源自德國,以生態清淤為基礎的黑臭水體處理方法

　　編者按：在生態清淤基礎上，德國DEW 公司為城市內河的黑臭水體提出了整套處理處置方案: 被抽吸的物料直接在現場被處理，並儘可能回收利用，大幅降低後續填埋處置費用。與傳統方法相比較，這一清淤方法不僅快速經濟，同時可靠衛生，並可以精確估算清淤時間和工程用量。

　　許多城市內流速緩慢的河流和靜止湖泊會隨著時間推移在水體底部形成淤泥層，產生黑臭和藍藻等問題。這些淤泥的形成一方面是來自水體本身的有機顆粒物質，例如水生植物和魚類排洩物質，但更多是來自以下外源物質：

　　1、各種工業廢水和市政汙水流入

　　2、在降雨時，雨汙混合汙水攜帶糞漿物質進入水體

　　3、此外，一些垃圾物質例如岸邊樹葉、餐廚垃圾或動物糞便等進入河流，並沉積在河底

　　這些沉積有機物質會導致生物厭氧發酵，並使得水體變得渾濁和發臭。城市河流愈小，則淤泥層累積增加的速度也相應變快。這個現象導致好氧分解只是在汙泥表面進行。在汙泥內部則主要呈現厭氧狀態, 在缺氧情況下，有機物分解過程十分緩慢。此時會產生以下兩種不願看到的現象：首先汙泥厚度不斷增加，水體內的濁度逐漸變深變黑。同時在厭氧狀態下產生沼氣，而這對水生生物是有毒的。

　　圖1 黑臭水體在夏季時的表觀情況

　　正是出於這一原因，必須對城市內的河道湖泊進行定期清淤工作。此時，經常採用的實用方法是通過機械方法進行清淤。一般傳統方法是抽乾河流，採用挖土機進行轉運。但在採用這種機械方法清淤時，雖然水體質量可以立即得到改善，但往往會對周圍環境造成汙染，湖泊周圍的生態環境和平衡受到持續性破壞。其後果往往是藻類暴發，魚類死亡。如果採用柔和方法進行清淤，例如採用遙控吸泥船進行生態清淤，則可以衛生安全方式將河底有機淤泥抽吸排出並按當地法律規定進行相應後處置。

　　一、 生態清淤的工作原理

　　生態清淤是指在無需抽乾河流情況下，以遙控方式將汙泥柔和地抽吸至岸上指定地點，整個清淤過程快速、徹底、衛生、乾淨。通過柔和的抽吸清理方式，底部淤泥不會產生湍流，因此不會汙染河流水體。

　　在德國HERBST UMWELTTECHNIK公司、Vebro公司、Berky公司、 Klaar公司和KLAWA公司等，已經分別研製生產出各種形式的生態清淤設備。其中應用最為廣泛的是德國KLAWA公司的生態清淤設備。該吸泥裝置在標準配置情況下(60 m3/h, 抽吸深度3.5m)運輸參數如下：

　　重量：2600kg

　　裝置尺寸：長 ×寬×高 = 6020mm × 2415mm × 2168mm

　　連接功率：16 kW, 32A。

　　當然也可以根據項目要求，快速為用戶進行以下裝備配置：

　　1、抽吸深度分別可達3.5m、 5.5m和7m

　　2、泵送管道按模塊方式組裝，泵送距離最遠可達300m

　　3、水泵抽吸處理能力分別可達60、 90和120m3/h

　　因為外形尺寸很小，底泥抽吸裝置可以十分容易地運輸至各種應用場所。通過採用合適的吊裝工具，可將此設備從運輸卡車上吊起，並放入到被清理的水體之內。

　　浮舟配置4個螺旋槳推進器，可通過遙控器在河內靈活前進後退和拐彎，開在很難靠近的地點進行淤泥抽吸工作。吸泥裝置在河面液位以上的最大高度大約是1.5m(穿橋高度)，即使在橋梁很多的城市內河中，也能夠自由穿行進行清淤工作。

