我國(guó)中小河道淤積現(xiàn)象比較普遍，河道原有的調(diào)蓄洪水和防災(zāi)減災(zāi)的能力有所減弱。近幾年國(guó)家加強(qiáng)了中小河道和農(nóng)村河道的治理力度，其中清淤工程作為主要措施被廣泛實(shí)施。以江蘇省為例，在2003—2014 年期間，已投資超過40 億元進(jìn)行河道清淤，累計(jì)清淤量超過35 億m3[1]。
目前河道清淤已經(jīng)從過去的僅以提高河道防洪、排澇和灌溉能力[2]的傳統(tǒng)水利工程目標(biāo)向生態(tài)水利目標(biāo)拓展，也就是說在很多河道清淤工程的目標(biāo)中都含有減少河道內(nèi)源污染，為河道水質(zhì)改善提供保障的工程目的。
歷史上，農(nóng)村河道的清淤工程多是基于人工體力勞作的方式來完成，而大型清淤裝備、清淤船只也基本上是為了港口、航道或大江大河的大規(guī)模疏浚工程而建造，無法進(jìn)入中小河道進(jìn)行施工，因此中小河流清淤工程一般沒有非常合適的清淤裝備進(jìn)行施工。與農(nóng)村河道清淤相關(guān)的另一個(gè)問題就是淤泥的處理問題。過去農(nóng)村河道廣泛存在“挖河泥”的冬季作業(yè)，并有將挖出來的河泥進(jìn)行漚肥后作為肥料使用的習(xí)慣，這種習(xí)慣很自然地解決了淤泥的去向問題。而現(xiàn)在由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致了一些農(nóng)村河道遭受了工業(yè)污水排放的污染，而農(nóng)村生活方式的變化也使得一些小型工業(yè)廢棄物、生活垃圾被棄置于河道之中。由于這些原因，一些河泥成為“污泥”，其性質(zhì)不再適宜直接還田或經(jīng)過漚肥后作為肥料使用。另一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥的使用越來越普遍，也使得原先用河泥漚制的肥料逐漸喪失了需求。
過去我國(guó)在航道、港口和大規(guī)模的內(nèi)河疏浚工程較多，形成了相應(yīng)的技術(shù)方法和機(jī)械設(shè)備。“十五”期間，圍繞河湖治理時(shí)底泥中污染物的去除問題開展了較多的“環(huán)保清淤”工程，即，指將河湖底泥中聚集的污染物通過清淤方式移出湖泊、河流的工程。環(huán)保清淤與工程清淤的差異在于清淤的底泥厚度很薄，比如太湖環(huán)保清淤工程其底泥為20～40cm的居多，因此，對(duì)清淤設(shè)備本身的定位、操作系統(tǒng)的精度要求很高。太湖、滇池等富營(yíng)養(yǎng)化湖泊都開展了圍繞去除底泥中富含的氮、磷營(yíng)養(yǎng)而實(shí)施大規(guī)模的環(huán)保清淤工程。
而城市河道也普遍展開環(huán)保清淤工作，廣州在召開亞運(yùn)會(huì)之前，為了改善河道水質(zhì)，對(duì)城市河涌進(jìn)行了普遍清淤，上海的蘇州河、南京秦淮河等城市河道都普遍實(shí)施了清淤工程。相對(duì)于湖泊而言，城市河道的環(huán)保清淤工程可稍微粗放一些，因?yàn)楹拥辣旧淼牧鲃?dòng)性和交換的特點(diǎn)，施工的精度和二次污染防治的要求都沒有湖泊敏感。目前環(huán)保清淤工程在淤泥的處理方面普遍采用了堆場(chǎng)堆放的模式，清淤產(chǎn)生的泥漿先進(jìn)入堆場(chǎng)存放，在沉淀以后進(jìn)行土地還原或者進(jìn)行處理利用。而對(duì)于中小河道以及農(nóng)村河道的清淤工程到底應(yīng)該如何實(shí)施，使用什么樣的清淤機(jī)械和工藝，清出來的淤泥應(yīng)該如何處理，在目前尚無一個(gè)比較規(guī)范或者公認(rèn)的方法。針對(duì)這一問題，本文收集和梳理了我國(guó)河道尤其是中小河道的清淤方法，以及淤泥處理利用的技術(shù)和方法，對(duì)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍進(jìn)行了分析，希望能夠?yàn)橹行『恿�、農(nóng)村河道的清淤工程提供一些技術(shù)借鑒。
1 常用河道清淤技術(shù)
