河道污染底泥规范化处置浅析

河道污染底泥规范化处置浅析摘要：在河道疏浚过程中，由于对河道底泥进行扰动,底泥中的污染物会释放到河水中，造成二次污染,底泥输送过程中,如果不注重管理，会造成底泥流失.重新污染水体和土壤．底泥脱水过程中，如果不对渗滤水进行处理，渗滤水会进入水体和土壤，污染自然水体和地下水。本文以竹皮河水生态修复工程中江山大坝至夏家湾滚水坝段淤泥治理为例，与同行交流学习。前言：由于竹皮河属季节性雨源河流，自然径流量极小。竹皮河经多年累积效应，淤积严重，同时水体交换缓慢，河道自净能力差，河道来水量少且丰枯不均，面源污染，底泥中氮、磷含量超标，有机污染物等含量较高，底泥释放的污染物成为竹皮河水质的主要污染来源之一，使得竹皮河水质无法达标，水污染严重，水生动植物匮乏，水生态环境恶劣。1工程布置本次竹皮河夏家湾至江山电站河道污染底泥规范化处置及河流缓冲带生态修复工程治理段范围为夏家湾滚水坝~江山水库大坝，总长度2.4km。主要建设内容有淤泥固化处理工程、固化土堆放场建设工程、河流缓冲带生态修复工程等。本工程根据工程布置原则及工程实际情况对堆场进行了布置，并对堆场的容量、面积、汇水面积等特性进行了量测、估算。选择集中堆场4处，占地约6.75hm2，堆场在施工期可兼做淤泥固化处理场地。四个堆场布置情况如下：（1）1#堆放场位于河道K0+400南侧，现状高程约为62m左右，堆场位于河道防洪水位以上，本工程在堆放场临河侧设置挡土墙；（2）2#堆放场位于河道K0+900南侧，现状高程约为65m左右，堆放场南侧为阳光一路，堆场位于河道防洪水位以上，本工程在堆放场临河侧设置挡土墙；（3）3#堆放场位于河道K1+300西侧，堆放场西侧为207国道复线，且堆放场与207国道之间设有原207国道的挡土墙，挡墙稳定性可靠。堆场位于河道防洪水位以上，且临河侧设置了挡土墙。（4）4#堆放场位于河道K2+400南侧，现状高程约为57m左右，堆场位于河道防洪水位以上，本工程在堆放场临河侧设置挡土墙。2淤泥固化处理工程2.1淤泥处理处置的基本原则竹皮河河道环保疏浚产生的淤泥含有机污染物和重金属等有害物质，直接露天堆放或者直接填埋都会对环境造成危害。根据环保要求，需要消除底泥污染物危害，尽量资源化利用底泥，最终安全处置底泥。一般淤泥处理处置的基本原则如下：（1）资源化利用原则根据疏浚底泥的物理和化学性质、底泥的疏浚方式以及周围场地的土资源利用状况，优先考虑能够将疏浚底泥转化成为可资源化利用的土材料的方法。（2）无害化处理原则无论选取资源化利用还是堆场就地处置，都要保证在清淤、运输、堆放、利用等各环节中，底泥中污染物不会释放进入河道水体，不产生二次的溶出、淋滤造成地下水、地表水的污染。（3）就地处理原则考虑到底泥的运输成本，应该优先考虑就地处理、就地处置和就地利用，因地制宜达到经济、安全、无后续处理负担的目的。（4）经济性原则根据底泥最终用途，考虑处理处置要求的情况下，尽可能选择最经济的淤泥处理工艺。2.2淤泥处理基本方案充分调研了国内尤其是湖北省内河底（湖底）淤泥处理工程案例，常用的淤泥处理方法方案如下：方案一：固化剂固化固化剂固化是向淤泥中添加固化材料，通过晾晒、排水、搅拌混合、养护、碾压密实，使淤泥、水、固化材料之间发生一系列的水解和水化反应，使得松软无强度的淤泥变成具备一定力学性能的回填土料。方案二：真空预压法针对疏浚淤泥的使用要求确定经济合理施工可行的处置方法。如直接从流状淤泥处理成干土状，则一般造价较高，因此，对河底淤泥一般采用“超软土真空预压法”进行处理。