城市黑臭水體治理路徑

■ 李學義 賈烋桾（Jia Xiaojun）

基于生態(tài)清淤的理念，筆者為城市內(nèi)河的黑臭水體提出了整套處理處置方案，被抽吸的物料可直接在現(xiàn)場進行處理，并盡可能回收利用，大幅度降低后續(xù)處理處置費用。與傳統(tǒng)方法相比較，這一清淤方法不僅快速經(jīng)濟，簡單實用，而且可靠環(huán)保，最大限度的保護現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境，同時可以較為準確的估算清淤工程量和清淤時間。

一、城市黑臭水體形成原因

在城市內(nèi)許多流速緩慢的河流和靜止湖泊會隨著時間的推移在水體底部形成淤泥層，產(chǎn)生黑臭和藍藻等問題。這些淤泥的形成一方面是來自水體本身的有機顆粒物質(zhì)，例如水生植物和魚類排泄物質(zhì)，但更多是來自以下外源物質(zhì)：一是未經(jīng)處理的工業(yè)廢水和市政污水的流入。二是降雨時（合流制系統(tǒng)），初期雨水攜帶大量污染物質(zhì)進入水體。三是垃圾物質(zhì)例如岸邊樹葉、城市垃圾或動物糞便等進入河流。

這些沉積的有機物質(zhì)會導致生物厭氧發(fā)酵，并使得水體變得渾濁和發(fā)臭。

城市河流愈小，則淤泥層累積增加的速度也相應變快；這種現(xiàn)象導致好氧分解只是在污泥表面進行，在污泥內(nèi)部則主要呈現(xiàn)厭氧狀態(tài)，在缺氧條件下，有機物分解過程十分緩慢，此時會產(chǎn)生以下兩種不愿看到的現(xiàn)象：一是污泥厚度不斷增加，顏色逐漸變深變黑。二是同時會產(chǎn)生沼氣和硫化氫，而這對于水生物來說是具有毒性的。基于上述原因，水體黑臭現(xiàn)象不可避免。正是出于這一原因，必須對城市內(nèi)的河道、湖泊、池塘進行定期清淤工作。

圖1 黑臭水體在夏季時狀況

二、城市黑臭水體的清淤方法

目前底泥清淤方法主要有干式清淤和濕式清淤；干式清淤適應于沒有防洪、排澇和航運功能的小型河道，通過圍堰的方式將水排干后進行干挖或水利沖挖。雖然清淤工作可控，但需要處理排出的水和回罐清水，而且作業(yè)時會對周邊環(huán)境造成一定的影響。濕式清淤適合于中大型河道或湖泊，不會對防洪、排澇和航運造成影響；濕式清淤是指將清淤設備置于船上，通過輸送管道將淤泥送至岸上指定地點進行后處置。主要設備有：抓斗式挖泥船、泵吸式挖泥船、普通絞吸式挖泥船以及斗輪式挖泥船等。這些清淤設備雖然都有各自的特點，但在清淤效果以及底泥擾動造成二次污染等方面均存在一定的問題。

為了有效解決上述問題，生態(tài)清淤也稱為環(huán)保清淤設備應運而生。生態(tài)清淤一方面是指以水質(zhì)改善為目標的清淤工程；另一方面是在清淤過程中盡可能避免對水體環(huán)境造成影響；主要特點是：一是在清淤過程中防止擾動和擴散，不會造成水體的二次污染，盡力降低水體的渾濁度，保護原有生態(tài)環(huán)境。二是清淤設備應用較高的定位精度和挖掘精度，防止漏挖和超挖，不傷及原生土。三是控制機械的噪音，不干擾周邊居民的正常生活。四是淤泥的后處置方法適合現(xiàn)場條件，不會對周邊環(huán)境造成負面影響。

滿足上述生態(tài)清淤要求的設備有：環(huán)保絞吸式挖泥船和智能清淤機器人等。其中環(huán)保絞吸式挖泥船適應于工程量較大的大中型河道、湖泊以及水庫等，但對于小的河道、湖泊以及池塘則無用武之地，此時應采用智能清淤機器人來完成清淤工作。

三、城市黑臭水體生態(tài)清淤的整體處理方案

一般來說，在生態(tài)清淤工作之前，必須進行一些前期準備工作。除了生態(tài)清淤之外，還必須對抽吸取出的黑漿淤泥進行處理處置，處置方法視污泥性質(zhì)、污泥污染程度以及周邊環(huán)境的情況而定。

(一)修剪水生植物和岸邊植被

在選擇各種生態(tài)清淤過程中，保護動植物生態(tài)環(huán)境，為兩棲動物和魚類提供良好生活條件是一個十分重要的評估條件。根據(jù)現(xiàn)場情況，可以事先進行以下工作：對岸邊灌木和大樹進行修剪；從河面上切割取出水生植物，例如蘆葦，水花生等。

