城市黑臭水体治理路径

■ 李学义 贾烋桾（Jia Xiaojun）

基于生态清淤的理念，笔者为城市内河的黑臭水体提出了整套处理处置方案，被抽吸的物料可直接在现场进行处理，并尽可能回收利用，大幅度降低后续处理处置费用。与传统方法相比较，这一清淤方法不仅快速经济，简单实用，而且可靠环保，最大限度的保护现有生态环境，同时可以较为准确的估算清淤工程量和清淤时间。

一、城市黑臭水体形成原因

在城市内许多流速缓慢的河流和静止湖泊会随着时间的推移在水体底部形成淤泥层，产生黑臭和蓝藻等问题。这些淤泥的形成一方面是来自水体本身的有机颗粒物质，例如水生植物和鱼类排泄物质，但更多是来自以下外源物质：一是未经处理的工业废水和市政污水的流入。二是降雨时（合流制系统），初期雨水携带大量污染物质进入水体。三是垃圾物质例如岸边树叶、城市垃圾或动物粪便等进入河流。

这些沉积的有机物质会导致生物厌氧发酵，并使得水体变得浑浊和发臭。

城市河流愈小，则淤泥层累积增加的速度也相应变快；这种现象导致好氧分解只是在污泥表面进行，在污泥内部则主要呈现厌氧状态，在缺氧条件下，有机物分解过程十分缓慢，此时会产生以下两种不愿看到的现象：一是污泥厚度不断增加，颜色逐渐变深变黑。二是同时会产生沼气和硫化氢，而这对于水生物来说是具有毒性的。基于上述原因，水体黑臭现象不可避免。正是出于这一原因，必须对城市内的河道、湖泊、池塘进行定期清淤工作。

图1 黑臭水体在夏季时状况

二、城市黑臭水体的清淤方法

目前底泥清淤方法主要有干式清淤和湿式清淤；干式清淤适应于没有防洪、排涝和航运功能的小型河道，通过围堰的方式将水排干后进行干挖或水利冲挖。虽然清淤工作可控，但需要处理排出的水和回罐清水，而且作业时会对周边环境造成一定的影响。湿式清淤适合于中大型河道或湖泊，不会对防洪、排涝和航运造成影响；湿式清淤是指将清淤设备置于船上，通过输送管道将淤泥送至岸上指定地点进行后处置。主要设备有：抓斗式挖泥船、泵吸式挖泥船、普通绞吸式挖泥船以及斗轮式挖泥船等。这些清淤设备虽然都有各自的特点，但在清淤效果以及底泥扰动造成二次污染等方面均存在一定的问题。

为了有效解决上述问题，生态清淤也称为环保清淤设备应运而生。生态清淤一方面是指以水质改善为目标的清淤工程；另一方面是在清淤过程中尽可能避免对水体环境造成影响；主要特点是：一是在清淤过程中防止扰动和扩散，不会造成水体的二次污染，尽力降低水体的浑浊度，保护原有生态环境。二是清淤设备应用较高的定位精度和挖掘精度，防止漏挖和超挖，不伤及原生土。三是控制机械的噪音，不干扰周边居民的正常生活。四是淤泥的后处置方法适合现场条件，不会对周边环境造成负面影响。

满足上述生态清淤要求的设备有：环保绞吸式挖泥船和智能清淤机器人等。其中环保绞吸式挖泥船适应于工程量较大的大中型河道、湖泊以及水库等，但对于小的河道、湖泊以及池塘则无用武之地，此时应采用智能清淤机器人来完成清淤工作。

三、城市黑臭水体生态清淤的整体处理方案

一般来说，在生态清淤工作之前，必须进行一些前期准备工作。除了生态清淤之外，还必须对抽吸取出的黑浆淤泥进行处理处置，处置方法视污泥性质、污泥污染程度以及周边环境的情况而定。

(一)修剪水生植物和岸边植被

在选择各种生态清淤过程中，保护动植物生态环境，为两栖动物和鱼类提供良好生活条件是一个十分重要的评估条件。根据现场情况，可以事先进行以下工作：对岸边灌木和大树进行修剪；从河面上切割取出水生植物，例如芦苇，水花生等。