目前的河道清淤工程，大多數(shù)具有水質(zhì)改善的目的，因此尚屬“環(huán)保清淤”范圍。另外，在工程上有“疏浚”和“清淤”兩個(gè)較為接近的術(shù)語，為了區(qū)別于航道、港口等大規(guī)模疏浚工程，筆者建議將中小河道、農(nóng)村河道的清、挖工程統(tǒng)一稱為“清淤”，突出清除底泥中污染物的概念和解決淤積問題的工程目的�，F(xiàn)在的清淤工程具有系統(tǒng)化施工的特點(diǎn)，在清淤之前應(yīng)該進(jìn)行初步的底泥調(diào)查。通過測(cè)量明確河道底床的形狀特征，通過底泥采樣分析明確底泥中污染物的特點(diǎn)和是否超過環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。中小河道，尤其是農(nóng)村河道工程量偏小，這些前期工作很容易被忽視，但實(shí)際上先進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的前期工作對(duì)整個(gè)工程的順利實(shí)施并得到預(yù)期效果會(huì)有極大的幫助。在前期工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)淤積的數(shù)量、范圍、底泥的性質(zhì)和周圍的條件確定包含清淤、運(yùn)輸、淤泥處置和尾水處理等主要工程環(huán)節(jié)的工藝方案，因地制宜選擇清淤技術(shù)和施工裝備，妥善處理處置清淤產(chǎn)生的淤泥并防止二次污染的發(fā)生。
由于近些年我國(guó)港口、航道、內(nèi)河以及湖泊清淤工程眾多，疏浚、清淤技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展，裝備能力也大大提升，但能夠進(jìn)入中小河道和農(nóng)村河道的專用船只和設(shè)備卻并不常見。比較常用的中小河道清淤技術(shù)可分類如表1 所示。
1.1 排干清淤
對(duì)于沒有防洪、排澇、航運(yùn)功能的流量較小的河道，排干清淤指可通過在河道施工段構(gòu)筑臨時(shí)圍堰，將河道水排干后進(jìn)行干挖或者水力沖挖的清淤方法。排干后又可分為干挖清淤和水力沖挖清淤兩種工藝。
a.干挖清淤: 作業(yè)區(qū)水排干后，大多數(shù)情況下都是采用挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，挖出的淤泥直接由渣土車外運(yùn)或者放置于岸上的臨時(shí)堆放點(diǎn)。倘若河塘有一定寬度時(shí)，施工區(qū)域和儲(chǔ)泥堆放點(diǎn)之間出現(xiàn)距離，需要有中轉(zhuǎn)設(shè)備將淤泥轉(zhuǎn)運(yùn)到岸上的儲(chǔ)存堆放點(diǎn)。一般采用擠壓式泥漿泵，也就是混凝土輸送泵將流塑性淤泥進(jìn)行輸送，輸送距離可以達(dá)到200～300m，利用皮帶機(jī)進(jìn)行短距離的輸送也有工程實(shí)例。干挖清淤其優(yōu)點(diǎn)是清淤徹底，質(zhì)量易于保證而且對(duì)于設(shè)備、技術(shù)要求不高; 產(chǎn)生的淤泥含水率低，易于后續(xù)處理。
b.水力沖挖清淤: 采用水力沖挖機(jī)組的高壓水槍沖刷底泥，將底泥擾動(dòng)成泥漿，流動(dòng)的泥漿匯集到事先設(shè)置好的低洼區(qū)，由泥泵吸取、管道輸送，將泥漿輸送至岸上的堆場(chǎng)或集漿池內(nèi)。水力沖挖具有機(jī)具簡(jiǎn)單，輸送方便，施工成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是這種方法形成的泥漿濃度低，為后續(xù)處理增加了難度，施工環(huán)境也比較惡劣。
一般而言，排干清淤具有施工狀況直觀、質(zhì)量易于保證的優(yōu)點(diǎn)，也容易應(yīng)對(duì)清淤對(duì)象中含有大型、復(fù)雜垃圾的情況。其缺點(diǎn)是，由于要排干河道中的流水，增加了臨時(shí)圍堰施工的成本; 同時(shí)很多河道只能在非汛期進(jìn)行施工，工期受到一定限制，施工過程易受天氣影響，并容易對(duì)河道邊坡和生態(tài)系統(tǒng)造成一定影響。
1.2 水下清淤
水下清淤一般指將清淤機(jī)具裝備在船上，由清淤船作為施工平臺(tái)在水面上操作清淤設(shè)備將淤泥開挖，并通過管道輸送系統(tǒng)輸送到岸上堆場(chǎng)中。水下清淤有以下幾種方法。
a.抓斗式清淤: 利用抓斗式挖泥船開挖河底淤泥，通過抓斗式挖泥船前臂抓斗伸入河底，利用油壓驅(qū)動(dòng)抓斗插入底泥并閉斗抓取水下淤泥，之后提升回旋并開啟抓斗，將淤泥直接卸入靠泊在挖泥船舷旁的駁泥船中，開挖、回旋、卸泥循環(huán)作業(yè)。清出的淤泥通過駁泥船運(yùn)輸至淤泥堆場(chǎng)，從駁泥船卸泥仍然需要使用岸邊抓斗，將駁船上的淤泥移至岸上的淤泥堆場(chǎng)中。
