Y湖底泥污染调查与治理试验分析.pdf

第5期（总第230期）2023 年 10 月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGN o.5 (S e r i a l N o.2 3 0)O c t.2 0 2 370Y湖底泥污染调查与治理试验分析乐 重 庆，范 培 文（佛山水务环保股份有限公司，广东 佛山 528000）摘要：Y 湖是珠三角某市景观湖，在水力不利区域经常有异味产生，底泥污染是主要原因之一。试验区采用“底泥改良+生态修复”方案。实施后，湖水水质提升、生态环境改善，治理效果明显。其试验经验可为类似工程提供借鉴。关键词：景观水体；水质提升；底泥原位改良；生物修复技术中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1004-4655（2023）05-0070-04收稿日期：2023-03-10第一作者简介：乐重庆（1982），男，高级工程师，本科，主要研究方向为市政施工、养殖水治理、水环境治理等。DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2023.05.016Y 湖是珠三角某城市中心景观湖，水体呈灰绿色，悬浮物过多，透明度约 40 cm；整体水质是劣V 类水，经检测，氨氮 8 mg/L，总磷 2 mg/L，区域经常有油膜及异味产生，底泥污染物释放是其主要原因。城市密集社区淤泥处置是一个难题，采用传统的物理清淤方法施工效率低，工期长，对周边影响大，产生二次污染，不节能也不环保。2019年 12 月，开辟约 2 000 m2区段进行试验。1 试验区底泥污染情况调查1.1 采样点布设布设采样点的原则是以尽可能少的点全面准确地监测出底泥的污染情况。底泥监测点具体位置见图 1。A试点区域BC图 1 试验区域及底泥采样点位置图（比例尺 1：1000）1.2 采样时间第一次底泥采样时间（2019 年 11 月 12 日）：试验区域抽干水后，添加底泥修复剂之前；第二次底泥采样时间（2020 年 1 月 6 日）：底泥修复剂添加后，效果稳定后 23 d 内，且在沉水植物种植前；第三次底泥采样时间（2021 年 9 月 15 日）：沉水植物生长良好，生态系统稳定一段时间后。1.3 采样及样品制备采样器为管式采样器，将内径小于 10 cm（不宜过粗）的钢管剖开成两半，焊接上合页拴，制作成可以开合的管状采样器。采样时采样器应垂直插入泥中，并用榔头尽量往下打，以取到深层的黏土。取上来的样品应分层用包装袋密封装好，并贴上样品标签。每个点所取样品数应根据淤泥分层来决定。一般来说，湖底淤泥大致有 3 种性状，最上层的是不能成形的黑色泥浆，中间的是较为疏松并夹杂植物残体的黏土层，下层则是黄色的粗黏土。本次试验区域的底泥深度在 4560 cm 范围，根据试验区域底泥厚度决定取 3 个层面底泥的采样深度，上、中、下 3 层的采样深度分别是 15 cm、30 cm、50 cm。2 底泥本底调查A、B、C 点检测数据整理（根据广东省2021 年河湖健康评价工作技术指引中“底泥污染状况”引用的污染物浓度标准值，参考 GB 156182018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）中的“表 1 农用地土壤污染风险筛选值”中“其他”类农用地土壤污染风险筛选值。712023 年第 5 期乐重庆，范培文：Y 湖底泥污染调查与治理试验分析表 1 底泥采样污染物浓度采样地点ABC污染风险筛选值序号检测项目检测结果 检测结果检测结果GB1561820181pH6.596.386.826.50 pH 7.502 污泥含水率/%53.9043.3064.473有机质/%9.086.6811.834 总镉/(mgkg-1)4.804.906.670.305 总汞/(mgkg-1)0.250.340.632.406 总铅/(mgkg-1)34.3339.3375.67120.007 总铬/(mgkg-1)189.27101.50331.33200.008 总砷/(mgkg-1)27.5025.0028.5030.009 总铜/(mgkg-1)70.1052.67158.33100.0010 总锌/(mgkg-1)264.33213.47588.00250.0011 总镍/(mgkg-1)56.5062.7792.50100.0012 总磷/(mgkg-1)3 433.002 032.004 673.00试验区域底泥有机质污染严重，其中，A 点底泥有机质污染最突出，平均含量高达 90 800 mg/kg；C 点有机质含量较高，均值为 118 300 mg/kg。底泥总磷平均含量为 3 379 mg/kg，最高可达4 673 mg/kg，总磷标准指数均值为 3.3，属于重度污染。作为浅水湖泊，底泥中的磷很容易释放到上覆水中，从而引起上覆水高度富营养化，导致藻类的大量繁殖。试验区底泥重金属污染超标，其中总镉、总铬、总铜、总锌金属含量超标，但超标量不大。3 技术方案比选当前主流的底泥处理技术中，主要是物理修复、化学修复、生物修复和植物修复。物理修复主要是清淤，考虑到 Y 湖在城市核心景区的特点，清淤施工对环境影响较大。化学修复技术短时见效快，但会发生二次污染，且难以长久维系。因此，选择“底泥改良+生态修复技术”。