环境科学研究
RESEARCH OF ENUIRONMENTAL SCIENCES
1999年 第 12卷 第5期 vol.12 No.5 1999



湖泊污染底泥疏浚工程技术
——滇池草海底泥疏挖及处置
金相灿　荆一凤　刘文生　郭慧光　钱　彪
摘　要　论述了环保疏浚工程的特点，工程方案的主要内容，设备选型，底泥处置，以及干化等。笔者以滇池草海污染底泥疏挖及处置工程为实例介绍了湖泊污染底泥疏浚工程技术。
关键词　湖泊　污染底泥　疏浚
Engineering Techniques for Polluted Sediment Dredging of Lakes:Caohai of Lake Dianchi
JIN Xiangcan 1)　JING Yifeng1)　LIU Wensheng2)　GUO Huiguang3)　Qian Biao4)
( 1)Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012;
2) Tianjin Waterway Survey & Design Research Academy, Tianjin 300042;
3) Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming 650034;
4) Kunming Institute of Environmental Science, Kunming 650032)
Abstract　The characteristics of engineering for environmental protection dredging, main contents for preparation of program for environmental protection dredging, selection of equipment for environmental protection dredging, and disposal and dewatering program for polluted sediment were elaborated. The engineering techniques for dredging of polluted sediment of lakes based on engineering for polluted sediment dredging and disposal of Caohai of Lake Dianchi were introduced.
Keywords　Lake; Polluted sediment; Dredging
　　环保疏浚是近10 a来新兴的行业，是以清除及处理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。环保疏浚的目的主要是通过底泥的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。它既要考虑疏浚工程实施中技术上的可行性及经济上的合理性，更需满足环境保护的要求。发展我国环保疏浚技术是环境保护事业的需要，是实现我国社会经济可持续发展的需要。
1　环保疏浚工程特点
1.1　疏浚精度要求高
　　通常情况下，水域中污染沉淀物厚度不均，变化较大。疏挖中既要去除污染底泥，又要尽量减少非污染底泥的超挖，以避免破坏湖泊底部的自然湖泥层。同时，也降低污染底泥的处理量和处理费用。因此要求疏浚设备的疏挖精度大大高于一般航道疏浚或水利疏浚的疏挖精度［1］。
1.2　防止疏浚过程中的二次污染
　　在普通的航道或水利疏浚中，无须考虑疏浚过程中沉积物或泥沙再悬浮问题，在不影响工程生产量的前提下，输送过程中的少量泄漏也无关紧要。而在环保疏浚中，防止污染沉积物或泥浆的二次污染异常重要。因此在设备上也要有特殊的装置和措施，以保证污染物有效清除，而不造成对水体及周围环境的二次污染。
1.3　污染沉积物的安全处理处置
　　清除出来的污染沉积物要采用适当技术，对其进行处理处置，以防止对堆场附近的地下水及其他环境造成新的危害或潜在威胁。
　　环境疏浚工程的主要技术特点及与一般疏浚工程的区别见表1［2］。
表1　环境疏浚工程主要技术特点

项目环境疏浚一般疏浚
工程目标清除存在于底
泥中的污染物增加水体容积，
维持航行深度
边界要求按污染土层分布确定底面平坦，断面规则
疏挖泥层厚度较薄，一般小于1 m较厚，一般几米至几十米
对颗粒物
扩散限制尽量避免扩散及颗粒
物再悬浮不作限制
施工精度5～10 cm20～50 cm
设备选型标准设备改造或专用设备标准设备
工程监控专项分析严格监控一般控制
底泥处置泥、水根据污染
性质特殊处理泥水分离
后一般堆置


