大冶紅星湖清淤工程治理的實(shí)踐

聶夢(mèng)麗，鐘 沛，張 冉

（中工武大設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430072）

0 引言

湖泊底泥是湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是入湖污染物的主要蓄積場(chǎng)所。水利工程中的清淤考慮的是對(duì)行洪的影響，水環(huán)境治理工程從對(duì)環(huán)境的污染角度分析，通過底泥采樣，分析不同區(qū)域底泥污染程度，確定清淤深度和范圍。常見湖泊清淤方式包括水力沖挖、環(huán)保疏浚（絞吸式挖泥船）、水力沖挖＋環(huán)保疏浚3種方案[1]。紅星湖周邊截污不全，污水提升泵站設(shè)計(jì)流量不足，導(dǎo)致湖區(qū)淤積嚴(yán)重。本文以紅星湖底泥為研究對(duì)象，深入探討湖泊清淤技術(shù)。

1 工程概況

紅星湖位于大冶市中心城區(qū)，屬于大冶市的城市內(nèi)湖，湖面面積約64.64 hm2，平均水深約2.0 m，目標(biāo)水質(zhì)為地表水Ⅲ類，主要來水水源為流域內(nèi)地表徑流補(bǔ)水和尹家湖取水泵站補(bǔ)水。紅星湖周邊主要為居民區(qū)，湖泊以北區(qū)域排水體制為分流制，以西和以東區(qū)域排水體制為合流制。因?yàn)榇嬖诓糠治鬯迸藕秃狭髦埔缌魑廴荆隽思t星湖環(huán)境容量，湖體水質(zhì)污染物濃度較高，一直處于劣于地表水Ⅴ類水平。

由于紅星湖周邊截污不完全，污水提升泵站設(shè)計(jì)流量不足等原因，導(dǎo)致生活污水直排湖體，隨著時(shí)間的推移，污染物沉入湖泊底部，在各種微生物、細(xì)菌的作用下，逐漸腐化造成底泥淤積。而在雨季或徑流量較大的時(shí)候，淤積的底泥被水流擾動(dòng)，再懸浮釋放出大量污染物質(zhì)，對(duì)水體造成二次污染[2]。

2 底泥特性及污染評(píng)價(jià)

2.1 底泥特性

參考湖北省生態(tài)環(huán)境廳和省水利廳聯(lián)合印發(fā)的《湖泊入湖排口及底泥清淤調(diào)查技術(shù)指南》，針對(duì)紅星湖污染物分布特點(diǎn)、性質(zhì)不同，選定底泥檢測(cè)指標(biāo)。采用柱狀取樣方式至原泥層。底泥采樣點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 底泥點(diǎn)位分布圖

圖2 部分底泥采樣照片

2.2 污染評(píng)價(jià)

（1）底泥氮磷評(píng)價(jià)

表1 紅星湖底泥結(jié)果檢測(cè)結(jié)果分析表

參照湖北省《湖泊入湖排口及底泥清淤調(diào)查技術(shù)指南》判定紅星湖底泥氮磷污染程度。10個(gè)點(diǎn)位中1#、2#、3#、4#、5#、新1#、新2#和新4#點(diǎn)位上層底泥全氮含量均為重度污染，6#和新3#點(diǎn)位全氮指標(biāo)接近重度污染。除新3#點(diǎn)位總磷為中度污染外，其余點(diǎn)位總磷都為重度污染，且污染深度基本達(dá)到1 m左右，其中5#和6#點(diǎn)位總磷污染相對(duì)較輕，只有上層底泥為重度污染。

（2）底泥重金屬評(píng)價(jià)

利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法（RI）對(duì)紅星湖底泥重金屬進(jìn)行分析，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法（RI）適用于存在重金屬污染的底泥的評(píng)價(jià)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的表達(dá)式如下：

通過對(duì)底泥的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法分析可以得出，除1#、新1#、新2#、新4#點(diǎn)位為高風(fēng)險(xiǎn)外，其他點(diǎn)位重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均為中低風(fēng)險(xiǎn)。