同时为满足后续工序对淤泥处理的要求及无害化处理，在疏浚管道设置管道混合器，通过管道混合器向底泥注射（5%（干重）氧化钙及0.1%（湿重）木钙的混合物），同时静止7-15天，以便满足无害化作用。此种无害化方法目前尚无大规模的工程案例，仅用于试验阶段及小试规模。方案三：机械脱水固结淤泥机械脱水固结处理系统工艺流程如下：通过泥浆泵将疏浚泥浆经过管道输送至沉淀池，经过格栅机拦污和重力沉淀后，自流入调节池，泥浆在调节池完成浓度调理后，再泵送至均化池，在输送管道中投加固化剂，泥浆在均化池均化后泵送至板框压滤机进行泥水分离，形成泥饼，泥饼采用自卸式密闭槽车输送至消纳单位。调节池、均化池、沉淀池的上清液以及淤泥脱水的滤出液经过泵送至尾水反应沉淀池反应后达标排入受纳水体。污泥处理方式优缺点对比表表1处理方法项目固化剂固化真空预压法脱水固结一体化环境影响方面气体方面(1)投加粉状药剂，围堰区内搅拌混合，易形成扬尘，影响周边环境；如遇降雨可能影响水体水质；(2)干塘后，表层淤泥臭味较大。泥水混合作业但未进行无害化处理，臭味影响较大泥水混合作业且进行了无害化处理，臭味较小水体方面尾水量较少，如直排对水体影响相对较小带水作业，尾水量较大，如直排对水体影响较大带水作业，尾水量较大，如直排对水体影响较大噪音方面施工区域噪音量相对较小施工区域噪音量相对较小施工区域噪音量相对较大固废方面处理后淤泥产品含水率一般≤40%～50%处理后淤泥产品含水率一般为50～70%，不可能达到≤40%处理后淤泥产品含水率一般≤40%环境方面不存在二次污染转移未进行固化处理，存在二次污染转移不存在二次污染转移工程实施方面处理场地无需另设淤泥处理场地需另设淤泥处理场，且处理场面积较大（约20万平米）需另设淤泥处理场，处理厂较大且处理厂需“三通一平”施工进度（周期）（1）需先将围堰全部实施完并排出堰内湖水后进行投药固化进行晾晒，晾晒完成后才能外运。压滤时间较长（1）前期需先搭建厂房，对工期有影响；（2）施工周期相对较短；（3）因处理场内的成品淤泥堆场相对较小，一旦淤泥产品消纳受限无法运出，将使堆场无法放下外部环境影响阴天处理效果较差，雨、雪对施工影响较大；受外部环境影响较小，淤泥晾晒期间受外部气候影响大受外部环境影响较小施工难易程度清淤深度较难准确控制尾水处理量大，尾水需进行处理后达标排放，处理标准要求高，半自动化，简单尾水处理量较大，尾水需进行处理后达标排放，处理标准要求高，自动化程度高处理效果直接加入添加剂进行“增量处理”，淤泥减量化50％或仅有少量水在搅拌固结后自然渗出重力挤压，淤泥处理产品含水率相对低，若要达到含水率50%需最少进行二次以上真空预压，其后面预压工程费最少按第一次的80%计机械挤压，处理产品含水率较低，产品遇水不易泥化，产品较稳定无害化处理处理后淤泥含水率仍高，难以迅速固封有害物质，需经过1～2周堆放才能利用。添加氧化钙及木钙混合药剂进行无害化处理，目前不知有没有二次溶出现象产生，且工程案例非常少。泥饼强度低且增长慢，难以利用，需长期堆放或摊晒。添加固化剂对危害物质产生钝化、固封，不易二次溶出，实际工程案例很多。硬塑状泥饼，有强度且持续增长，可立刻用作回填土或烧制水泥。适宜性适用范围广，特别适宜污染且淤泥量大有机质含量低、含沙量高、透水性好的淤泥适用范围广，特别适宜污染且淤泥量大施工前期准备无需提供处理厂需提供脱水处理场场址，施工周期最好避开雨季需提供脱水处理场场址方案总体评价无需处理场地，施工灵活，费用低，泥饼含水率≤40%～50%所需处理场地面积较大，施工周期较长，泥饼含水率最低为50%，存在污染物二次析出问题。所需处理场地面积较大，费用高，施工周期较短，泥饼含水率为≤40%结合本工程河道水生态修复的特点，同时考虑到施工进度、工程的经济性、处理效果以及对周围环境的影响，本工程河道拟采用“固化剂固化”的淤泥处理方案。