2　环保疏浚方案内容
2.1　污染底泥分布及总量调查
　　包括底泥沉积特征及分布规律，底泥理化性质，沉积物总量测算，污染底泥量测算等。
2.2　疏浚工程
　　包括疏挖范围及规模，疏浚作业区的划分及工程量，疏挖方式及机械配置，工作制度及工期等。
2.3　堆放及处置工程
　　包括堆放底泥分类及堆放量，堆放场地选址，堆场设计，处置工艺及综合利用方案。
2.4　辅助工程
　　包括供水工程，供电工程，土建工程，交通通讯，生活福利设施等。
2.5　投资估算及财务分析
　　包括投资估算，资金筹措，财务评价，工程效益分析等。
2.6　项目实施组织机构及工程进度
　　包括工程实施组织机构，工程进度安排。
3　环保疏浚设备选型
　　环保疏浚是水下机械疏浚行业的一个新分支，随着环境保护意识在全球范围内的提高，环保型疏浚机械的发展日益受到重视。从70年代起北美、欧洲、日本等发达国家相继投入大量人力、物力，致力于环保疏浚设备的研制和相关技术开发，取得了显著成效。为了解决常规绞吸式挖泥船施工中产生的二次污染问题，荷兰IHC公司成功地开发了环保型绞刀，研制了环保型挖泥船。该公司在标准的海狸600型和1600型绞吸式挖泥船上，安装液压可调节罩式刀片切割绞刀，采用定位桩台车，安装自动挖泥控制系统和显示系统，使用DGPS定位。在1991年初欧共体援助东欧国家的PHARE计划中赢得了合同，成功地完成了匈牙利巴拉顿湖平均厚度15～20 cm的薄层污染底泥疏浚。1996年该项技术又得到发展，韩国三星公司与IHC公司合作，建造了海狸1600型环保绞吸挖泥船，在其环保刀头下安装了水下摄像系统，疏浚精度在10 cm以内。DAMEN公司为HAM疏浚公司设计制造的HAM 291环保疏浚船是目前国际上最先进的环保疏浚船之一。该船采用独特的螺旋环保绞刀，既有效地防止污染扩散，又保证了较高的污泥浓度。HAM 291环保疏浚船除了定位桩台车外，还采用了三缆定位索系统和现场监测系统，疏挖精度提高到5 cm，有时甚至高达1～2cm。日本从70～90年代陆续引进和自主开发了多项污染底泥疏浚技术，如采用气密式回转泥斗和压缩空气输送的高浓度疏浚及高浓度输送法，采用真空吸泥的EK式疏浚法，采用负压吸泥装置的高浓度气力泵疏浚法等，在此基础上建造了10艘以上环保型疏浚船只，对日本的霞浦湖等进行了有效的治理。综上所述，我国应该通过引进和消化国外先进的环保疏浚技术和设备，开发我国环保疏浚技术及适用的环保疏浚设备。
4　污染底泥处置及干化
4.1　污染底泥处置
　　污染底泥在淋溶及浸出条件下，其所含重金属和氮、磷及有机污染物等可能扩散转移到环境中，必须予以妥善处置。其处置的一般原则：①选择适宜的污染底泥堆存场地，在与城市总体规划一致的条件下，尽量选择地下水位低、土层吸附性能好的地带作为堆场场址。②对污染物和重金属含量相对低的污染底泥，按一般吹填方式作业，对堆场采取一定的防渗措施。③对污染物和重金属含量高的污染底泥，堆放地点尽量离开水体，强化污染防范措施。
4.2　堆场余水处理
　　污染底泥及其泥浆输送至岸上后，体积一般将扩大若干倍，泥浆经堆场沉淀后大量余水外排，余水处理是环保疏浚的又一重要环节。泥浆余水是否需要特殊处置及怎样处置，取决于余水中污染物的组分及含量、接纳余水水体的性质、功能以及技术经济综合分析结果。堆场余水处理工艺应简单易行、经济有效，适合大流量泥浆实施操作。
4.3　疏挖泥浆干化
　　污染底泥一般属含高有机质的淤泥质土类，淤泥质土自然干化固结过程缓慢，当需要加速其干化过程时，可采用人工强化脱水措施。在吹填工程中加速固化的常用方法包括真空预压法、堆载预压法、加药沉淀法、机械脱水法、堆场主动排水法等。其中堆场主动排水是一种经济有效的污泥干化方法，堆场主动排水主要包括表面开沟、埋设暗管等，该法既充分利用蒸发、渗滤等自然干化的主要途径，又采取了必要的人工措施，强化、加速这一自然过程，简单易行，成本低兼，适宜于大面积实施。
5　滇池草海污染底泥疏挖及处置工程简介
5.1　地理位置
　　滇池位于云南省昆明市市郊，草海是滇池的组成部分，位于滇池的北部，昆明市郊西南角，地理坐标为102°28′～102°24′ E， 25°～24°57′ N。草海以东风坝为界又分为2部分，坝的北面称内草海，坝的南面称外草海。草海水域面积为7.5 km2(水位1 887.4 m)，其中内草海的面积为1.49 km2，外草海面积为6.01 km2，草海最宽处为外草海中心(约2 km)，湖底平均高程为1 884.5 m，草海湖泊容积为0.12亿m3，流域总面积为187.14 km2。
5.2　草海污染底泥概况
5.2.1　滇池草海底泥分层
　　根据调查滇池草海底泥分为3层，第1层为污染层，第2层过渡层，第3层为正常湖泊沉积物层。
5.2.2　滇池草海底泥的物理特性
　　滇池草海污染底泥物理力学指标见表2，污染层底泥颗粒组成粘粒级占12%，粉砂级占26%，详见表3。
表2　草海污染底泥部分物理力学指标特征值
土名主要物理力学指标
比重天然密度
(g/cm3)天然含水
量(%)液限
(%)塑限
(%)塑性指数液性指数孔隙比内聚力
(kPa)内摩角
(度)
淤泥1)2.391.25207.03184.60125.4059.201.425.054.34.1
泥碳质土2.051.21294.60261.80180.6081.201.365,726.04.1
淤泥质2.521.54105.2094.6061.3033.301.312.546.74.9
粉质粘土2.651.8336.3027.5019.607.902.150.985.312.1
注：1)指疏浚层
表3　草海污染底泥颗粒组成