抓斗式清淤適用于開挖泥層厚度大、施工區(qū)域內(nèi)障礙物多的中、小型河道，多用于擴(kuò)大河道行洪斷面的清淤工程。抓斗式挖泥船靈活機(jī)動(dòng)，不受河道內(nèi)垃圾、石塊等障礙物影響，適合開挖較硬土方或夾帶較多雜質(zhì)垃圾的土方; 且施工工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備容易組織，工程投資較省，施工過程不受天氣影響。但抓斗式挖泥船對(duì)極軟弱的底泥敏感度差，開挖中容易產(chǎn)生“掏挖河床下部較硬的地層土方，從而泄露大量表層底泥，尤其是浮泥”的情況; 容易造成表層浮泥經(jīng)攪動(dòng)后又重新回到水體之中。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)[3-5]，抓斗式清淤的淤泥清除率只能達(dá)到30% 左右，加上抓斗式清淤易產(chǎn)生浮泥遺漏、強(qiáng)烈擾動(dòng)底泥，在以水質(zhì)改善為目標(biāo)的清淤工程中往往無法達(dá)到原有目的。
b.泵吸式清淤: 也稱為射吸式清淤，它將水力沖挖的水槍和吸泥泵同時(shí)裝在1 個(gè)圓筒狀罩子里，由水槍射水將底泥攪成泥漿，通過另一側(cè)的泥漿泵將泥漿吸出，再經(jīng)管道送至岸上的堆場(chǎng)，整套機(jī)具都裝備在船只上，一邊移動(dòng)一遍清除。而另一種泵吸法是利用壓縮空氣為動(dòng)力進(jìn)行吸排淤泥的方法，將圓筒狀下端有開口泵筒在重力作用下沉入水底，陷入底泥后，在泵筒內(nèi)施加負(fù)壓，軟泥在水的靜壓和泵筒的真空負(fù)壓下被吸入泵筒。然后通過壓縮空氣將筒內(nèi)淤泥壓入排泥管，淤泥經(jīng)過排泥閥、輸泥管而輸送至運(yùn)泥船上或岸上的堆場(chǎng)中。
泵吸式清淤的裝備相對(duì)簡(jiǎn)單，可以配備小中型的船只和設(shè)備，適合進(jìn)入小型河道施工。一般情況下容易將大量河水吸出，造成后續(xù)泥漿處理工作量的增加。同時(shí)，我國(guó)河道內(nèi)垃圾成分復(fù)雜、大小不一，容易造成吸泥口堵塞的情況發(fā)生。
c.普通絞吸式清淤: 普通絞吸式清淤主要由絞吸式挖泥船完成。絞吸式挖泥船由浮體、鉸絞刀、上吸管、下吸管泵、動(dòng)力等組成。它利用裝在船前的橋梁前緣絞刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將河床底泥進(jìn)行切割和攪動(dòng)，并進(jìn)行泥水混合，形成泥漿，通過船上離心泵產(chǎn)生的吸入真空，使泥漿沿著吸泥管進(jìn)入泥泵吸入端，經(jīng)全封閉管道輸送(排距超出挖泥船額定排距后，中途串接接力泵船加壓輸送) 至堆場(chǎng)中。普通絞吸式清淤船及絞刀如圖1 所示。
普通絞吸式清淤適用于泥層厚度大的中、大型河道清淤。普通絞吸式清淤是一個(gè)挖、運(yùn)、吹一體化施工的過程，采用全封閉管道輸泥，不會(huì)產(chǎn)生泥漿散落或泄漏; 在清淤過程中不會(huì)對(duì)河道通航產(chǎn)生影響，施工不受天氣影響，同時(shí)采用GPS 和回聲探測(cè)儀進(jìn)行施工控制，可提高施工精度。普通絞吸式清淤由于采用螺旋切片絞刀進(jìn)行開放式開挖，容易造成底泥中污染物的擴(kuò)散，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的回淤現(xiàn)象。根據(jù)已有工程的經(jīng)驗(yàn)[4，6]，底泥清除率一般在70%左右。另外，吹淤泥漿濃度偏低，導(dǎo)致泥漿體積增加，會(huì)增大淤泥堆場(chǎng)占地面積。
d.斗輪式清淤: 利用裝在斗輪式挖泥船上的專用斗輪挖掘機(jī)開挖水下淤泥，開挖后的淤泥通過挖泥船上的大功率泥泵吸入并進(jìn)入輸泥管道，經(jīng)全封閉管道輸送至指定卸泥區(qū)。斗輪式挖泥船及斗輪如圖2 所示。斗輪式清淤一般比較適合開挖泥層厚、工程量大的中、大型河道、湖泊和水庫，是工程清淤常用的方法。清淤過程中不會(huì)對(duì)河道通航產(chǎn)生影響，施工不受天氣影響，且施工精度較高。但斗輪式清淤在清淤工程中會(huì)產(chǎn)生大量污染物擴(kuò)散，逃淤、回淤情況嚴(yán)重，淤泥清除率在50% 左右，清淤不夠徹底，容易造成大面積水體污染。
1.3 環(huán)保清淤
