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江河湖库底泥环境疏浚技术研究进展

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：徐瑶1 刘奇2 刘融融3

[导读] 摘要：本文从环保疏浚对环境影响的要求出发，从清淤设备的选择及疏浚底泥的处置方式两个方面综述了当前国内外在减少疏浚工作给环境带来不利影响的先进技术。

        1.江苏省水利科教中心南京 210003；2.江苏水务投资有限公司南京 210003；
        3.江苏省水文水资源勘测局盐城分局盐城 224000
        摘要：本文从环保疏浚对环境影响的要求出发，从清淤设备的选择及疏浚底泥的处置方式两个方面综述了当前国内外在减少疏浚工作给环境带来不利影响的先进技术。并结合清淤设备的发展现状，提出了该类设备发展的趋势。
        关键词：疏浚；机械清淤；水力清淤；淤泥处置
        1.引言
        污染底泥是江河湖库污染的潜在污染源，底泥中含有大量的有机、无机污染物质,可以通过与上覆水体的物理、化学和生物交换作用,重新溶于水中，成为制约上覆水体水质的二次污染源[1，2]。即使在外源污染得到控制后，由于底泥沉积物中污染物内负荷的存在和释放[3]，江河湖库的水质仍然会进一步的恶化。因此，对江河湖库的环保疏浚势在必行。
        环保疏浚是近十年才发展起来的河道治理新技术，是以清除水体中污染沉积物为主要任务的环境工程和疏浚工程相互交叉的边缘工程技术[4]。底泥清淤旨在通过底泥疏挖去除底泥所含的污染物，清除污染水体的内源，减少底泥污染物向水体的释放，并为水生生态系统的恢复创造条件。
        越来越高标准的环境要求成为疏浚技术发展的动力，而众多疏浚技术鉴于环保疏浚的特殊性，将重点放在了疏浚机械的研制和清淤后淤泥处置上[5]。本文在综述了国内外清淤器械的研究现状的基础上提出了清淤器械在环保疏浚领域的发展趋势。并就清淤后淤泥对环境造成的影响进行了评述并提出了淤泥处置的相关措施，对我国当前乃至今后的清淤工作有一定的参考价值。
        2.国内外环保疏浚机械研究现状
        江河湖库中的污染底泥主要雨水径流冲刷进入水体，这些污染底泥一般粒径较小，具有较小的临界启动流速、极易悬浮和扩散等特点[2，6]，所以，环保疏浚主要任务就是选取先进的清淤设备，尽力避免疏浚过程中污染底泥再悬浮，以及一些疏水有机物会从底泥中挥发到空气中[7]造成的二次污染。目前国内外对清淤器械的研究主要集中在两个方面：⑴机械清淤设备；⑵水力清淤设备。
        2.1机械清淤设备
        机械清淤设备的工作原理主要是通过抓、挖、铲[8、9]等机械运动达到清除淤泥的目的。早期的机械清淤设备主要在工程疏浚中应用的较多，这种疏浚不考虑疏浚过程造成的底泥再悬浮对水体的污染。而环保疏浚的提出给机械清淤设备的发展提出了新的要求，国内外众多研究机构和公司都在这个领域作了很多的工作。像比利时的DI公司；荷兰ICH 公司；我国江苏吴江[5，9，10]等公司通过对抓斗、铲子的改造，生产出了一系列具有高精度、小扰动、少溢出等优点的机械清淤设备。但机械清淤设备只适合于污染较为严重的港口、海湾和一些内陆水域，这些地方一般比较狭窄，机械清淤的优点能够完全发挥。对于那些大尺度的清淤工程，机械清淤设备将被水力清淤设备所代替[11]。
        2.2水力清淤设备
        水力清淤设备通过利用高压水枪冲刷河床中的淤泥，形成一定浓度的淤泥，然后通过泥浆泵的绞吸、抽吸等作用将悬浮起来的淤泥吸入并通过管道排出[12]。水力清淤过程中高压水枪冲刷淤泥和泥浆泵抽吸悬浮起来的淤泥同时进行，而且大多数清淤设备在高压水枪上方配备罩壳等组件，有效的避免了冲刷起来的污泥扩散至上覆水体造成污染[13]。早在20世纪70年代北美、欧洲、日本等发达国家就相继投入人力、物力，致力于环保疏浚设备的研制，都取得了令人瞩目的成绩。荷兰的ICH公司，比利时的DI公司，意大利的劲马公司，我国南通航运校等单位[5，13～15]都各自开发了较为先进的水力清淤设备。
        2.3几种清淤设备对照
        机械清淤设备和水力清淤设备都有着各自的优点，也有各自的不足之处。不同的清淤设备适合于不同的水体，现将国内外[5，8～11，13～17]较为先进的清淤设备进行简要的对照，详见表一。
                                                                     表一国内外清淤设备对照表