粒径范围(mm)0.5～0.250.25～0.0750.075～0.050.05～0.010.01～0.005<0.005
占土质量百分数(%)317.024.019.07.012.0


5.3　草海污染底泥调查结果
　　a. 草海湖泊污染底泥主要分布在内草海及外草海的西北部，湖泊底泥中主要重金属及砷的高浓度区也集中在这2部分，是湖泊污染底泥疏挖的重点区。
　　b. 污染层是湖泊底泥中污染物主要蓄积层，也是工程疏挖的对象，过渡层应当尽量保护。
　　c. 湖泊污染底泥的沉积量约为377万m3。
　　d. 污染层底泥中累积了大量的重金属和砷的污染物，已构成生态危害性毒性浓度。
5.4　草海污染底泥疏浚工程方案
5.4.1　工程规模
　　疏浚工程量为 400万m3；疏浚面积为4.617 km2。
5.4.2　环保船型推荐方案
　　a. 经过环保疏浚技术改造后的国内现有适用船型。
　　b. 引进国外先进、适用的专用环保型绞吸式挖泥船。
5.4.3　草海污染底泥疏浚推荐方案
　　1998年3月～1999年2月，疏浚工程量为400万m3，建造围埝总长为15.15 km。配置海狸600环保型绞吸船1艘、改造普通海狸1600环保型绞吸船2艘、普通国产120 m3/h改造型绞吸船1艘、改造国产120 m3/h环保型绞吸船1艘，共5艘绞吸船施工。施工船舶采用DGPS平面定位，并装备挖泥自动控制系统。
5.4.4　污染底泥处置推荐方案
　　a. 污染底泥处置。堆场围埝采用内侧土工膜防渗，堆场底部利用广泛存在于湖周地下的泥炭层作污染物吸附层。
　　b. 堆场余水处理。自然沉淀时间大于48 h的条件下，余水直接排入草海。吹填后期自然沉降时间不足48 h，现场监测水质不符合要求时，采取投药沉淀为主的方式处理后排入草海。
　　c. 污染底泥脱水干化。由表面排水、立面排水、底面排水单独或组合系统构成的堆场主动排水方案为主要脱水干化方案，投药沉淀为辅助方案，铺网覆盖排水为应急方案。
　　d. 底泥综合利用。以底泥堆填造地为主要利用方案，底泥作林地肥料为辅助方案。
　　e. 景观恢复应急方案。堆场快速植草。
5.4.5　工程费用
　　本项工程总投资估算为24 987.36万元。
5.4.6　工程实施
　　滇池草海污染底泥疏浚工程已于1998年3月28日正式开工，工程基本按照推荐的技术方案实施，根据施工承担单位的实际情况，船只配制略有调整。在工程实施中，环境监测部门对疏挖泥浆、堆场排放余水、堆场底泥等进行全过程现场监测，避免对环境造成二次污染并提供我国今后的环保疏浚工程借鉴。
作者简介：男，1945年生，研究员
作者单位：金相灿　荆一凤　中国环境科学研究院，北京　100012
　　　　　刘文生　天津航道勘测设计研究院，天津　300042
　　　　　郭慧光　云南省环境科学研究所，昆明　650034
　　　　　钱　彪　昆明市环境科学研究所，昆明　650032
6　参考文献
1　金相灿，刘鸿亮，屠清瑛，等.中国湖泊富养养化.北京：中国环境科学出版社，1990.82～91.
2　金相灿.湖泊污染控制技术指南.北京：中国环境科学出版社，1997.72～76.
收稿日期：1999－03－16