4 技术方案4.1 底泥改良底泥处理采用具有施工简单、费用低、不产生二次污染等优点的原位削减技术，通过改善底泥微环境，促进底泥有机物分解、削减底泥，解决内源污染难题。在试验区域水深达到 0.2 m 时，开始进行施工。通过高压水枪对底泥进行冲刷搅拌，同时投加生态修复剂（粉末状），让药、泥、水尽可能完全混合反应，静置 12 d。不同质地底泥的投药量相差较为明显。在现场实施过程中，采取以下措施：先在小范围区域测量泥量，然后一边投药一边搅拌，通过观察底泥的絮体成型状态，得出：达到状态时的投药量 现场有效系数（约 1.22.0，现场搅拌不均匀或操作不充分）=实际投药量的参考值（本项目用量约为 0.25 kg/m2）。底泥改良工艺流程图见图 2。投加生态修复剂泥、水、药接触搅拌 13 min，底泥的污染被水解淤泥及重金属被固化、物业（脱毒）上浮有机污染物消除治理后达标湖水（清澈透亮）恢复河流原貌（生态自净能力，微生物获得新生），达到湖泊水质标准-类，底泥的还原电位提高生态修复景观建设图 2 底泥改良工艺流程图投加的生态修复剂通过泥水混合搅拌，发挥凝聚、吸附、电化学、螯合固定和分离沉淀的作用，有效对污泥和污水中的有机污染物、细菌等进行生物降解，污泥有较大幅度的减少，没有黑色底泥上浮，淤泥层减薄，矿化度增加，改变河道底层厌氧生态环境为好氧生态环境，提高底泥氧化还原电位，激活土著微生物菌群，同时为有机污染物的降解提供电子受体。通过改良处理，形成的底泥颗粒大、稳定性好、粒子密度大；不随二次搅拌产生解体或出现分离、析出、悬浊现象；淤泥层减薄，底泥污染物减少，提高后期水生态的自净能力，为水体修复奠定良好基础。4.2“微生物模块+沉水植物”修复水体底泥改良后，采用“微生物模块+沉水植物”的水体修复技术，搭配起由水生植物、微生物、浮游生物、水生动物等合理构成的水体生态系统，底泥污染得到进一步控制，逐步净化水质。在试验区域恢复水位前，用微生物模块（约45 cm45 cm）铺设池底，铺设密度约 1/10（即模块面积站池底面积的 1/10 左右），使微生物模块附着在池底。其余区域种植苦草，种植前要把水位控制在比较浅的位置，约 30 cm，尽量能看到河地，这样种植后的矮生苦草能有效进行光合作用，生长更快，等苦草长高后再逐渐提高水位。种植前先把种植区域的杂草清理干净，因是带根移栽，等水清澈了再进行移栽，前期要保持水质清澈，苦草见光可进行光合作用，成活率更高。722023 年第 5 期乐重庆，范培文：Y 湖底泥污染调查与治理试验分析水和底泥可透过多孔性微生物模块，起到净化作用。采用的多孔微生物模块是一种基于地聚合物原理开发的多孔性材料。地聚合物主要成分：粉煤灰、偏高岭土、建筑废料粉末或混凝土与氢氧化钠和硅酸钠。模块里面采用海藻酸钠包埋法对微生物进行包埋固定，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖，起着缓释作用。附着在模块上的 EM 菌原液进入水体后，其群体作用能杀死或抑制病原微生物和有害物质，调整生态环境，增加水中溶氧量，促进水体生态系中的正常菌群和有益藻类活化生长，保持水体的生态平衡。此外，复合菌群还可降低水中的 COD、氨氮、总磷。种植的苦草属于沉水植物，苦草根系可从底泥和水中迅速吸收氮、磷等物质，转化为自身的生命活动。对底泥具有明显的净化效果和吸收作用。水位恢复到约 1.2 m 后，在苦草和微生物模块的共同作用下，经过 10 d 时间，现在水体已明显清澈见底，经采样检测，透明度已达 1.5 m 以上，水质检测接近达到 IV 类水标准。一周之后观察出现少量浮游生物（大型溞），浮游生物可抑制藻类生长，稳定水生态系统，提高水质透明度。5 各检测指标处理前后对比分析1）pH 值，见图 3。图 3 底泥弱酸性变为弱碱性2）有机质。第二次采样检测结果（底泥修复后）：A 点位去除率为 58.20%，B 点位去除率为46.68%，C 点位去除率为 71.26%（相对于处理前的去除率）；第三次采样检测结果（生态系统稳定后）：A 点位去除率为 76.43%，B 点位去除率为64.37%，C 点位去除率为 77.68%（相对于处理前的去除率）。通过数据比较，各点位中的有机质含量均有下降，见图 4。图 4 有机质含量下降3）总镉。底泥修复之后：A 点镉含量未有降低，B 点位去除率为 13.27%，C 点位去除率为21.29%；各点位中的镉去除效果都不理想，其中 A点位不降反升，说明该底泥改良剂对重金属镉元素的去除效率不高。生态系统稳定后：A 点位去除率为 38.99%，B 点位去除率为 46.83%，C 点位去除率为 51.83%；各点位中的总镉含量均有下降，但仍高于污染风险筛选值（0.3 mg/kg）。总镉去除效果见图 5。图 5 总镉去除效果4）总汞。底泥修复之后：A 点位去除率为23.08%，B 点位未有降低，C 点位去除率为 73.81%。生态系统稳定后：A 点位去除率为 21.05%，B 点位去除率为 80.88%，C 点位去除率为 52.38%。通过数据比较，各点位中的总汞含量均有下降。总汞去除效果见图 6。图 6 总汞去除效果5）总 铅。底 泥 修 复 后：A 点 位 去 除 率 为71.74%，B 点位去除率为 28.81%，C 点位去除率732023 年第 5 期为 74.89%，生态系统稳定后：A 点位去除率为29.76%，B 点位去除率为 32.39%，C 点位去除率为 45.75%。