环保罩吸清淤脱水工艺对河道水质影响的研究

刘存辉 王 茵 张关超

(北京河沐生态科技有限公司，北京 102206)

河湖底泥，是长时间物化反应沉积在河道底部的泥、垃圾等和水的混合体，是水体污染物转移转化的媒介，带有重金属、磷等污染物[1-3]。大量的氮、磷营养物质是湖泊发生富营养化和水环境恶化的重要原因[4-6]。在2022年1—6月国家有关部门监测的210个重点湖(库)中，劣Ⅴ类水质湖库个数占比5.2%。主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。湖泊中度富营养占5.0%，轻度富营养占20.4%，水污染现状污染严重，不容小觑，亟待解决[7]。

河湖底泥是重金属、氨氮、磷等污染物的蓄积库，随着外源污染物的吸附、转化和沉降作用，河道会得到一定的净化[8，9]。但随着污染物的不断聚积，河湖底泥中的污染负荷增加，最终成为河湖内源污染源，通过悬浮等方式向水体释放污染，对河湖水体造成持续且严重的污染影响[10-11]。目前，河湖带水清淤是解决河湖底泥内源污染的常用技术。河湖带水清淤技术是在河湖不排干的情况下完成清淤作业，与传统干挖清淤方式对比，具有无须排干水体、节约水资源、施工影响小、措施费少以及生态环境效益好等优点。可应用于城市河湖“底部衬砌、硬质护坡、渠化河道、多闸坝调控、多水草、多垃圾”等工况。借鉴前期的河湖清淤经验，本研究对目标河段采用环保罩吸清淤脱水工艺进行河底淤泥疏浚，探讨了此工艺清淤作业过程对河水水质的影响时间和区域范围。

1 工程概况

本次清淤工程位于北京市东直门闸和昆玉河绣漪闸。东直门闸清淤面积约3822m2，河底淤泥厚度为0.20～1.40m，总清淤方量约为1500m3。昆玉河绣漪闸清淤面积为3500m2，河底淤泥厚度为0.6～0.9m，总清淤方量约为2900m3(见图1)。

图1 清淤范围

本研究对东直门闸河底淤泥取样并进行颗粒分析(见图2)。检测结果表明，其0.075mm以下、0.25～0.075mm、0.5～0.25mm、2～0.5mm、5～2mm淤泥粒径，质量占比分别为13.5%、33.3%、21.4%、19.1%、13.1%。东直门闸河底淤泥主要为0.075～2mm以上粒径的细砂粒，质量占比高达86.9%，是河湖底泥污染物吸附和迁移的重要原因。绣漪闸河底淤泥在水下自然状态下的平均含固率为62%。结果显示其河底淤泥粒径偏小，主要淤泥粒径集中在2～0.5mm以下，占比高达88.2%。

2 材料与方法

2.1 环保罩吸清淤脱水工艺

清淤作业采用液压臂罩吸式清淤船，施工时其罩头紧贴河底，罩头将罩壳内外水体隔开，泥浆泵将罩壳内泥浆抽送至脱水站(见图3、图4)。

图4 清淤罩吸头

在脱水站，对泥浆先投加混凝剂(PAC)，用筛分机筛除泥浆的垃圾杂物，然后用浓缩箱对泥浆进行浓缩减量。随后对浓缩产生的泥浆投加絮凝剂(PAM)，通过带式压滤机对泥浆脱水干化。压滤后的尾水经沉淀箱沉淀处理后，排入市政污水管道(见图5)。

图5 环保罩吸清淤脱水工艺

2.2 清淤脱水工艺设备参数

清淤脱水站占地长度为33m，宽度为12m，占地面积396m2(见表1、图6)。

表1 清淤脱水工艺设备参数

2.3 样品采集与采样点布设

东直门闸清淤工程布设3个检测点位，其中，背景点位S1位于清淤区域上游50m；检测点位S2位于清淤区域中心位置，在坝河分洪闸闸口上游；检测点位S3位于东直门闸前，在亮马河口位置。绣漪闸清淤工程共布设6个监测点位：S1(京密引水渠绣漪闸上游100m)、S2(清淤区域绣漪闸附近)、S3(清淤区域尾端拱桥下)、S4(清淤区域尾端拱桥下游200m)、S5(清淤区域尾端拱桥下游400m)、S6(清淤区域尾端拱桥下游800m)。

绣漪闸清淤工程还监测了清淤时扰动位置和清淤结束时间对区域水质的影响。清淤时扰动位置设置为未扰动前(原河水)，扰动0m、20m、40m、60m、80m。清淤结束时间设置为未扰动前，清淤结束10min、20min、30min、40min、50min(见图7)。

图7 采样点布设

3 结果与讨论

3.1 东直门闸施工期间河道水质参数变化分析

3.1.1 尾水水质分析

表2 尾水水质分析

3.1.2 清淤过程对河水水质影响时间和范围

图8 带水清淤施工过程对河水水质影响时间和范围

3.2 绣漪闸施工期间河道水质参数变化分析

3.2.1 尾水水质分析

图9 带水清淤施工对河水水质的影响

3.2.2 清淤过程对河水水质影响时间和范围

图10 清淤时扰动位置对区域水质影响

图11 清淤结束时间对区域水质影响

4 结 论