當前飲用水庫環保清淤存在的問題及對策
——以西麗水庫為例

呂海強，董文藝，王宏杰，劉宇

(1.西麗水庫管理處，廣東深圳518055；2. 哈爾濱工業大學深圳研究生院，廣東深圳518055)

水庫水質安全是人民生產生活和經濟社會可持續發展的基礎，是關系到人民生命健康的大事，中國各級政府對此給予了高度關注和重視。隨著城市的發展，西麗水庫成為兼具城市供水、原水調蓄和城市防洪功能的中型水庫，是國家重要水源地，原水供應服務區包括南山和寶安，服務人口超過400萬。目前，西麗水庫已開展入庫支流綜合整治，以及水源保護區內的面源污染防控工作，而內源底泥污染就成為水庫水質重要影響因素。底泥中污染物質和營養鹽向上覆水體的擴散、釋放，易造成水體的二次污染，在適當條件下，也容易導致藍藻水華，國內的通濟橋水庫、阿哈水庫和太湖等都因為遇到此類污染問題率先開展了水庫的清淤工作，并取得一定的成效[1-3]。為控制水庫藍藻水華和改善水質，開展西麗水庫內源污染治理工作，采用先進技術清理污染底泥，可改善水庫水質，保障水源水質達到地表水II類水水質標準要求[4]，有效降低自來水廠的水處理風險。同時，為保證城市供水安全和社會穩定，在清淤施工過程中，水庫的供水不間斷運行，不能過分擾動底泥，造成水體的二次污染，也對清淤工藝提出了更高的要求。由于庫底污染物成分復雜，各有機物和重金屬的堆積過程、含量、相互影響及污染水質的機理難以探清，而淤泥的無害化處理還在探索，如何對不同地區飲用水源水庫淤泥進行環保清淤成為當前水庫供水安全管理工作研究解決的重點。

本文將以深圳西麗水庫為例，在全面調研的基礎上，提出明確的清淤工作目標和時機，確定合理的技術方案，對水庫清淤方式、余水處理和余泥資源化等關鍵技術環節進行討論，就如何做到水庫環保清淤和余泥處置問題給出解決思路，供決策參考。

1 西麗水庫底泥淤積概況

西麗水庫位于珠江三角洲水系的大沙河上游，深圳市南山區西麗街道。隨著經濟的發展，西麗水庫成為兼具城市供水、原水調蓄和城市防洪功能的中型水庫，總庫容為3 523.66萬m3。調查發現，2012年西麗水庫總淤積量為138.64萬m3，水庫淤積相對嚴重部位集中在大墈河口、田下河口、白芒河口附近(圖1)[4]；東江來水的流動對西麗水庫交水口的濁度影響非常嚴重，是底泥積累的主要原因，初步估算每年有3 800 t泥沙沉積在西麗水庫[5]；根據清華大學和哈爾濱工業大學深圳研究生院內源污染調查結果，發現底泥氨氮的釋放量是2 692 t/a，總磷的釋放量是771 t/a[6]，西麗水庫底泥污染主要為重金屬污染，其中錳和鎘的污染程度最為嚴重，鎳、銅、鋅、銻、鉈和鉛的污染程度也較重[7]。

圖1 水庫淤積嚴重河口示意

2 西麗水庫底泥清淤的目標和時機

飲用水庫開展水下清淤，首先要提出明確的清淤的目標。一些清淤工程的設計單位并沒有設定清淤前后的水質參數指標，和進行全面的經濟技術比較和論證。筆者建議把水質改善和恢復興利庫容作為清淤目的，設定一個清淤量和水質多項指標如Mn、Cr、Hg、TN、TP、NH3和高錳酸鹽等以及底泥污染濃度作為清淤后要達到的目標，比較清淤前后的水質檢測指標和淤泥污染濃度。清淤工程實施后，考察相關指標是否達到設定值，由此驗證水庫清淤是否實現了之前設定的清淤目標。如2012年《太湖流域水環境綜合治理總體方案》明確了太湖主要水質指標目標，2015年經綜合整治后，高錳酸鹽指數為III類，氨氮為II類，總磷為IV類，總氮為V類，已基本達到總體方案目標要求[8]。