（二）河道预清理

抽吸水泵的最大球状颗粒穿流尺寸是∅40mm。为了防止堵塞，必须事先对沉积淤泥中的粗大故障物质进行清理。此时可以在底泥抽吸装置上安装采用各种类型的格栅设备，对河道进行预清理，将各种故障物质（塑料袋，麻袋，可乐瓶，玻璃瓶，金属木块等）分离取出。安装过滤格栅的吸泥机首先沿着河底对淤泥进行筛分过滤，将上述故障物质分离取出，在此过程，还可对长期沉积的泥沙进行松化处理。

在进行预清理工作的同时，可以采用声纳测试系统，对河底淤泥深度和河底基本地形进行探测，并制作3D 图纸。在了解淤泥层厚度的基础上计算清淤工程量。

图2 安装在清淤装置上的格栅过滤部件

（三）清理取出河底淤泥

在将所有故障物质分离取出之后，就可以进行生态清淤工作。具体操作过程如下：

一台耐磨损吸泥水泵安装在由全不锈钢材料制成的浮舟之上，通过一个液压升降设备可将吸泥清理耙精确下沉至所需要的深度。浮舟和吸泥清理耙不会直接接触河底，故不会破坏底部自然形成的河床基础。

升降装置内配置一个双头螺杆，可在收集运输淤泥的同时，对河底淤泥进行浓缩处理，在提高污泥固含量的同时进行抽吸处理。整个清淤过程是沿着河底进行柔和抽吸，不会产生湍流造成水体污染和河面臭气扩散。

图3 清淤机器人在天津某河道的工作现场

（四）淤泥的后处理

1.污泥塘或芦苇塘

污泥塘。将淤泥抽吸排至污泥塘，待淤泥沉淀固结后外运，尾水排回水体。

芦苇塘。将淤泥抽吸排至芦苇塘，利用芦苇盘根错节的根系形成理想的透水层，达到固液分离的目的。最终可以获得类似于堆肥之后的矿化土壤。

2.管袋脱水

抽吸的淤泥被泵送至管袋内，通过投加絮凝剂使泥水快速分离，滤出的水从管袋流出，通过收集系统将滤液排回水体；固体物质被截留在管袋之内，当管袋充满之后，可连同管袋一起填埋处理或者破袋后将污泥挖出外运，进行后续的土地利用。

3.移动式脱水设备

抽吸出来的淤泥要进行浓缩沉淀处理，上清液回流至水体，浆液进入污泥脱水机进行脱水处理。通常河底淤泥中无机物含量较高，故污泥脱水处理之后的固含量可达30-40%DS 以上。

4.浓缩沉淀处理后外运

如果受现场条件的限制不能采用上述方法时，可采用浓缩沉淀的方法即：将淤泥泵送至浓缩沉淀罐，待泥水分层后将上部水排回水体，下部浆液排至运输车储罐内运至处理厂处理。

5.对脱水后污泥的处置

脱水后的污泥，根据化学分析确定是否含有有毒物质和重金属物质以确定最终处置方法，主要有：土地利用，填埋，堆肥以及热处置等方式。

（五）污水处理

对于污泥清淤过程中产生的废水，可根据现场情况选择直接排回水体、排至附近的下水道或经过滤等简单处理后排回水体。

四、清淤不必抽干河流

城市河道清淤是治理黑臭水体过程中最为重要的工程措施。在实际操作过程中，河道清淤工作可以分成淤泥抽吸，淤泥岸边处理和外运处置三个步骤。

从目前在江苏、浙江等地的调查情况来看，许多黑臭河道内除了沉积淤泥之外，还有衣服、建筑垃圾、塑料制品、动物尸体和树叶树枝等杂物。为了不影响后续淤泥抽吸的正常工作，需事先对河道湖泊内的杂物进行预处理，并将其中粗大故障物质分离取出。

虽然河道淤泥的清理可采用各种设备和技术方式来实现。从目前中国市场的调查情况来看，各地用户基本都倾向于采用生态清淤方法。主要原因是：河道黑臭现象主要产生在夏季，多数河流在夏季还承担着抗洪防涝的功能，一般夏季根本不允许抽干河体进行清淤工作。

传统的河道清淤方式十分繁杂，除了抽干河流之外，还需要很多人工才可以将淤泥运送至岸上。与此相反，采用本文所描述的智能机器人清淤不仅快速经济，最重要的是这种清淤方式最为安全可靠和卫生环保。在欧洲已经实施的众多工程应用实践已经证明，生态清淤是治理黑臭水体最为经济有效的技术措施之一。

目前，这项技术将很快在天津和江苏昆山的实际工程中得到应用。