　　在標準配置情況下，抽吸深度為 3.5m，可對河底多年沉積固化的礦化汙泥進行疏鬆和運輸處理。通過一臺水泵和一套抗壓軟管系統，可將汙泥/水混合物送往岸上用戶指定地點，進行後續相應的處理和處置。這些運輸軟管是按模塊方式組合而成，可以配置相應的浮球，最長距離可達300m。因此用戶可以根據現場情況，自行設置泵送軟管的距離。同時這些軟管也是作為向浮舟上驅動部件供電的電纜載體。

　　吸泥裝置在正常運轉時，一般用在靜止河面。如果用於流動河體，則流速不能超過 0.2m/s。要求河流液位是在0.8~3.5m範圍之內(最低水深液位是0.8m)。

　　此套裝置的主要工作特點：

　　1、清淤裝置的總重量<3噸，運輸時不需要特種運輸車輛

　　2、帶水作業，清淤時不需要抽乾河體，清淤快速徹底

　　3、操作簡單，乾淨衛生

　　4、裝置為全不鏽鋼結構，堅固紮實，使用壽命長

　　5、工作時不會攪亂底部淤泥，造成水體汙染或臭氣擴散

　　整套吸泥裝置可在岸邊遙控操作，只需一個人工對以下設備功能進行控制：

　　1、各種移動方向的驅動部件

　　2、運輸泵的開/關控制

　　3、清理耙的升/降控制

　　4、運輸螺杆的開/關控制

　　5、平衡浮桶的操作

　　此外，淤泥抽吸裝置還可以配置照明燈光，進行晚上作業。

　　圖2 生態清淤時所採用的專用設備 — 智能清淤機械人

　　整個過程是沿河底進行柔和抽吸和生態清淤，不會損壞自然的河床基地。通過液壓調控裝置，可以精確控制距離河床底部的抽吸高度。

　　通過聲納測試系統，可以實時顯示河床底部基本地形和淤泥層厚度，並通過一臺平板電腦可在岸邊或辦公室監視整個清淤過程。

　　二、河底淤泥層的測量

　　在進行生態清淤之前，必須進行測試調查淤泥層厚度，統計吸泥工程量。此時可以採用聲納測試儀測試確定河底的基本地形。通過GPS技術將測試點傳送至用戶指定的終端接收設備(例如手機或平板電腦)。在聲納測試時，同時按兩種不同的頻率進行, 一方面可將所謂固定的汙泥層測出，另一方面可以將自然河底測出。通過這一方式，可以計算測出不同斷面的沉積汙泥厚度。

　　這些數據被傳遞至岸上的一臺 PC、手機、平板電腦中。通過數值顯示，操作人員可以立即知道吸泥機所處位置的瞬時河底基本情況。吸泥機另外還配置一個 GPS系統, 從而具有電子導航功能。

　　這些被測試的區域可以數值形式分成小塊面積。因為可以精確計算吸泥機所在地的汙泥厚度，可在吸泥之後就要求的吸泥厚度和實際消除厚度之間進行比較。每天多次對汙泥固含量和含砂量進行多次測試確定並記錄存檔。

　　在生態清淤之後，建議再次進行一次聲納測試，這樣可以了解清淤前後的整體情況。最後圖表也作為下次清淤工作提供參考文件。

　　圖3 採用聲納測試系統確定河體底部的淤泥層厚度

　　三、生態清淤的整體處理方案

　　一般來說，在生態清淤之前，必須進行一些前期準備工作。除了生態清淤之外，還必須對抽吸取出的黑漿淤泥進行處理處置。根據汙泥性質和汙泥汙染程度的不同，所採用的後處理設備及其工藝也各不相同。常用的河底淤泥處理處置工藝可分成以下8個步驟：

　　Step 1：修剪水生植物和岸邊植被

　　在選擇各種生態清淤過程中，保護動植物生態環境，為兩棲動物和魚類提供良好生活環境是一個十分重要的評估條件。根據現場情況，可以事先進行以下工作：對岸邊灌木和大樹進行修剪;從河面上切割取出水生植物，例如蘆葦、水花生等。

　　Step 2：河道預清理(分離取出粗大故障物質)