另外，開展水庫清淤也要選擇合適的時機。從飲水安全的角度考慮，如果庫底淤泥已相對穩定，污染濃度暫時沒有達到污染水源程度，水庫水質總體達到III類水標準，不建議對水庫庫底淤泥進行水下清淤施工。如果水庫水質持續惡化的趨勢還無法改變，此時庫底淤泥污染濃度已達到較高水平，內源污染已成為主要污染源時，為保證水質安全，須采取有效水下清淤措施。以西麗水庫為例，實施水下環保清淤的時機包括以下幾點：①上游入庫支流白芒河、大墈河、麻墈河已開始得到充分治理，污染源及泥沙得到有效控制，入庫支流水質已有明顯改善，而內源污染底泥已成為水庫主要污染源；②清淤設備及工藝已達到環保清淤的要求，二次污染水質程度很低，淤泥清除率高或剩泥量低；③清出的淤泥處置方案成熟，不會對淤泥堆場及周邊范圍形成污染態勢，淤泥濾出液不會污染地表及地下水體；④經濟技術比較合理，每自然方的清淤單位成本可以被市財政或水管單位接受；⑤飲用水庫供水地位重要，深圳市政府已將西麗水庫底泥環保清淤作為治水提治工程列入“十三五”規劃。

從目前環保清淤的機械及工藝水平來看，雖然已經在國內較大湖泊進行了較為成功的水下清淤工程，但還未達到真正能讓飲用水庫可以接受的程度。主要不足是清淤設備對清理范圍及其周邊淤泥的擾動過大，致使庫底淤泥和垃圾懸浮化和釋放出大量有毒物質，二次污染水質。對于西麗水庫這類中小型水庫來說二次污染程度會較重，有可能影響供水安全。水下環保清淤解決的首要問題是水庫底泥對水質的內源污染，其次才是淤泥的后期處置利用問題。所以水下環保清淤的重點應放在水庫清淤。如果不解決前期水下清淤過程中的技術問題，不能貿然動工。

3 西麗水庫底泥清淤技術選擇及施工要點分析

3.1 西麗水庫清淤方法選擇

目前，清淤常采用的技術包括：虹吸式清淤[9]、振蕩脈沖射流與氣舉法清淤[10]、絞吸挖泥船清淤[11]和氣力泵清淤[12]等，各清淤技術優缺點見表1。近年來深圳市也進行了不同清淤技術的探索和應用，在實踐過程中發現一些共性問題。如深圳水庫選擇了氣力泵進行底泥清理工作，總結發現氣力泵存在以下不足：①氣力泵對泥層較薄的區域清淤施工時，生產力低；②點式吸挖、易漏挖，清淤不徹底；③不易清除淤泥中的垃圾雜物；④工作效率不高，日清淤量較低。深圳市石巖水庫采用河道疏浚絞吸式挖泥船的清淤方式，總結發現清淤工程存在以下不足：①清淤作業面的防護措施較少，大量擾動庫底淤泥及垃圾，造成水質的二次污染；②余水處理缺少有效監控，余泥處置和資源化利用低；③余泥堆填庫占用庫容，泥庫滲出液回流水庫造成二次污染，且泥庫大壩增加水庫安全管理負擔。因此對先進、可靠的飲用水庫環保清淤技術也有待考察驗證。

西麗水庫庫底淤積了大量的淤泥，淤泥成分復雜，不僅含有生活垃圾，底泥中的部分重金屬含量嚴重超標。針對西麗水庫的特點，清淤技術采用環保高效、因地制宜的原則。由于水庫的底泥主要為入庫河流夾帶污染物行洪、外域江河引水產生的淤積，以及庫岸水土的流失，淤積面積廣，且水庫須保持城市供水的連續性，清淤方案宜采用水下作業法，重點選擇可全年作業、環保高效、節能的水下清淤設備。因此，對于東江水源交水口和白芒河、田下河等河口庫灣淤積較為嚴重的淺水區(水深0～15 m)，建議采用自推進環保絞吸式挖泥船清淤；對于淤積量小的深水區(水深>15 m)，建議采用氣力泵清淤。