（3）底泥污染厚度分析

紅星湖湖中心及存在溢流污染附近淤積較深，達(dá)到0.8~1.0 m；無溢流污染的近岸側(cè)淤積較淺，達(dá)到0.3~0.5 m。

（4）底泥靜態(tài)釋放

對(duì)采集的紅星湖底泥進(jìn)行沉積物靜態(tài)釋放實(shí)驗(yàn)，分別在第12 h、24 h、48 h、72 h采集樣品，測(cè)試總磷、總氮數(shù)據(jù)，測(cè)算沉積物靜態(tài)釋放速率。

式中：R—底泥釋放速率，mg/(m2?d)；V—柱體中上覆水體積；ρn—第n次采樣時(shí)某物質(zhì)含量，mg/L；ρ0—初次采樣時(shí)某物質(zhì)含量，mg/L；ρj-1—第j-1次采樣時(shí)某物質(zhì)含量，mg/L；ρa(bǔ)—添加水樣中的物質(zhì)含量，mg/L；Vj-1—第j-1次采樣體積；A—柱樣沖積物-水接觸面積，m2；t—釋放時(shí)間，d。

表3 紅星湖底泥靜態(tài)釋放測(cè)試數(shù)據(jù) （mg/L）

根據(jù)計(jì)算，總磷釋放速率為2.74 mg/(m2·d)，總氮釋放速率為53.3 mg/(m2·d)。

2.3 底泥評(píng)價(jià)結(jié)論

（1）底泥厚度評(píng)價(jià)

紅星湖底泥淤積深度為0.3~0.8 m，湖中心及存在溢流污染附近淤積較深，達(dá)到0.8~1.0 m；無溢流污染的近岸側(cè)淤積較淺，淤積深度0.3~0.5 m。

（2）底泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，紅星湖底泥中重金屬生態(tài)風(fēng)較高。為控制底泥氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放及重金屬溢出問題，需進(jìn)行清淤疏浚。

（3）底泥污染釋放評(píng)價(jià)

紅星湖總磷釋放速率為2.74 mg/(m2?d)，總氮釋放速率為53.3 mg/(m2?d)，內(nèi)源污染每年向湖體中釋放總磷約0.5 t，總氮約9.73 t。

3 清淤疏浚

3.1 工藝選擇

底泥清淤是去除底泥中有害物質(zhì)最快速簡(jiǎn)便的方法之一。其原理是通過采取人工、機(jī)械的方法移除水體底部污泥，以削減累積在底部的氮、磷、有機(jī)物等污染物質(zhì)，改善水體水質(zhì)。工程上，一般在當(dāng)?shù)啄嘀形廴疚餄舛瘸霰镜字?~5倍且潛在危害人類及水生生態(tài)系統(tǒng)的情況下，優(yōu)選進(jìn)行清淤異位治理技術(shù)。

本工程主要清淤對(duì)象為湖泊，清淤量較大，鑒于紅星湖現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，無法進(jìn)行干挖清淤，結(jié)合各個(gè)清淤方式的使用條件及優(yōu)缺點(diǎn)，為保護(hù)現(xiàn)狀岸坡、人行橋等建筑物，紅星湖采取絞吸式清淤+水力沖挖清淤方式。

3.2 清淤設(shè)計(jì)

（1）清淤深度設(shè)計(jì)

表4 清淤工程措施比選表

本工程清淤內(nèi)容主要針對(duì)紅星湖大湖區(qū)、重點(diǎn)污染排口附近及湖區(qū)湖汊區(qū)域進(jìn)行清淤。結(jié)合底泥淤積現(xiàn)狀，本著應(yīng)清盡清的原則，紅星湖清淤深度與底泥檢測(cè)淤積深度保持一致。