環(huán)保清淤包含兩個(gè)方面的含義，一方面指以水質(zhì)改善為目標(biāo)的清淤工程，另一方面則是在清淤過程中能夠盡可能避免對(duì)水體環(huán)境產(chǎn)生影響。環(huán)保清淤的特點(diǎn)有: ①清淤設(shè)備應(yīng)具有較高的定位精度和挖掘精度，防止漏挖和超挖，不傷及原生土; ②在清淤過程中，防止擾動(dòng)和擴(kuò)散，不造成水體的二次污染，降低水體的混濁度，控制施工機(jī)械的噪音，不干擾居民正常生活; ③淤泥棄場(chǎng)要遠(yuǎn)離居民區(qū)，防止途中運(yùn)輸產(chǎn)生的二次污染。
環(huán)保清淤的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于如何保證有效的清淤深度和位置，并進(jìn)行有效的二次污染防治，為了達(dá)到這一目標(biāo)一般使用專用的清淤設(shè)備[7]，如使用常規(guī)清淤設(shè)備時(shí)必須進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。專用設(shè)備包括日本的螺旋式挖泥裝置和密閉旋轉(zhuǎn)斗輪挖泥設(shè)備。這兩種設(shè)備能夠在挖泥時(shí)阻斷水侵入土中，故可高濃度挖泥且極少發(fā)生污濁和擴(kuò)散現(xiàn)象，幾乎不污染周圍水域。意大利[8]研制的氣動(dòng)泵挖泥船用于疏浚水下污染底泥，它利用靜水壓力和壓縮空氣清除污染底泥，此裝置疏浚質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，可達(dá)70% 左右，對(duì)湖底無擾動(dòng)，清淤過程中不會(huì)污染周圍水域。國(guó)內(nèi)目前所使用的環(huán)保清淤設(shè)備多為在普通挖泥船上對(duì)某些挖泥機(jī)具進(jìn)行環(huán)保改造，并配備先進(jìn)的高精度定位和監(jiān)控系統(tǒng)以提高疏浚精度、減少疏浚過程中的二次污染，滿足環(huán)保清淤要求[7]。
環(huán)保絞吸式清淤是目前比較常用的環(huán)保清淤方式，適用于工程量較大的大、中、小型河道、湖泊和水庫，多用于河道、湖泊和水庫的環(huán)保清淤工程。環(huán)保絞吸式清淤是利用環(huán)保絞吸式清淤船進(jìn)行清淤。環(huán)保絞吸式清淤船配備專用的環(huán)保絞刀頭，清淤過程中，利用環(huán)保絞刀頭實(shí)施封閉式低擾動(dòng)清淤，開挖后的淤泥通過挖泥船上的大功率泥泵吸入并進(jìn)入輸泥管道，經(jīng)全封閉管道輸送至指定卸泥區(qū)。環(huán)保式清淤船及專用環(huán)保刀頭如圖3 所示。
環(huán)保絞吸式清淤船配備專用的環(huán)保絞刀頭具有防止污染淤泥泄漏和擴(kuò)散的功能，可以疏浚薄的污染底泥而且對(duì)底泥擾動(dòng)小，避免了污染淤泥的擴(kuò)散和逃淤現(xiàn)象，底泥清除率可達(dá)到95% 以上; 清淤濃度高，清淤泥漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)70% 以上，一次可挖泥厚度為20～110 cm。同時(shí)環(huán)保絞吸式挖泥船具有高精度定位技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過模擬動(dòng)畫，可直觀地觀察清淤設(shè)備的挖掘軌跡; 高程控制通過挖深指示儀和回聲測(cè)深儀，精確定位絞刀深度，挖掘精度高[9]。環(huán)保式清淤船及專用環(huán)保刀頭如圖3 所示。
2 河道淤泥的處理處置技術(shù)
河道清淤必然產(chǎn)生大量淤泥，這些淤泥一般含水率高、強(qiáng)度低，部分淤泥可能含有有毒有害物質(zhì)，這些有毒有害物質(zhì)被雨水沖刷后容易浸出，從而對(duì)周圍水環(huán)境造成二次污染。因此有必要對(duì)清淤后產(chǎn)生的淤泥進(jìn)行合理的處理處置。淤泥的處理方法受到淤泥本身的基本物理和化學(xué)性質(zhì)的影響，這些基本性質(zhì)主要包括淤泥的初始含水率(水與干土質(zhì)量比，下同) 、黏粒含量、有機(jī)質(zhì)含量、黏土礦物種類及污染物類型和污染程度。在實(shí)際的淤泥處理工程中，可以根據(jù)待處理淤泥的基本性質(zhì)和擁有的處理?xiàng)l件，選擇合適的處理方案。