　　抽吸水泵的最大球狀顆粒穿流尺寸是Ø 40mm。為了防止堵塞，必須事先對沉積淤泥中的粗大故障物質進行清理。此時可以在底泥抽吸裝置上安裝採用各種類型的格柵設備，對河道清理預處理，將各種故障物質(塑膠袋、麻袋、可樂瓶、玻璃瓶、金屬木塊等)分離取出。安裝過濾格柵的吸泥機械人首先沿著河底對淤泥進行篩分過濾，將上述故障物質分離取出。在此過程中，可對長期沉積的泥沙進行鬆化處理。

　　在進行預清理工作的同時，可以採用聲納測試系統，對河底淤泥深度和河底基本地形進行探測，並製作3D圖紙。在了解了淤泥層厚度的基礎之上，可以計算清淤工程用量。

　　圖4 安裝在清淤裝置上的格柵過濾部件

　　Step 3：清理取出河底淤泥

　　在將所有故障物質分離取出之後，就可以進行生態清淤工作。具體操作過程如下：將一臺耐磨損吸泥水泵安裝在由全不鏽鋼材料製成的浮舟之上。通過一個液壓升降設備，可將吸泥清理耙精確下沉至所需要的深度。浮舟和吸泥清理耙不會直接接觸池底，損壞底部自然形成的河床基地。

　　升降裝置內配置一個雙頭螺杆，可在收集運輸淤泥的同時，對河底淤泥進行濃縮處理，在提高汙泥固含量的同時進行抽吸處理。整個清淤過程是沿著河底進行柔和抽吸，不會產生湍流造成水體汙染和河面臭氣擴散。

　　圖5 清淤機械人在天津津南區先峰河的現場運轉情況

　　傳統的清淤方式十分複雜，除了抽乾河流之外，還需要很多人工才可以將淤泥運送至岸上。與此相反，採用此機械人清淤不僅快速經濟，最重要的是這種清淤方式最為安全可靠和衛生乾淨。在通常情況下，整個清淤過程只需一個人工。

　　Step 4：對水/汙泥混合物進行篩分過濾處理

　　採用星盤篩(孔徑 8mm)對水/汙泥混合物進行篩分處理。此篩分裝置安裝在沉澱貨櫃之上，篩下物流被收集在沉澱貨櫃之內，均化之後泵送汙泥中間儲存池內; 篩上物質通過滑槽進入垃圾貨櫃內。

　　Step 5：對水/汙泥混合物進行機械性脫水處理

　　通過一套帶式汙泥脫水機可對水/汙泥混合物進行脫水處理。在對這些沉積汙泥進行脫水過程中，因為此汙泥脫水系統是開敞式脫水系統，在有故障情況下可以立即中斷，排除故障之後重新啟動運轉。根據目視情況，可以隨時調整脫水汙泥的處理能力和脫水質量。整套設備結構緊湊，噪聲很低。因為河底淤泥中無機含量很高，一般在脫水處理之後，汙泥固含量約為40%DS。因為脫水汙泥固含量很高，一般可以堆放，十分容易運輸和後續進行汙泥處置。沉澱汙泥和脫水汙泥之後的濃縮比例額大約是在2.3。

　　根據用戶要求，也可採用螺壓脫水裝置系統或其他汙泥脫水系統。

　　Step 6：對脫水後沉積淤泥的處置

　　脫水後的沉積淤泥必須根據化學分析確定是否含有有毒物質和重金屬物質。就整個聯邦德國的法律而言，目前對河底清淤汙泥還沒有出臺統一的處置規範(替代建築材料規範還在編寫過程中)。各個州對各種處置途徑的前提要求是不一樣的，必須根據當地政府的規定來確定合適的處置途徑。處置途徑很多，例如土地利用、填埋、堆肥至熱處置等各種形式。如果河底淤泥內不含有毒物質，有時甚至允許農用，填埋砂石坑或者用於建造高速公路兩旁的防噪聲牆。