通过数据比较，各点位中的总铅含量均有下降，但 A、C 点位相对于上一次采样检测结果略有上升，但未高于污染风险筛选值（120 mg/kg）。总铅去除效果见图 7。图 7 总铅去除效果6）总 铬。底 泥 修 复 后：A 点 位 去 除 率 为59.37%，B 点位去除率为 62.71%，C 点位去除率为 84.55%。生态系统稳定后：A 点位去除率为69.41%，B 点位去除率为 51.74%，C 点位去除率为 79.84%。通过数据比较，各点位中的总铬含量均有下降，但 B、C 点位相对于上一次采样检测结果略有上升，但未高于污染风险筛选值（200 mg/kg）。总铬去除效果见图 8。图 8 总铬去除效果7）总砷，去除效果见表 2。表 3 总砷去除效果检测项目第一次第二次第三次ABCABCABC总砷27.5 2528.526 25 25 25 25 25通过数据比较，各点位中的总砷含量比较稳定，且未高于污染风险筛选值（30 mg/kg）。8）总 铜。底 泥 修 复 后：A 点 位 去 除 率 为64.55%，B 点位去除率为 66.39%，C 点位去除率为 90.31%。生态系统稳定后：A 点位去除率为69.35%，B 点位去除率为 72.16%，C 点位去除率为 70.72%。各点位中的总铜含量均有下降，但 C点位相对于上一次采样检测结果略有上升，但未高于污染风险筛选值（100 mg/kg）。总铜去除效果见图 9。图 9 总铜去除效果9）总 锌。底 泥 修 复 后：A 点 位 去 除 率 为65.18%，B 点位去除率为 63.53%，C 点位去除率为 91.89%。生态系统稳定后：A 点位去除率为68.85%，B 点位去除率为 71.60%，C 点位去除率为 76.12%。各点位中的总锌含量均有下降，但 C点位相对于上一次采样检测结果略有上升，但未高于污染风险筛选值（250 mg/kg）。总锌去除效果见图 10。图 10 总锌去除效果10）总 镍。底 泥 修 复 后：A 点 位 去 除 率 为50.09%，B 点位去除率为 70.61%，C 点位去除率为 83.19%。生态系统稳定后：A 点位去除率为54.31%，B 点位去除率为 63.50%，C 点位去除率为 63.81%。通过数据比较，各点位中的总镍含量均有下降，但 B、C 点位相对于上一次采样检测结果略有上升，但未高于污染风险筛选值（100 mg/kg）。总镍去除效果见图 11。图 11 总镍去除效果乐重庆，范培文：Y 湖底泥污染调查与治理试验分析（下转第 79 页）792023 年第 5 期工程实施后，两湖沿线 4 处溢流口年溢流量和CODCr年污染负荷模拟情况见表 4。14 号排口入湖年溢流总量为 118.6 万 m3。另设置一处就地处理装置排口，此排口作为两湖清洁补水水源，年补水量为 278 万 m3。5 处排口年溢流次数最高为 20 次，年 CODCr污染负荷 117.7 t/a。表 4 工程实施后两湖截污管各排口 CODCr年溢流总量模拟结果一览表排口名称流量/(104m3)CODCr/(ta-1)1 号排口37.819.22 号排口56.00.33 号排口16.90.34 号排口7.914.5就地处理装置排口278.083.4总量397.0117.7综上，对比两湖现状管网系统与环湖截流、调蓄系统工程改造方案实施以后的模拟结果数据可知，年入湖溢流水量和年径流污染 CODCr入湖污染负荷预计取得削减效果显著。排口年溢流频率降低80%，溢流水量削减率为 78.5%；径流污染 CODCr年负荷削减率为 87.6%，见表 5。表 5 工程实施前、后雨水溢流污染效果对比项目溢流口/排口数排口最高溢流次数年入湖流量/(104m3)年入湖CODCr/(ta-1)CODCr削减率/%溢流量削减率/%实施前12101552.9946.1实施后520119.0117.787.678.5蒋明，吕药灵，周传庭：InfoWorks ICM 模型在截污工程中的评估应用以九江市老鹳塘污水系统为例4 结语削减地表径流污染，治理城市黑臭水体已成为我国环境治理的核心内容，为有效治理城市面源污染，解决城市黑臭水体问题，完善城市初期雨水收集设施是有效的措施4。研究结合九江市老鹳塘污水系统改造工程，运用 InfoWorks ICM 模型评估工程实施后污染物的削减效果。模拟结果表明，环湖截流和调蓄系统工程改造方案对削减年入湖溢流水量和年径流污染 CODCr入湖污染负荷效果显著，可为其他类似工程项目提供参考。参考文献：1 张杰.武汉市江夏区海绵城市建设规划指标可达性分析研究 D.武汉:湖北工业大学,2020.2 汉京超.城市雨水径流污染特征及排水系统模拟优化研究 D.上海:复旦大学,2013.3 汉京超.城市排水管网模型模拟结果准确性的便捷校验方法 J.给水排水,2018(11):123-127.4 中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见 J.中华人民共和国国务院公报,2018(19):7-16.11）总 磷。底泥修复后：A 点位去除率为75.30%，B 点位去除率为 79.55%，C 点位去除率为 89.31%。生态系统稳定后：A 点位去除率为92.54%，B 点位去除率为 79.45%，C 点位去除率为 93.54%。通过数据比较，各点位中的总磷含量均有明显下降。总磷去除效果见图 12。