縱觀國(guó)內(nèi)外淤泥處理處置技術(shù)，可以按照不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行如表2 所示的分類，在實(shí)際的淤泥處理工程中，可以根據(jù)待處理淤泥的基本性質(zhì)和擁有的處理?xiàng)l件，選擇合適的處理方案。
2.1 無污染淤泥與污染淤泥的處理
淤泥是否污染及含有的污染物種類不同，其相應(yīng)的處理方法也不盡相同，某些水利工程中產(chǎn)生的淤泥基本上沒有污染物或污染物低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，例如南水北調(diào)東線工程淮安白馬湖段疏浚淤泥無重金屬污染，同時(shí)氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的含量也低，對(duì)于此類無污染或輕污染的淤泥可以進(jìn)行資源化處理，這類淤泥主要產(chǎn)生于工業(yè)比較落后的農(nóng)村地區(qū)。而對(duì)污染物超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的淤泥，則在處理時(shí)首先應(yīng)考慮降低污染水平到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之下，例如對(duì)重金屬污染超標(biāo)的淤泥可以采取鈍化穩(wěn)定化技術(shù)。淤泥處理技術(shù)的選擇也要考慮到處理后的用途，比如對(duì)氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量高的淤泥，當(dāng)處理后的淤泥擬用作路堤或普通填土而離水源地較遠(yuǎn)，氮、磷無法再次進(jìn)入到水源地造成污染時(shí)，一般不再考慮氮磷的污染問題。
a.堆場(chǎng)處理與就地處理: 堆場(chǎng)處理法是指將淤泥清淤出來后，輸送到指定的淤泥堆場(chǎng)進(jìn)行處理，我國(guó)河道清淤大多采用絞吸式挖泥船，造成淤泥中水與泥的體積比在5 倍以上，而淤泥本身黏粒含量很高，透水性差，固結(jié)過程緩慢，因此，如何實(shí)現(xiàn)泥水快速分離，縮短淤泥沉降固結(jié)時(shí)間，從而加快堆場(chǎng)的周轉(zhuǎn)使用或快速復(fù)耕，是堆場(chǎng)處理法中關(guān)鍵性問題。就地處理法則不將底泥疏浚出來，而是直接在水下對(duì)底泥進(jìn)行覆蓋處理或者是排干上覆水體然后進(jìn)行脫水、固化或物理淋洗處理，但也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用處理方法，如對(duì)于淺水或水體流速較大的水域，不宜采用原位覆蓋處理，對(duì)于大面積深水水域則不宜采用排干就地處理。
b.資源化利用與常規(guī)處置: 淤泥從本質(zhì)上來講屬于工程廢棄物，按照固體廢棄物處理的減量化、無害化、資源化原則，應(yīng)盡可能對(duì)淤泥考慮資源化利用。廣義上講，只要是能將廢棄淤泥重新進(jìn)行利用的方法都屬于資源化利用，例如利用淤泥制磚瓦、陶粒以及固化、干化、土壤化等方法都屬于淤泥再生資源化技術(shù)。而農(nóng)村地帶可將沒有重金屬污染但氮、磷含量比較豐富的淤泥進(jìn)行還田，成為農(nóng)田中的土壤�；蛘邔⑦@種淤泥在洼地堆放后作為農(nóng)用土地進(jìn)行利用。當(dāng)然在堆場(chǎng)堆放以后如果能夠自然干化，滿足人及輕型設(shè)備在表面作業(yè)所要求的承載力的話，作為公園、綠地甚至市政、建筑用地都是可以的。利用淤泥的資源化利用技術(shù)是上很多發(fā)達(dá)國(guó)家常采用的處理方法，如在日本，整個(gè)土建行業(yè)的廢棄物利用率已經(jīng)從1995 年的58% 提高到2000 年的80%，淤泥等廢棄土的利用率也達(dá)到了60%[8]。
當(dāng)淤泥中含有某些特殊污染物如重金屬或某些高分子難降解有機(jī)污染物而無法去除，進(jìn)行資源化利用會(huì)造成二次污染。這時(shí)就需要對(duì)其進(jìn)行一步到位的處置，即采用措施降低其生物毒性后進(jìn)行安全填埋，并需相應(yīng)做好填埋場(chǎng)的防滲設(shè)置。
2.2 污染淤泥的鈍化處理技術(shù)
