某环保疏浚工程余水深度处理技术研究

某环保疏浚工程余水深度处理技术研究

胡韧伟1刘依2

1.中交上海航道局有限公司上海200002；2.中交上海航道勘察设计研究院有限公司200120

摘要：环保疏浚能够直接去除湖泊底泥中积累的各类污染物，是湖泊河流水污染治理的重要措施之一。环保疏浚在二次污染防治方面要求远远高于传统工程疏浚。对疏浚余水采用物理、化学及生物等综合性方法进行深度处理，能有效降低余水中有机质及营养盐等各类污染物。

关键词：环保疏浚；底泥堆场；余水深度处理

环保疏浚针对湖泊底泥，通过专用疏挖设备直接和较精确地去除污染底泥层，实施后环保效果良好。经过环保疏浚，湖泊内的污染底泥层被直接去除，其中蓄积的氮磷营养盐、重金属、腐败的有机物等大量污染物被直接从水体中有效去除。

环保疏浚根据工程施工环境、工程条件和环保要求，通过技术经济论证，综合比较，选择环保性能优良、挖泥精度高、施工效率高的疏浚设备。由于湖泊污染底泥一般含水量较高，表层为浮泥或流泥，一般均采用环保绞吸式挖泥船。环保绞吸式挖泥船具有挖泥、输泥和卸泥一体化，二次污染小，生产效率较高等特点。环保绞吸式挖泥船是利用转动着的绞刀绞松土壤，与水混合成泥浆，经过泥泵和排泥管送至底泥堆场。疏浚泥浆输送到污泥堆放场沉淀后，上层多余的水需要排出，这部分水被成为余水，采用绞吸式挖泥船作业时排放余水占疏浚泥浆的比例高达80%～90%，对于很多疏浚工程而言，大量的余水往往被排回正在疏浚的湖泊或河流[1]。由于环保疏浚的污染底泥在泥泵及排泥管的输送过程中，与水体充分混合后，底泥中的污染物会释放到水体中，且底泥中细颗粒悬浮物短时间内难以自然沉淀。堆场余水中含有氮、磷、有机污染物等，这些污染物大部分粘附在悬浮颗粒上并随余水排入受纳水体中，将造成受纳水体的二次污染[2]。因此，需要对环保疏浚余水进行处理，达到一定标准后才能排放。

1.某环保疏浚工程概况

某环保疏浚工程位于我国西南高原湖泊一条入湖河道的河口处，主要疏浚区为河口污染底泥沉积较厚的区域。疏浚区面积44.2万m2，平均疏浚厚度约0.8m，疏浚工程量约35万m3。环保疏浚采用分体式环保绞吸船水下开挖，疏浚出的污染底泥通过排泥管道输送到2km外的底泥堆场进行自然干化处置。环保疏浚实施过程中，尽量避免施工现场细颗粒的扩散和溢流物的沉降，以减小疏浚工程在实施过程中污染物释放和对疏浚后底栖生物重建和恢复的影响[3]。由于该环保疏浚工程位于国家级自然保护区，因此需要对环保疏浚过程中产生的余水需进行深度处理，余水中SS悬浮物排放浓度≤70mg/L，N、P指标达到地表水Ⅳ类标准，处理达标后的余水再回流入湖。

图1分体环保绞吸式挖泥船

2.余水深度处理技术研究

由于疏浚中污染底泥被绞吸船泥泵叶轮打成泥浆，强化了污染物的释放，使余水中含有大量的富含于底泥中的有机物、氮、磷等污染物，这些污染物大部分附着在细颗粒上，悬浮在余水中，很难沉降。研究结果表明，余水中的悬浮物（SS）浓度与化学需氧量（C0D）浓度、总磷（TP）、总氮（TN）浓度之间有较好的相关性，控制余水中悬浮物（SS）可以基本控制住有机物和磷、氮营养盐等污染物[4]。该环保疏浚工程根据余水深度处理要求，采取物理、化学及生物的综合处理工艺。本研究在底泥堆场结构、疏浚作业的合理安排、添加絮凝剂、沉淀池、多孔基质过滤料、生物降解等方面进行了综合应用，对疏浚余水进行深度处理。

2.1堆场结构

环保疏浚泥浆在堆场中自然沉降，堆场结构设计时，不仅要考虑到满足堆存疏浚底泥的容积需要，还应该有利于疏浚底泥在堆场中的沉淀。疏浚作业初期，由于堆场容积足够，疏浚泥浆沉淀时间长，余水中悬浮物（SS）浓度低。随着底泥堆场库容的逐渐减小，疏浚泥浆沉淀时间会逐渐缩短，余水中悬浮物（SS）浓度会逐渐升高。因此，不仅需要根据泥浆排入口合理选择余水排出位置，堆场排水口尽可能的远离泥浆入口，工程后期合理安排环保疏浚间歇式作业；同时堆场结构设计上需精心设计，强化底泥堆场对疏浚余水初步处理的作用。该环保疏浚工程底泥堆通过合理优化平面布置，改善水力条件和延长水流路径，强化自然沉淀。在余水出口处设置了可调节堆场水位的叠梁闸，还设置了一段20m长的碎石透水堤。堆场余水主要通过透水堤渗透至堆场外侧的絮凝反应池内。堆场余水通过透水堤内外侧的土工织物、构成透水堤的碎石过滤后，进入絮凝反应池内的余水悬浮物（SS）浓度大大降低。根据现场检测，进入絮凝反应池内余水中悬浮物SS≤120mg/L。