（2）清淤方式設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，清淤主要包括大湖區(qū)清淤、重點(diǎn)污染排口附近清淤、湖汊清淤。紅星湖根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，無法將水排干進(jìn)行干挖清淤，因此整個(gè)湖區(qū)大部分區(qū)域采用環(huán)保絞吸式挖泥船清淤；其余區(qū)域?yàn)楸ＷC現(xiàn)狀岸坡、橋墩、閘站等建筑物的穩(wěn)定性，通過在岸坡、橋墩、閘站等建筑物外5 m范圍內(nèi)設(shè)置圍堰，在水位較低時(shí)搶工，排干后進(jìn)行水力沖挖作業(yè)。其他區(qū)域進(jìn)行環(huán)保絞吸作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)湖區(qū)的清淤。

3.3 淤泥處理

湖區(qū)中間區(qū)域采用環(huán)保絞吸式清淤，靠岸邊附近采用水力沖挖清淤，兩者清淤產(chǎn)生的泥漿通過管道輸送至淤泥處理場(chǎng)。淤泥處理場(chǎng)由泥漿沉淀池、均化池、板框壓濾機(jī)、尾水處理池、固化場(chǎng)臨時(shí)堆場(chǎng)等設(shè)施組成。泥漿在泥漿沉淀池初步泥水分離后，濃縮泥漿通過板框壓濾機(jī)脫水固化。脫水固化產(chǎn)生的泥餅可在淤泥處理場(chǎng)臨時(shí)堆放，進(jìn)行下一步處理，脫水固化產(chǎn)生的尾水經(jīng)過初步沉淀，下層淤泥進(jìn)入板框壓濾機(jī)重新脫水固化，上清夜排至紅星湖通過后續(xù)水生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行處理。

圖2 紅星湖清淤深度分區(qū)示意圖

3.4 余水處理

壓濾產(chǎn)生尾水排至尾水處理池，由于壓濾后泥漿中大部分泥土顆粒形成泥餅，尾水中泥土顆粒相對(duì)較少。尾水于尾水處理池中靜置，上清液回排至紅星湖，由后續(xù)水生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行處理，下層沉淀的淤泥通過泥漿泵輸送至均化池進(jìn)行脫水固化處理。

3.5 淤泥處置

淤泥的綜合處置應(yīng)因地制宜，視其性質(zhì)而定，一般可作為肥料利用、建筑材料利用、衛(wèi)生填埋、焚燒等進(jìn)行處理。

考慮到紅星湖北側(cè)高鐵南路附近存在大量洼地，后期要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)，需要大量土方回填，紅星湖底泥重金屬濃度低于二類用地風(fēng)險(xiǎn)篩選值，可以用于二類用地的土方回填，建議將處理后的淤泥最大限度用于周邊洼地回填。

3.6 效益分析

（1）底泥疏浚對(duì)有機(jī)污染物和磷的內(nèi)源輸入產(chǎn)生明顯的抑制作用[3]。清淤切去了富含有機(jī)質(zhì)和大量具有微生物活性的表層底泥，減少其溶氧的消耗，沉積物凈化能力得到較大提升。

（2）清淤后紅星湖水質(zhì)呈明顯好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。水體透明度增加，水質(zhì)指標(biāo)COD、氨氮、總磷等指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)。

（3）通過實(shí)施紅星湖底泥清淤，可有效削減內(nèi)源污染負(fù)荷，減少底泥內(nèi)源污染物釋放，對(duì)促進(jìn)水環(huán)境質(zhì)量的改善、增加湖泊水環(huán)境容量具有十分積極的作用[4]。

4 結(jié)語

工程采用分層取樣，對(duì)紅星湖底泥淤積深度、氮磷污染、重金屬超標(biāo)情況進(jìn)行分析，采用水力沖挖和環(huán)保絞吸方式，采用板框壓濾工藝對(duì)底泥進(jìn)行處理，脫水固化后的淤泥再進(jìn)行資源化利用。工程效益明顯，將大大改善紅星湖片區(qū)面貌，對(duì)提高區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量和生活品質(zhì)，滿足群眾日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需求，有著積極的作用。