工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的河道淤泥中重金屬污染物往往超標(biāo)，通常意義上的污染淤泥多指淤泥中的重金屬污染，例如上海蘇州河的淤泥中重金屬比當(dāng)?shù)乇尘爸蹈叱? 倍以上[10]，對(duì)此類重金屬超標(biāo)的淤泥，可以采用鈍化處理技術(shù)。鈍化處理是根據(jù)淤泥中的重金屬在不同的環(huán)境中具有不同的活性狀態(tài)，添加相應(yīng)的化學(xué)材料使淤泥中不穩(wěn)定態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài)的重金屬而減小重金屬的活性，達(dá)到降低污染的目的。同時(shí)添加的化學(xué)材料和淤泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一些具有對(duì)重金屬物理包裹的物質(zhì)，可以降低重金屬的浸出性，從而進(jìn)一步降低重金屬的釋放和危害[11-12]。鈍化后重金屬的浸出量小于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求之后，這種淤泥可以在低洼地處置，也可作為填土材料進(jìn)行利用。
2.3 堆場(chǎng)淤泥處置技術(shù)
清淤工程中通常設(shè)置淤泥堆場(chǎng)，堆場(chǎng)處理技術(shù)就是從初始的吹填階段開始，采用系列的處理措施快速促沉、快速固結(jié)，并結(jié)合表層處理技術(shù)，將淤泥堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)使用或者達(dá)到淤泥堆場(chǎng)的快速復(fù)耕。
堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)技術(shù)目的是減小堆場(chǎng)數(shù)量和占地，堆場(chǎng)表層處理技術(shù)是為后續(xù)施工提供操作平臺(tái)，而堆場(chǎng)的快速復(fù)耕技術(shù)則是通過系列技術(shù)的結(jié)合達(dá)到使淤泥堆場(chǎng)快速還原為耕地。
a.堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)使用技術(shù)。堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)使用技術(shù)是指通過技術(shù)措施將堆場(chǎng)中的淤泥快速處理，清空以后重新吹淤使用，如此反復(fù)達(dá)到堆場(chǎng)循環(huán)利用的目的。堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)技術(shù)改變了以前的大堆場(chǎng)、大容量的設(shè)計(jì)方法，而提出采用小堆場(chǎng)、高效周轉(zhuǎn)的理念，特別適合于土地資源緊缺的東部地區(qū)。堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)技術(shù)的設(shè)計(jì)主要考慮需要處理的淤泥總量、堆場(chǎng)的容量、周轉(zhuǎn)周期和周轉(zhuǎn)次數(shù)等，該技術(shù)通�？梢院凸袒蛘吒苫夹g(shù)相結(jié)合，就地采用固化淤泥或干化淤泥作為堆場(chǎng)圍堰，同時(shí)也可以對(duì)堆場(chǎng)內(nèi)的淤泥進(jìn)行快速資源化利用。
b.堆場(chǎng)表層處理技術(shù)。清淤泥漿的初始含水率一般在80% 以上，而淤泥的顆粒極細(xì)小，黏粒含量都在20%以上，這使得泥漿在堆場(chǎng)中沉積速度非常緩慢，固結(jié)時(shí)間很長(zhǎng)。吹淤后的淤泥堆場(chǎng)在落淤后的兩三年時(shí)間內(nèi)只能在表面形成20 cm左右厚的天然硬殼層，而下部仍然為流態(tài)的淤泥，含水率仍在1. 5 倍液限以上，進(jìn)行普通的地基處理難度很大[13]。堆場(chǎng)表層處理技術(shù)則是利用淤泥堆場(chǎng)原位固化處理技術(shù)(圖4)，人為地在淤泥堆場(chǎng)表面快速形成一層人工硬殼層，人工硬殼層具有一定的強(qiáng)度和剛度，滿足小型機(jī)械的施工要求，可以進(jìn)行排水板鋪設(shè)和堆載施工，從而方便對(duì)堆場(chǎng)進(jìn)一步的處理。人工硬殼層的設(shè)計(jì)是表層處理技術(shù)的關(guān)鍵，主要考慮后續(xù)施工的要求，結(jié)合下部淤泥的性質(zhì)，通過試驗(yàn)和模擬確定硬殼層的強(qiáng)度參數(shù)和設(shè)計(jì)厚度，人工硬殼層技術(shù)又往往和淤泥固化技術(shù)相結(jié)合形成固化淤泥人工硬殼層，也可以利用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS) 顆粒形成輕質(zhì)人工硬殼層則效果更佳。