表1 清淤技術優缺點

3.2 施工要點分析

在清淤工程開展期間，為保障水庫供水安全，需要采取一定的技術保障和二次污染防治措施，最大限度地減小清淤工程對水庫水質的擾動。以西麗水庫為例，建議主要施工要點如下。

a) 清淤工作開始前，應劃出清淤實驗區，對設計參數及施工措施進行驗證，調整施工參數及工藝后再正式開工。

b) 應劃分清淤區塊并進行編號，對每個區塊進行坐標定樁，以利于監理和跟蹤監測。

c) 清淤施工應按水流的方向和水下地勢，先上游后下游，先高后低的順序施工，盡量減輕二次污染和提高清淤效率。

d) 清淤區塊設置垂直水面的柔性全封閉攔污設施，把作業區與其他水域分開，并及時清走垃圾，防止垃圾和懸浮物擴散，造成二次污染。

e) 采取先清大塊垃圾后清淤的施工順序，防止堵塞清淤設備。

f) 適當加深挖泥深度。開挖線應比淤泥層低10～15 mm，以利用原狀土稀釋污染物含量，減輕污泥的后續處置難度，同時也增加了興利庫容。

g) 建議清淤過程放緩放慢，有序進行，不應為追求短工期，而快速施工。

h) 在水下清淤過程中，可增加曝氣等輔助工藝，減少水底底泥污染物的釋放。

4 西麗水庫底泥的余水處理及資源化利用

4.1 底泥余水處理

環保清淤是治理水庫內源污染物的重要手段，清淤過程中，污染底泥被泥泵葉輪打成泥漿輸送到底泥堆場，經堆場自然沉淀后污泥留存于堆場，多余的水從堆場溢流排放，被稱為余水。堆場余水中含有氮、磷、有機污染物及重金屬污染物，這些污染物大部分黏附在懸浮顆粒上并隨余水排入受納水體中，將造成受納水體的二次污染。這些懸浮顆粒比重小，短時間內難以沉淀去除，并且清淤工程的單位產量大，以及堆場空間的限制，余水處理已經成為環保清淤工程正常運行的制約因素。目前，國內外對余水處理做了一些有益的探索研究，主要有化學絮凝、水生植物過濾帶、吹填法和多級溢流等[13-15]。

西麗水庫的清淤尾水可利用位于白芒和麻墈的人工快滲系統，估計每天可處理約1萬m3余水。不足部分可考慮采用微波三級沉淀法水處理技術[16]，也可以將余水直接排入設在庫尾的百旺污水泵站前池，再抽排至西麗再生水廠達標處理后排入大沙河。

4.2 底泥資源化利用

目前，水庫底泥資源化技術主要有底泥土地利用、固化后做填方材料和制造建筑材料等[17]。底泥的資源化研究，必須對底泥的各種性能進行系統和詳細的研究，比如污染狀況、地點的選擇、技術可行性、產品的環境可接受性、成本和效益以及法律法規的限制指標等。根據底泥的來源、成分特征，以及當地經濟、技術條件，因地制宜地選用底泥資源化的途徑。對水庫底泥成分和污染程度的相關性進行研究，以確保在資源化過程中取得的最優配方。底泥的資源化應采取治理與開發相結合，集中利用與分散利用相結合，長遠利益與近期利益相結合，充分利用土地及底泥的資源價值[18]。

目前國內城市中的江河湖泊大都有污泥淤積，較早開展了一般意義(非環保)的疏浚清淤，受堆場環境要求的制約，淤泥的處置技術研究得較早，所以淤泥的處理技術相對于水下環保清淤技術開展得更早，也較成熟。但也更多的是借鑒軟基處理中的固結和排水技術，如真空預壓技術，以及添加劑固結脫水技術，對淤泥本身及余水的污染物的處理還沒有更好的辦法，真正做到減量化、無害化、生態化還需作進一步研究[19]。

對于西麗水庫的底泥處理，由于清出的淤泥不僅有二次環境污染危害，同時需要較大場地處置和較高運輸成本，因此水庫底泥最好在就近庫岸進行妥善處置。如水庫周邊已確權劃界，可采取化整為零的辦法，利用無害干化的淤泥渣土作為農用肥料，分別以少量埋入每棵樹下，達到降低運輸成本就地處置利用的目的。淤泥渣土作為肥料就地埋入樹下前，須由農林研究資質機構對減污干化的淤泥渣土進行毒性分析和研究，確定是否可通過已有植被進行消化吸收。

5 結語

目前，不少飲用水源水庫長期擔負著重要的城市供水任務，庫底越積越多的淤泥沒有得到清理，如果沒有成熟穩妥的清淤方案而貿然進行水下清淤，就會擾動淤泥穩定狀態，釋放濃度極高的污染物，二次污染水體。一方面，當庫底淤泥已相對穩定，污染濃度暫時沒有達到污染水源程度，水庫水質總體達到三類水標準，不建議對水庫庫底淤泥進行水下清淤施工；當水庫水質持續惡化的趨勢還無法改變時，此時庫底淤泥污染濃度已達到較高水平，內源污染已成為主要污染源，為保證水質安全，須采取有效水下清淤措施。另一方面，對庫底淤泥的污染物含量和濃度的監測，以及確定清淤目標，是水庫水下清淤前的重要工作。具體監測哪種污染物，應結合水庫水質監測報告中某些檢測項目指標的中長期增長趨勢而定。此外，由于清出的淤泥不僅有二次環境污染危害，同時需要較大場地處置和較高運輸成本，建議水庫底泥就近庫岸進行妥善處置，在對淤泥無害化處理的基礎上進行資源化利用或就近掩埋。