图 12 总磷去除效果6 结语在处理前，重金属总镉、总铬、总铜、总锌存在超过污染风险筛选值的现象。经过底改处理及生态构建后，通过以上图形对比分析，各重金属含量均有明显下降，除总镉以外，其他重金属元素指标均已达标。其中底泥修复（约 2 个月）可以迅速降低底泥中重金属含量，利于重构良好的水生态环境。种植沉水植物后，对于控制内源污染源的是释放，改善底泥污染物指标方面有积极影响。可见，沉水植物种植后对改善水体生态、促进湖泊向健康化发展有着重要的作用。采用“底泥改良+生态修复”的处理工艺可行、无臭无害、成型快、景观精致度高，既满足工期要求，又达到节约成本、提高施工效率、技术方便实用的效果。可见该工艺可有效控制底泥污染、改善试验区湖水水质，解决中心城区景观湖环保处理内源污染治理的难题，为Y湖景观水体生态修复、水质提升工程奠定坚实基础。（上接第 73 页）123ABSTRACTSTaking a Prefecture-Level City in a Southern Province as an ExampleWU Xiao-li(Water Planning&Consulting Institute of China Municipal Engineering North China Design&Research Institute,Beijing 100043,China)Abstract:Taking a certain province in the south as an example,through data analysis,material verification,etc.,it assesses the double transformation&double improvement work of improving the quality&efficiency of domestic sewage treatment in 21 prefecture-level cities in the province,comprehensively grasps the current level and existing problems of the work of improving the quality and efficiency of urban domestic sewage treatment,and puts forward optimization suggestions to continue to promote the work of improving the quality&efficiency of urban sewage treatment.The assessment is the first provincial-level assessment in the country,providing a reference for the work of other provinces,and is of great significance for promoting the work of improving the quality&efficiency of urban domestic sewage treatment in the 14th Five-Year Plan period.Keywords:urban sewage treatment;improving quality&efficiency;sewage management;evaluation methods;practical explorationInvestigation&Treatment Experiment Analysis of Y Lake Sediment PollutionLE Chong-qing,FAN Pei-wen(Foshan Water Environmental Protection Co.,Ltd.,Foshan 528000,China)Abstract:Y Lake is a scenic lake in a city in the Pearl River Delta.There are often odors in the unfavorable hydraulic area,and sediment pollution is one of the main causes.The experimental area adopts the sediment improvement+ecological restoration plan.After implementation,the water quality of the lake has improved,the ecological environment has been improved,and the governance effect is obvious.Its experimental experience can provide reference for similar projects.Keywords:landscape water body;water quality improvement;in-situ sediment improvement;biological remediation technology