（二）河道預清理

抽吸水泵的最大球狀顆粒穿流尺寸是?40mm。為了防止堵塞，必須事先對沉積淤泥中的粗大故障物質(zhì)進行清理。此時可以在底泥抽吸裝置上安裝采用各種類型的格柵設備，對河道進行預清理，將各種故障物質(zhì)（塑料袋，麻袋，可樂瓶，玻璃瓶，金屬木塊等）分離取出。安裝過濾格柵的吸泥機首先沿著河底對淤泥進行篩分過濾，將上述故障物質(zhì)分離取出，在此過程，還可對長期沉積的泥沙進行松化處理。

在進行預清理工作的同時，可以采用聲納測試系統(tǒng)，對河底淤泥深度和河底基本地形進行探測，并制作3D 圖紙。在了解淤泥層厚度的基礎上計算清淤工程量。

圖2 安裝在清淤裝置上的格柵過濾部件

（三）清理取出河底淤泥

在將所有故障物質(zhì)分離取出之后，就可以進行生態(tài)清淤工作。具體操作過程如下：

一臺耐磨損吸泥水泵安裝在由全不銹鋼材料制成的浮舟之上，通過一個液壓升降設備可將吸泥清理耙精確下沉至所需要的深度。浮舟和吸泥清理耙不會直接接觸河底，故不會破壞底部自然形成的河床基礎。

升降裝置內(nèi)配置一個雙頭螺桿，可在收集運輸淤泥的同時，對河底淤泥進行濃縮處理，在提高污泥固含量的同時進行抽吸處理。整個清淤過程是沿著河底進行柔和抽吸，不會產(chǎn)生湍流造成水體污染和河面臭氣擴散。

圖3 清淤機器人在天津某河道的工作現(xiàn)場

（四）淤泥的后處理

1.污泥塘或蘆葦塘

污泥塘。將淤泥抽吸排至污泥塘，待淤泥沉淀固結(jié)后外運，尾水排回水體。

蘆葦塘。將淤泥抽吸排至蘆葦塘，利用蘆葦盤根錯節(jié)的根系形成理想的透水層，達到固液分離的目的。最終可以獲得類似于堆肥之后的礦化土壤。

2.管袋脫水

抽吸的淤泥被泵送至管袋內(nèi)，通過投加絮凝劑使泥水快速分離，濾出的水從管袋流出，通過收集系統(tǒng)將濾液排回水體；固體物質(zhì)被截留在管袋之內(nèi)，當管袋充滿之后，可連同管袋一起填埋處理或者破袋后將污泥挖出外運，進行后續(xù)的土地利用。

3.移動式脫水設備

抽吸出來的淤泥要進行濃縮沉淀處理，上清液回流至水體，漿液進入污泥脫水機進行脫水處理。通常河底淤泥中無機物含量較高，故污泥脫水處理之后的固含量可達30-40%DS 以上。

4.濃縮沉淀處理后外運

如果受現(xiàn)場條件的限制不能采用上述方法時，可采用濃縮沉淀的方法即：將淤泥泵送至濃縮沉淀罐，待泥水分層后將上部水排回水體，下部漿液排至運輸車儲罐內(nèi)運至處理廠處理。

5.對脫水后污泥的處置

脫水后的污泥，根據(jù)化學分析確定是否含有有毒物質(zhì)和重金屬物質(zhì)以確定最終處置方法，主要有：土地利用，填埋，堆肥以及熱處置等方式。

（五）污水處理

對于污泥清淤過程中產(chǎn)生的廢水，可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇直接排回水體、排至附近的下水道或經(jīng)過濾等簡單處理后排回水體。

四、清淤不必抽干河流

城市河道清淤是治理黑臭水體過程中最為重要的工程措施。在實際操作過程中，河道清淤工作可以分成淤泥抽吸，淤泥岸邊處理和外運處置三個步驟。

從目前在江蘇、浙江等地的調(diào)查情況來看，許多黑臭河道內(nèi)除了沉積淤泥之外，還有衣服、建筑垃圾、塑料制品、動物尸體和樹葉樹枝等雜物。為了不影響后續(xù)淤泥抽吸的正常工作，需事先對河道湖泊內(nèi)的雜物進行預處理，并將其中粗大故障物質(zhì)分離取出。

雖然河道淤泥的清理可采用各種設備和技術方式來實現(xiàn)。從目前中國市場的調(diào)查情況來看，各地用戶基本都傾向于采用生態(tài)清淤方法。主要原因是：河道黑臭現(xiàn)象主要產(chǎn)生在夏季，多數(shù)河流在夏季還承擔著抗洪防澇的功能，一般夏季根本不允許抽干河體進行清淤工作。

傳統(tǒng)的河道清淤方式十分繁雜，除了抽干河流之外，還需要很多人工才可以將淤泥運送至岸上。與此相反，采用本文所描述的智能機器人清淤不僅快速經(jīng)濟，最重要的是這種清淤方式最為安全可靠和衛(wèi)生環(huán)保。在歐洲已經(jīng)實施的眾多工程應用實踐已經(jīng)證明，生態(tài)清淤是治理黑臭水體最為經(jīng)濟有效的技術措施之一。

目前，這項技術將很快在天津和江蘇昆山的實際工程中得到應用。