        从表中不难看出，机械清淤设备一般清淤深度都较浅，适合于中小型河道及水深较浅的港口码头。而且大多数机械清淤设备在清淤过程中对沉积物都存在不同程度的扰动，在环保清淤工程实施过程中应予以重视。而水力清淤设备一般清淤深度都较大，适合于针对江河湖库的一些大型的清淤工程。而且，水力清淤设备大多依靠泥浆泵的抽吸作用来达到清淤的目的，这种清淤方式绝大多数情况下对水底沉积物的扰动都较小，完全符合环保疏浚对环境的要求。
        2.4清淤设备的发展趋势
        国际上的清淤设备正朝着大型化、自动化、标准化、专业化以及新颖多样化的方向发展[18]。这给环保疏浚带来了新的契机，这些发展方向旨在降低环保疏浚工作的危险，减轻人为劳动强度，减小对水体的扰动，并保证该工作能在不同的甚至是恶劣的地形条件和气象条件下安全、高效、顺利的实施。
        （1）清淤设备向大型化，集成化方向发展大型化的清淤设备主要针对江河湖库这些比较宽阔水域的清淤工作，大型化的清淤设备主要集成清淤、排泥以及淤泥脱水、固化等功能，有的清淤设备甚至包含了脱水后的上清液的处理工艺[19]，这样可以大大减少淤泥的外运量，而且保证了外排的脱水上清液不会对水体造成二次污染。
        （2）清淤设备向自动化，智能化方向发展比利时的DI公司开发了一种自动驾驶清淤机[5]，该机可以在水下自动航行，同时进行清淤工作，适合于没有多余空间给大型清淤设备停泊的繁忙港口。另外美国应用科学协会和美国陆军工程兵团联合开发了基于地理信息系统（GIS）平台的清淤分析程式[20]，将该程式安装道清淤设备上，可以分析出清淤浓度、清淤厚度、扰动程度以及清淤后淤泥处置对水体的影响程度。这对清淤工作如何选择疏浚工艺才能将对环境的影响降至最低，具有很大的指导意义。
        （3）清淤设备祥多样化方向发展自动化清淤设备的发展方向是必然，但自动化清淤机受水下地形影响较大，对这种清淤设备的发展是清淤设备发展的又一分支，多样化的发展使得清淤设备的在形式上丰满起来。朱永兴等人通过将水力推进器引入自动清淤设备，试验了清淤机在复杂地形条件下行走，并取得了成功[21]。
        3.淤泥处置
        疏浚工作对环境的影响还体现在清出的淤泥对环境的影响。因此，如何选择淤泥的处置方式显得尤为重要。传统的疏浚底泥处理方法通常有外抛法和吹填法。随着环保疏浚技术的日益发展，如今对清出淤泥的处理方式越来越多样化，而综合利用在环境效益方面体现出来的优势使得该方法在近几年备受青睐。
        3.1外抛法及吹填法
        外抛法是将疏浚底泥抛入水域抛泥区的方法。由于水流及泥沙输移扩散的作用，处理不当将会发生泥沙回淤，这显然不符合环保疏浚对底泥处置的要求。
        吹填法是将疏浚底泥经固化后吹填成陆[22]，或者对河道底泥直接进行固化，并将固化土作为河床[23]，这样可以将疏浚土中的有毒有害物质固结在固化层内，有效避免了对水体的二次污染，并成功地减小了工程费用。
        3.2综合利用
        综合利用是环保疏浚近几年处置淤泥研究工作开展地比较深入地一个领域。综合利用主要是通过对疏浚底泥直接或间接地使用达到处置的目的，并使对环境的影响最小，甚至有利于环境的改善。现今对疏浚底泥综合利用的技术主要有以下几个方面[4，16，24～26]：
        （1）建造岸边绿化带，美化环境，保护水体沿岸边绿化，乔灌木搭配，地面植草，使堆场所在地形成绿化带，即可保持水土，又美化环境，并起到防止污染土扩散的作用。
        （2）填地造景，开发旅游资源。江河湖库岸边一般都具有美好的自然风貌，具备优越的旅游开发资源，将岸边的坑洼废地填平后为开发用地创造条件。
        （3）底泥往往富含氮、磷、钾等多种营养元素，同时还含有普通矿物肥料中所缺少的有机质及多种微量元素，无害化后作为林地、农田肥料有明显增产效果。
        （4）可用直接利用疏浚底泥制砖，也可将底泥置换田土，田土用于制砖，可以避免地表粘土资源进一步减少。底泥还可以用来制造聚合物及废弃物复合材料、建筑墙体材料、混凝土轻骨料、硅酸盐胶凝材料等，达到变废为宝的目的。
        4.结束语
        江河湖库的环保清淤随着社会对环境的重视将越来越受到欢迎，而消除清淤对环境的不利影响成为环保清淤工作的重点，清淤设备的选择和疏浚底泥处置方式是解决这个问题的关键。我国对环保疏浚的研究和控制仍处在刚刚起步的阶段，随着外源污染的有效控制，江河湖库的内源污染问题将逐步受到重视，在借鉴和吸收国外环保疏浚先进技术的基础上，适合中国江河湖库特点的环保疏浚的研究也将逐渐繁荣起来。
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