散等二次污染現(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)四個部分。

①預處理技術(shù)預處理技術(shù)具有消能整流、分級沉淀、去除浮渣、儲蓄泥漿、匹配產(chǎn)能等作用，由沉淀池、格柵機、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沉淀區(qū)，疏浚泥漿通過沉淀池時懸浮物在重力和溢流堰攔截的作用下會沉淀下來，密度大的顆粒物因水平位移短而率先沉降，從而實現(xiàn)不同密度顆粒物的分級沉淀。疏浚泥漿中的漂浮物到達沉淀池尾部時則通過格柵機去除，經(jīng)過預處理后的泥漿匯入調(diào)節(jié)池內(nèi)蓄存。調(diào)節(jié)池一方面能夠儲蓄經(jīng)過預處理的泥漿，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，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)通過投加絮凝劑、固化劑對泥漿顆粒進行調(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)強度。調(diào)理改性技術(shù)是水庫環(huán)保疏浚一體化施工關(guān)鍵技術(shù)的核心，配備有自動泡藥機、儲料罐、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，由自動泡藥機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，進行泥漿的調(diào)理改性。淤泥通過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)過濾網(wǎng)過濾后流入均化池內(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Diaphragm type plate and frame filter press，采用過濾和壓榨的方式對泥漿機械脫水 ，使泥水分離，尾水收集后進入尾水處理池凈化處理后達標排放。脫水固結(jié)系統(tǒng)主要包括空壓機、板框壓濾機和尾水池。隔膜式板框壓濾機過濾面積為600m2，壓榨后可形成含水率≤55%的硬塑狀泥餅 ，泥餅厚度可達40～60mm，單臺設(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、有機物濃度高、懸浮物濃度高的尾水。采用物理方法與化學方法相結(jié)合的技術(shù)對尾水進行處理，利用物理與化學協(xié)同作用，通過綜合分析尾水處理場地的空間布局，科學、合理設(shè)置了兩個串聯(lián)的尾水池，尾水凈化施工技術(shù)流程見圖6。在第一尾水池的進水管與出水管之間，交錯設(shè)置若干道隔墻隔成“S”形過流通道，并在過流通道間設(shè)置不同型式格柵，延長了尾水停留時間，加速了懸浮顆粒沉淀，在尾水處理的全過程中分兩個階段加入絮凝劑，從而保證有足夠長的時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SS值達到20～50mg/L，滿足《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)中其他排污單位一級標準(小于70mg/L) ，低成本、高效地實現(xiàn)了尾水的達標排放。

3.3資源化利用技術(shù)經(jīng)過板框壓濾機脫水分離處理后，污泥由原來的流塑狀泥漿轉(zhuǎn)變?yōu)橛菜軤钅囡灒每ㄜ囇b載及時將泥餅轉(zhuǎn)移至廠區(qū)內(nèi)固定的堆場。堆場安裝擋雨棚，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，因此運至附近磚廠用作燒磚制陶的原材料，從而實現(xiàn)泥餅的資源化利用。

4應(yīng)用實例該技術(shù)已成功應(yīng)用在福建省泉州市山美水庫環(huán)保疏浚工程中。山美水庫是一座集供水、灌溉和發(fā)電于一體的大型深水水庫，是泉州市人民的飲用水源地。山美水庫年供水量約10×108m3，對于當?shù)氐纳鷳B(tài)調(diào)節(jié)發(fā)揮了重要的作用。近年來隨著當?shù)亟?jīng)濟的快速發(fā)展，山美水庫水質(zhì)污染嚴重，特別是氮、磷等營養(yǎng)元素超標，已威脅庫區(qū)供水安全。該工程清淤范圍為山美水庫主庫區(qū)，清淤面積約53×104m2，清淤工程量約60×104m3，施工水深為10～50m。采用氣動泵生態(tài)清淤船實施清淤作業(yè)，淤泥通過排泥管輸送至淤泥固化處置場地，經(jīng)板框壓濾機脫水干化處理后，轉(zhuǎn)化為含水率≤55%的泥餅，尾水采用物理方法與化學方法相結(jié)合進行處理達標后排放，泥餅外運至附近磚廠燒磚進行資源化利用。該工程共清除內(nèi)源污染物總氮為584960kg，總磷為289672kg，通過清淤的同時去除了部分As、Zn、Cd、Pb、Cu、Cr等重金屬元素，改善了水庫水質(zhì)，修復了水庫生態(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)水庫特殊地理位置，從設(shè)備的可達性、適應(yīng)性等方面進行綜合考慮。②水庫環(huán)保疏浚工程工序復雜，涉及多項單項工程，在施工時應(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標處理產(chǎn)能匹配、底泥處理與資源化利用產(chǎn)能匹配等問題。③采用水庫環(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)) ，達到清除水庫內(nèi)源污染和改善水庫生態(tài)環(huán)境的雙重目標，實現(xiàn)了底泥的“減量化、無害化、資源化”。

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