图2环保疏浚底泥堆场透水堤断面图

2.2投加絮凝剂

经过堆场透水堤过滤后疏浚余水进入絮凝反应池中。由于余水中底泥颗粒粒径已经非常小，重力沉降速度缓慢，且底泥细颗粒表面带有电荷，细颗粒在余水中形成稳定的分散系统，难以自然沉淀。该环保疏浚工程采用高分子絮凝剂对排出底泥堆场的余水进一步处理，从而使余水更加澄清。高分子絮凝剂絮凝能力强，效果好，不经能中和悬浮细颗粒表面的电荷，破坏胶体的稳定性，形成絮凝团体沉淀，而且高分子的链状结构能够起到吸附架桥的作用，絮凝成团的效果优越。

2.3二级沉淀池

为了使余水中絮凝成团的细颗粒能够稳定沉淀，在絮凝反应池后方设置折流式二级沉淀池，增加水力停留时间，有助于充分发挥絮凝剂的作用，使悬浮污染颗粒在沉淀池释出。沉淀分为两级沉淀区域，每级设置三块区域，前一级沉淀区比后一级溢流口标高高50cm，从而达到控制余水中悬浮物分级沉淀目的。

图3絮凝反应池及二次沉淀池

2.4多孔基质过滤料

为对疏浚余水中氮、磷进行深度处理，该环保工程还研究采用二级沉淀池+多孔基质过滤料吸附的组合技术。多孔基质过滤料放置二级沉淀池中。填料分为两种，一种对氮的吸附较好，另一种对磷有较好的吸附效果。为了进一步确定两种过滤料对氮磷的吸附效果，研究制定了过滤料吸附试验方案。实验方案分为两部分，第一部分为动态模拟实验，第二部分为静态吸附试验。

1）动态模拟实验

动态模拟实验通过控制不同水力停留时间，研究氮磷的去除率。实验装置如下图所示，实验装置主要为一个进水控制装置，一个装有去氮过滤料的容器，一个装有除磷滤料的容器，装置通过控制进水量来控制水力停留时间，装置之间通过管道连接。

图4动态模拟实验装置图

实验结果如下表所示，过滤料对氮磷具有较好的吸附效果。对氨氮的吸附效果比较稳定，随着停留时间的增长，去除率稳定增长，最高为46.16%，总氮的去除略有波动，最高为52.52%，对溶解性总氮的效果也较为稳定，最高为43.19%，填料对磷的去除率波动较大，可能跟实验过程有关，总磷的最高去除率为40.55%。

表1动态实验结果一览表

2）静态试验研究

静态试验主要是在实验室内模拟水力停留时间，根据不同过滤料的使用得出结论。主要实验数据如下表所示。

表2静态实验结果一览表

研究结果表明，除氮和除磷滤料对氨氮均具有良好的去除效果。就氨氮的去除而言，从低到高依次为除氮滤料、2：1混合滤料及除磷滤料；就总磷的去除而言，去除率从低到高依次为除氮滤料、2：1混合滤料及除磷滤料。除氮滤料对氨氮的去除较好，除磷滤料对氨氮及总磷的去除均较好，二者混合的滤料介于两者之间。

2.5生物降解

经过上述处理后的余水再通过表流排入人工湿地中进行生物法处理，利用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，通过一系列生物、物理、化学过程充分降解余水中有机质、营养盐等污染物，实现对疏浚余水的净化作用。

3.余水处理效果监测

在疏浚作业过程中，分别对湖湾疏浚工程水域、上游来水、底泥堆场各出水口进行了监测，现场测定水体物理指标、化学和生物指标，初步分析发现产生显著性差异的指主要为标主要为水体氮、磷、SS等主要指标。

图5疏浚过程中余水总氮、总磷及悬浮物特征

疏浚余水经过沉淀、过滤处理初期，出水口的TP和SS有下降，削减率约20%，而运行稳定后削减率大提升，达到约80%。但沉淀、过滤处理工艺对水体总氮（主要是氨氮）的削减率不高，在初期仅为0.4%，后期约为7%。但经过湿地净化处理后，监测结果表明余水没有导致排入水体营养盐增加。

4.结束语：

该环保疏浚工程余水深度处理综合使用了物理、化学及生物处理方法。通过合理布置底泥堆场平面布置，精心设计了透水堤、絮凝反应池、沉淀池等结构，疏浚余水再经过多孔基质过滤料吸附、人工湿地净化作用，取得了较好的处理效果，达到既定设计目标。本研究对污染底泥环保疏浚余水处理，具有借鉴意义。

参考文献：

[1]金相灿，李进军，张晴波.湖泊河流环保疏浚工程技术指南.2013，ii.

[2]AndrewM．Lonhrer，JenniferJarrellWetz．Dredginginducednutrientreleasefromsedimentstothewatercolumninasoutheasternsaltmarshtidalcreek[J]．MarinePollu—tionBulletin，2003，46：1156—1163．

[3]钟继承，范成等.底泥疏浚效果及环境效应研究进展.湖泊科学，2007，19（1）：6.

[4]霍守亮，荆一凤.五里湖环保疏浚余水中污染物的特征研究[A].第4届流域管理和城市供水国际会议论文集，2004.