2.3常用淤泥改性固化剂淤泥改性固化剂的主要作用，一是吸水作用，硅铝基水化胶凝材料化学反应消耗淤泥中的水分，生成带有多个结晶水的化学产物；二是改性作用，与淤泥中的硅铝基矿物发生一系列水化反应，改善淤泥中的颗粒组成，提高淤泥的析水效果，使淤泥中的水分易于自然析出；三是减污作用：水化产物形成的硅铝酸盐矿物（水化硅酸钙、水化铝酸钙等）通过化合、包裹、吸附等作用，有效降低淤泥中有毒有害物质（如：重金属）对环境的释放浓度；四是增强作用，不可逆的水化产物在淤泥颗粒之间形成了网状结构，构成骨架，结晶类的产物填充网状结构中的孔隙，使固结体致密，具备良好的强度、耐水性、耐久性。目前淤泥改性固化剂生产厂家较多，各个厂家成产的淤泥改性固化剂成分、用法用量及价格均有差异，固化河道淤泥（80%左右含水率）一般一立方淤泥掺入t～0.2t固化剂，本次工程根据现场各个部分淤泥情况现场调制固化剂含量配比。目前国内常用的淤泥固化剂/絮凝剂有如下几种：（1）污泥碱化稳定技术（投加石灰）污泥碱化稳定技术是在污泥/淤泥中加入少量的石灰和氨基磺酸，充分混合后经过反应器，在由低温至高温的过程，通过石灰的作用使得污泥粒径含水率减少，进来的污泥含水率是80%～83%左右，出来的含水率可以达到70%以下（指在生石灰的添加量在10%的情况下，不同的石灰添加量出来的污泥含水率也是不同的），堆放一周后经自然干化含水率可降到60%以下。本工艺处理后的污泥可用作垃圾填埋场的覆盖土；因为是碱性处理，pH值很高，可以使臭气味、病原菌和蛔虫卵基本得到处理，而且对重金属的去除有非常好的作用。（2）HAS固化剂HAS固化剂是一种粉末状材料，利用该产品能在常温下固化粉煤灰、工业废渣、各种工业尾矿、含泥石屑、土壤、山渣、城市垃圾、污淤泥等，并具有早期强度高，后期强度稳定发展，水稳定性好，耐久性好，施工方便，施工周期短等特点。HAS土壤固化剂颗粒细度一般＜0.5μm，具有较大的比表面积和高分散度，能与淤泥、土壤中的组成成分发生物理化学反应，生成的水化产物具有良好的结构强度和水稳性能，同时水化产物钙矾石可以与淤泥、土壤中的重金属发生同晶取代，对重金属实现固化、稳定化目的。HAS土壤固化剂具有以下特点：①HAS固结体早期强度高，后期强度稳定发展；②固化水体耐水性和耐久性好。软化系数大于0.90；抗硫酸盐介质化学侵蚀系数大于1.0；抗冻融循环能力可提高一倍；渗透系数10-6～10-8cm/s；③HAS固化剂的凝结时间可调;④HAS固化剂本身有微膨胀性，克服传统水泥土干缩大、易开裂等问题；⑤HAS固结土体，施工简便易行。HAS固化剂固化淤泥前后技术指标对比表2对比指标改性前改性后含水率（%）65～13035～50无侧限抗压强度（MPa）-0.2～0.8抗剪强度凝聚力（KPa）1.0～10＞30摩擦角（°）3～10＞25体积10070～80外观形态泥浆土状固体在湖泊、湖塘、河流和海滩等水排干后的底部软塑状泥浆，表面明水少，具有有机质含量高、含水量高、透水性弱和干燥体积收缩等特点。水下淤泥疏浚固化新技术主要对淤泥进行固化改性，减容约40%以上，重金属含量不超过国家标准规定限制，改性淤泥土达到符合《城镇污水处理厂混合填埋用泥质》（GB/T23485-2009）标准，改性淤泥充填的陆地具备一定地基承载力，能满足工业建设用地要求。具有工艺简单、成本低、效率高、淤泥无害化和资源化利用率高等特点，可以清除江、河、湖、海的淤泥污染和淤积，为缺少填土材料的地区提供廉价的填土材料。（3）M1固化剂M1固化剂是以镁盐，氯酸盐，磷酸盐，二元醇等为主要原料，并加入促凝剂和防水剂配制而成。