c.堆場(chǎng)快速復(fù)耕技術(shù)。堆場(chǎng)快速復(fù)耕技術(shù)主要包括泥水快速分離技術(shù)、人工硬殼層技術(shù)和透氣真空快速固結(jié)技術(shù)。
泥水快速分離技術(shù)是指首先在吹淤過程中添加改良黏土顆粒膠體離子特性的促沉材料，促使固體土顆粒和水快速分離并增加沉降淤泥的密度，另一方面則是在堆場(chǎng)中設(shè)置具有截留和吸附作用的排水膜進(jìn)一步提高疏浚泥沉降速度，同時(shí)可利用隔埂增加流程和改變流態(tài)，從而達(dá)到疏浚泥漿的快速密實(shí)沉積的效果[14]。透氣真空快速固結(jié)技術(shù)則是通過人工硬殼層施工平臺(tái)，在淤泥堆場(chǎng)中插設(shè)排水板或設(shè)置砂井，然后在硬殼層上面鋪設(shè)砂墊層，砂墊層和排水板搭接，其上覆蓋不透水的密封膜與大氣隔絕，通過埋設(shè)于砂墊層中帶有濾水管的分布管道，用射流泵進(jìn)行抽氣抽水，孔隙水排出的過程使有效應(yīng)力增大，從而提高了堆場(chǎng)淤泥的強(qiáng)度，達(dá)到快速固結(jié)的目的。透氣真空固結(jié)技術(shù)和常規(guī)的堆載預(yù)壓技術(shù)結(jié)合在一起進(jìn)行可以達(dá)到更理想的效果[15]。
對(duì)于部分淤泥堆場(chǎng)來說，由于堆存的淤泥深度較深，若將整個(gè)淤泥堆場(chǎng)的淤泥處理完成來滿足復(fù)耕的目的，投資較大，同時(shí)對(duì)于堆場(chǎng)復(fù)耕來說，對(duì)承載力要求相對(duì)較低，因此基于堆場(chǎng)表層處理的復(fù)耕技術(shù)在堆放淤泥較深的堆場(chǎng)經(jīng)常被使用。通過淤泥堆場(chǎng)原位固化處理技術(shù)，將淤泥堆場(chǎng)表層(80～120 cm) 淤泥進(jìn)行固化處理，處理完成后再對(duì)表層的固化土進(jìn)行土壤化改良，以滿足植物種植的要求。
2.4 淤泥資源化利用技術(shù)
上面闡述的淤泥固化、干化、土壤化等各種能把廢棄淤泥變?yōu)橘Y源重新進(jìn)行使用的技術(shù)都屬于淤泥的資源化利用范疇。此外，淤泥資源化利用技術(shù)還包括把淤泥制成磚瓦的熱處理方法。熱處理方法是通過加熱、燒結(jié)將淤泥轉(zhuǎn)化為建筑材料，按照原理的差異又可以分為燒結(jié)和熔融。燒結(jié)是通過加熱800～1 200℃，使淤泥脫水、有機(jī)成分分解、粒子之間黏結(jié)，如果淤泥的含水率適宜，則可以用來制磚或水泥。熔融則是通過加熱1 200～1 500℃使淤泥脫水、有機(jī)成分分解、無機(jī)礦物熔化，熔漿通過冷卻處理可以制作成陶粒。熱處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟，國(guó)外和國(guó)內(nèi)的不少學(xué)者都進(jìn)行過相關(guān)研究[16-17]。
熱處理技術(shù)的特點(diǎn)是產(chǎn)品的附加值高，但熱處理技術(shù)能夠處理的淤泥量非常有限，比如普通制磚廠1年大概能消耗淤泥5 萬m3，不能滿足目前我國(guó)疏浚淤泥動(dòng)輒上百萬立方米發(fā)生量的處理需求，從淤泥的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化處理前景來講，固化、干化、土壤化的淤泥資源化利用技術(shù)是具有生命力的，若與堆場(chǎng)處理技術(shù)相結(jié)合則更能顯示出效益。
3 清淤及淤泥處理處置技術(shù)的發(fā)展方向
隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，越來越多的城市和農(nóng)村河道將進(jìn)行清淤和疏浚工程，清淤產(chǎn)生的大量淤泥占用大面積堆場(chǎng)，因此對(duì)清淤技術(shù)和淤泥處理處置技術(shù)提出了新的要求[17]。
比較新的清淤技術(shù)目前有以下幾種:
a.高濃度原位環(huán)保清淤方法。由于目前常用的環(huán)保清淤方法清淤出的淤泥濃度在15%～20%左右，水分子的體積要遠(yuǎn)大于土顆粒的體積，清淤泥漿的體積大約為顆粒的4～5 倍。這些高含水泥漿往往需要較大的堆場(chǎng)進(jìn)行放置，很多清淤工程因?yàn)槎褕?chǎng)場(chǎng)地的問題而受到嚴(yán)重制約。高濃度原位環(huán)保清淤能夠降低清淤過程中泥漿的增容率，在中間輸送過程中可以使泥漿含水率得到降低，將淤泥直接變成可以用于填土的土材料使用。因此，為了節(jié)省占地和降低整個(gè)清淤和淤泥處理的成本，高濃度原位環(huán)保清淤技術(shù)已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢(shì)[8]。
b.堆場(chǎng)淤泥快速排水技術(shù)。目前大多數(shù)內(nèi)河清淤的淤泥都在堆場(chǎng)中堆放。淤泥堆場(chǎng)經(jīng)過地基處理，解決其長(zhǎng)期沼澤狀態(tài)的問題后可用于建設(shè)、景觀、農(nóng)田利用的土地。而這一地基處理過程就是淤泥固結(jié)排水的過程。淤泥黏粒含量高，透水性差，在自重作用下的固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，自重固結(jié)后的強(qiáng)度低。淤泥的快速排水固結(jié)問題成為一個(gè)亟待解決的問題。軟黏土地基使用的真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法，對(duì)于淤泥往往難以發(fā)揮良好的效果[18-19]。淤泥含水率極高，處于流動(dòng)狀態(tài)，顆粒之間的有效應(yīng)力非常低，在高壓抽真空的狀態(tài)下淤泥顆粒會(huì)和間隙水一起流動(dòng)，從而使排水板出現(xiàn)淤堵而無法排水。如何解決排水系統(tǒng)的淤堵問題成為淤泥快速排水的關(guān)鍵。堆場(chǎng)淤泥快速排水技術(shù)是在淤泥內(nèi)鋪設(shè)多層多排水平排水通道，其層間距、排間距都在60 ～80 cm左右，以形成高密度泥下排水網(wǎng)絡(luò)。將該網(wǎng)絡(luò)與地面密封的水平排水管密封連接，再與射流排水裝置連接后抽氣抽水，可加快淤泥的排水速度。目前這一技術(shù)開發(fā)和其中的關(guān)鍵問題尚處于探索的初期階段[20]。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 結(jié)語
中小河道、農(nóng)村河道的清淤工程既有傳統(tǒng)清淤的“疏通”目的，也就是解決排澇、防洪、灌溉功能保障的目的，也有改善河道水質(zhì)，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)健康，提升河道景觀的深層目的。因此，從清淤的前期工作、方案制定、工藝選擇、工程實(shí)施的所有環(huán)節(jié)中，必須保證這種“多目的”清淤的特征。
中小河道、農(nóng)村河道的清淤工程與港口航道和大江大河清淤工程有所不同，具有工程量小、大型船只通行困難、清淤對(duì)象含有各種垃圾、性質(zhì)復(fù)雜的特點(diǎn)。從這種特點(diǎn)出發(fā)較為簡(jiǎn)易的清淤技術(shù)往往易于采用。無論采用何種技術(shù)，河道治理的主要目標(biāo)——水質(zhì)改善應(yīng)該是清淤方法、工藝選擇中必須考慮的問題。因地制宜，考慮河道的各種條件，在有條件的情況下選擇排干清淤不失為一種現(xiàn)實(shí)的選擇。在不能夠排干的情況下，通過改進(jìn)的小型泵吸式、絞吸式清淤船可以成為一種選擇，也是小河道清淤技術(shù)發(fā)展的方向。
農(nóng)村地區(qū)有別于沿海城市，具備低洼地帶和周轉(zhuǎn)土地的優(yōu)勢(shì)，因此在淤泥處理方面也應(yīng)該突出因地制宜的思想。淤泥在低洼地帶堆放后還原為土地利用，無重金屬污染淤泥的還田，以及簡(jiǎn)單處理后作為河堤加固、道路鋪設(shè)的填土進(jìn)行使用，是比較為適合農(nóng)村地區(qū)的方法。
目前，清淤工程中一些新的技術(shù)、新的方法大多數(shù)還是為大規(guī)模工程和城市地區(qū)的工程而開發(fā)，中小河道和農(nóng)村地帶的清淤工程設(shè)備的適用性問題需要進(jìn)一步的研究和開發(fā)。