　　圖6 脫水之後的汙泥固含量最高可達40%DS

　　Step 7：柵渣/粗大故障物質的處置

　　對過濾產生柵渣物質進行處置相對比較簡單。這些物質主要是由樹葉和樹枝組成，約佔比例95%。這些物質可作為堆肥材料而被回收利用。

　　圖7 由星盤篩過濾產生的篩渣物質可進行堆肥處理

　　對預處理時產生的粗大故障物質一般採用手工進行簡單的初步撿楝篩分之後送往當地的垃圾處理站。也就說，這些垃圾被收集在貨櫃，然後運往擁有營業執照的垃圾處置站。

　　Step 8：汙水處理

　　對汙泥脫水過程中產生的汙水(有時被稱為過濾液)可送往移動型汙水過濾貨櫃內，當汙水流量很大的情況下，則採用沙礫過濾器進行過濾處理。在這些移動型汙水貨櫃內安裝一塊過濾布，主要用於截留汙泥顆粒物質。

　　根據用戶要求，還可對這些汙水進行曝氣處理和/或投加鐵鹽進行除磷。

　　處理之後的汙水一般還需要化學檢測各種參數指標，然後根據當地政府的規定，最後確定是否可以返回河流或送入附近下水道管網。

　　環境保護情況

　　所採用的多聚絮凝劑是由天然有機物質製成，對生物種群沒有負面影響, 在很短時間內就可被自然分解。所採用的產品都是在市政汙水處理廠和自來水廠使用的設備。同時在液壓裝置內採用可生物降解的機油。

　　因為採用生態清淤，是在河底抽吸淤泥，所以幾乎不產生臭味。

　　裝置工作時噪聲很低。柴油發電機是產生噪聲最大的設備，根據最新技術進行防聲隔離處理, 不會影響周圍居民生活居住。

　　這一柴油發電配置排氣顆粒過濾器裝置。

　　四、生態清淤工藝的優點

　　與傳統的清淤/挖泥方法相比較，例如溼法挖泥、乾式挖泥或「鏟拉」，生態清淤具有以下優點：

　　1、帶水作業，無需排水就可以去除河底沉積物質

　　2、不會影響河岸邊水生態環境和生物種群

　　3、通過水泵沿河底抽吸，不會產生渾濁液體，對河流水體和周圍環境不會產生負面影響

　　4、通過這一處理工藝，可在很難靠近的區域進行清淤。通過聲納測試，還可5、對有些區域按等級優先進行清淤工作

　　6、不需要淤泥沉澱區域，不需要汙泥中間儲存池，也不需要鋪設臨時卡車運輸通道

　　7、被處置汙泥體積大幅下降，因此運輸費用和處置費用下降

　　8、脫水之後的沉積物質可放置在開敞式貨櫃內運輸，因此也不需要考慮特9、殊運輸問題 (特種車輛、馬路清洗、臭氣問題等)

　　10、明確分離和處理各種垃圾

　　11、脫水後的淤泥可通過各種途徑進行後處置

　　12、大幅降低淤泥體積，降低運輸費用和後處置費用

　　五、總結

　　河道清淤是治理黑臭水體過程中最為重要的工程措施，同時也是最為主要的工作內容。在實際操作過程中，河道清淤工作可以分成淤泥抽吸、淤泥岸邊處理和外運處置三個步驟。從目前在中國江蘇浙江等地的調查情況來看，許多黑臭河道內除了沉積淤泥之外，還有衣服、建築垃圾、塑料製品、動物屍體、樹葉樹枝等雜物。為了不影響後續淤泥抽吸工作過，必須事先對河道湖泊進行預過濾篩分處理，並將其中粗大故障物質分離取出。

　　雖然河道淤泥的清理可採用各種設備和技術方式來實現，但從目前中國市場的調查情況來看，各地用戶基本都傾向於採用生態清淤方法。主要原因：河道黑臭現象主要產生在夏季時間。多數河流在夏季還承擔著抗洪防澇的功能，一般夏季根本不允許抽乾河體進行清淤工作。

　　傳統的清淤方式十分複雜，除了抽乾河流之外，還需要很多人工才可以將淤泥運送至岸上。與此相反，採用智能機械人清淤不僅快速經濟，最重要的是安全可靠和衛生乾淨。

　　在歐洲已經實施的眾多工程應用實踐已經證明，生態清淤是治理黑臭水體最為經濟有效的技術措施。這一技術目前已經引入中國，分別在天津和江蘇崑山投入使用之後獲得用戶好評。

編輯：趙凡