特点如下：①固化时间短，可以在短期内（1～2d）使污泥凝固，达到填埋要求；②添加量少，仅为污泥量的5%～8%，对污泥pH改变较小，同时抑制臭气产生；③一种绿色的污泥调理剂，不对污泥造成二次污染，并能改进污泥的性能，促进污泥的稳定化；④固定化处理的污泥/淤泥经过在填埋场内2～3年的稳定期后，形成一种类土壤物质，可进行开采利用，实现污泥填埋场的可持续利用；⑤即使在雨天被雨水浸泡，也能保持足够的机械强度，含水率上升也有限，有利于现场的露天作业。2.4淤泥最终处置方案淤泥的最终处置方法有填埋、综合利用等多种方式，综合利用一般以农林利用和建材利用为主，常用的淤泥处置方式有以下几种。（1）填埋处置处理后淤泥固化土填埋是目前国内外常采用的方式。其优点是投资少、容量大、见效快。处理后的淤泥泥饼有机物含量降低，总体体积减少，性能稳定，可以直接送到生活垃圾填埋场，也可作为填埋场的每日覆土及最终覆土；或者设置专用的填埋场，根据底泥的含水率及力学特性等因素进行专门填埋。（2）焚烧湿污泥干化后再直接焚烧应用得较为普遍，没有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难，而且在能耗上也是不经济的。以焚烧为核心的污泥处理方法是最彻底的处理方法，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积；但是其缺点在于焚烧的设备投资大、能源及操作费用都很昂贵，处理费用高，易产生大气污染问题，而且污泥中的有用成分（TN、TP）未得到充分利用。（3）综合利用20世纪70年代以前，处理后淤泥泥饼资源化利用通常是用作机场、港口的扩建和新建用土。这样的资源化途径填埋了海湾和河口，破坏了动物的栖息地，对环境极其的不友好。而今，疏浚底泥资源化应用于更有利于环境的方面：①农业、园林利用疏浚底泥中含有有机质和植物所需的营养成分，具有化学肥料所没有的有机质肥料，具有较多的比较均衡的肥料成分，具有腐殖质胶体，能使土壤形成团粒结构，保持养分作用，是有价值的生物资源。用《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）和《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284-84）作为衡量疏浚底泥的污染程度和土地利用可行性指标，对于不符合标准要求的疏浚底泥不能直接进行农用。②用作垃圾填埋场覆土用于垃圾填埋场覆土封场，既处置了疏浚底泥，又恢复了生态环境，是一种很好的利用途径。我国城市垃圾处理量的90%以上采取直接卫生填埋。填埋场覆土封场所需粘土量很大，对于土地资源珍贵的城市，采用疏浚底泥作为填埋场终场覆土是一个很好的消纳途径。③填方材料固化处理后的疏浚底泥成为填方材料，可代替砂石和土料进行使用。与一般的土料相比，固化土具有不产生固结沉降、强度高、透水性小等优点，除可以免去进行碾压、地基处理施工外，有时还可达到普通土砂所达不到的工程效果。可用于以下工程：筑堤或堤防加固工程：疏浚底泥固化后具有强度高、透水性小的特点，可以成为良好的筑堤材料，将其使用于筑造江湖堤防，可满足边坡稳定、防渗和防冲刷的要求。结合江河、湖泊的堤防加固工程，将疏浚底泥进行固化处理后作为培土对堤防进行加高，加宽可提高堤防的抗洪能力。道路工程的路基、填方工程：使用经过固化处理的疏浚底泥可以完全满足工程的要求。而且，所得到的路基强度较高，在防止边坡失稳，不均匀沉降和雨水冲刷方面比较有利。④建筑材料利用诸多工业化利用途径中，疏浚底泥制造建筑材料的资