当前饮用水库环保清淤存在的问题及对策——以西丽水库为例

吕海强，董文艺，王宏杰，刘宇

(1.西丽水库管理处，广东深圳518055；2. 哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳518055)

水库水质安全是人民生产生活和经济社会可持续发展的基础，是关系到人民生命健康的大事，中国各级政府对此给予了高度关注和重视。随着城市的发展，西丽水库成为兼具城市供水、原水调蓄和城市防洪功能的中型水库，是国家重要水源地，原水供应服务区包括南山和宝安，服务人口超过400万。目前，西丽水库已开展入库支流综合整治，以及水源保护区内的面源污染防控工作，而内源底泥污染就成为水库水质重要影响因素。底泥中污染物质和营养盐向上覆水体的扩散、释放，易造成水体的二次污染，在适当条件下，也容易导致蓝藻水华，国内的通济桥水库、阿哈水库和太湖等都因为遇到此类污染问题率先开展了水库的清淤工作，并取得一定的成效[1-3]。为控制水库蓝藻水华和改善水质，开展西丽水库内源污染治理工作，采用先进技术清理污染底泥，可改善水库水质，保障水源水质达到地表水II类水水质标准要求[4]，有效降低自来水厂的水处理风险。同时，为保证城市供水安全和社会稳定，在清淤施工过程中，水库的供水不间断运行，不能过分扰动底泥，造成水体的二次污染，也对清淤工艺提出了更高的要求。由于库底污染物成分复杂，各有机物和重金属的堆积过程、含量、相互影响及污染水质的机理难以探清，而淤泥的无害化处理还在探索，如何对不同地区饮用水源水库淤泥进行环保清淤成为当前水库供水安全管理工作研究解决的重点。

本文将以深圳西丽水库为例，在全面调研的基础上，提出明确的清淤工作目标和时机，确定合理的技术方案，对水库清淤方式、余水处理和余泥资源化等关键技术环节进行讨论，就如何做到水库环保清淤和余泥处置问题给出解决思路，供决策参考。

1 西丽水库底泥淤积概况

西丽水库位于珠江三角洲水系的大沙河上游，深圳市南山区西丽街道。随着经济的发展，西丽水库成为兼具城市供水、原水调蓄和城市防洪功能的中型水库，总库容为3 523.66万m3。调查发现，2012年西丽水库总淤积量为138.64万m3，水库淤积相对严重部位集中在大墈河口、田下河口、白芒河口附近(图1)[4]；东江来水的流动对西丽水库交水口的浊度影响非常严重，是底泥积累的主要原因，初步估算每年有3 800 t泥沙沉积在西丽水库[5]；根据清华大学和哈尔滨工业大学深圳研究生院内源污染调查结果，发现底泥氨氮的释放量是2 692 t/a，总磷的释放量是771 t/a[6]，西丽水库底泥污染主要为重金属污染，其中锰和镉的污染程度最为严重，镍、铜、锌、锑、铊和铅的污染程度也较重[7]。

图1 水库淤积严重河口示意

2 西丽水库底泥清淤的目标和时机

饮用水库开展水下清淤，首先要提出明确的清淤的目标。一些清淤工程的设计单位并没有设定清淤前后的水质参数指标，和进行全面的经济技术比较和论证。笔者建议把水质改善和恢复兴利库容作为清淤目的，设定一个清淤量和水质多项指标如Mn、Cr、Hg、TN、TP、NH3和高锰酸盐等以及底泥污染浓度作为清淤后要达到的目标，比较清淤前后的水质检测指标和淤泥污染浓度。清淤工程实施后，考察相关指标是否达到设定值，由此验证水库清淤是否实现了之前设定的清淤目标。如2012年《太湖流域水环境综合治理总体方案》明确了太湖主要水质指标目标，2015年经综合整治后，高锰酸盐指数为III类，氨氮为II类，总磷为IV类，总氮为V类，已基本达到总体方案目标要求[8]。

另外，开展水库清淤也要选择合适的时机。从饮水安全的角度考虑，如果库底淤泥已相对稳定，污染浓度暂时没有达到污染水源程度，水库水质总体达到III类水标准，不建议对水库库底淤泥进行水下清淤施工。如果水库水质持续恶化的趋势还无法改变，此时库底淤泥污染浓度已达到较高水平，内源污染已成为主要污染源时，为保证水质安全，须采取有效水下清淤措施。以西丽水库为例，实施水下环保清淤的时机包括以下几点：①上游入库支流白芒河、大墈河、麻墈河已开始得到充分治理，污染源及泥沙得到有效控制，入库支流水质已有明显改善，而内源污染底泥已成为水库主要污染源；②清淤设备及工艺已达到环保清淤的要求，二次污染水质程度很低，淤泥清除率高或剩泥量低；③清出的淤泥处置方案成熟，不会对淤泥堆场及周边范围形成污染态势，淤泥滤出液不会污染地表及地下水体；④经济技术比较合理，每自然方的清淤单位成本可以被市财政或水管单位接受；⑤饮用水库供水地位重要，深圳市政府已将西丽水库底泥环保清淤作为治水提治工程列入“十三五”规划。

从目前环保清淤的机械及工艺水平来看，虽然已经在国内较大湖泊进行了较为成功的水下清淤工程，但还未达到真正能让饮用水库可以接受的程度。主要不足是清淤设备对清理范围及其周边淤泥的扰动过大，致使库底淤泥和垃圾悬浮化和释放出大量有毒物质，二次污染水质。对于西丽水库这类中小型水库来说二次污染程度会较重，有可能影响供水安全。水下环保清淤解决的首要问题是水库底泥对水质的内源污染，其次才是淤泥的后期处置利用问题。所以水下环保清淤的重点应放在水库清淤。如果不解决前期水下清淤过程中的技术问题，不能贸然动工。

3 西丽水库底泥清淤技术选择及施工要点分析

3.1 西丽水库清淤方法选择

目前，清淤常采用的技术包括：虹吸式清淤[9]、振荡脉冲射流与气举法清淤[10]、绞吸挖泥船清淤[11]和气力泵清淤[12]等，各清淤技术优缺点见表1。近年来深圳市也进行了不同清淤技术的探索和应用，在实践过程中发现一些共性问题。如深圳水库选择了气力泵进行底泥清理工作，总结发现气力泵存在以下不足：①气力泵对泥层较薄的区域清淤施工时，生产力低；②点式吸挖、易漏挖，清淤不彻底；③不易清除淤泥中的垃圾杂物；④工作效率不高，日清淤量较低。深圳市石岩水库采用河道疏浚绞吸式挖泥船的清淤方式，总结发现清淤工程存在以下不足：①清淤作业面的防护措施较少，大量扰动库底淤泥及垃圾，造成水质的二次污染；②余水处理缺少有效监控，余泥处置和资源化利用低；③余泥堆填库占用库容，泥库渗出液回流水库造成二次污染，且泥库大坝增加水库安全管理负担。因此对先进、可靠的饮用水库环保清淤技术也有待考察验证。

西丽水库库底淤积了大量的淤泥，淤泥成分复杂，不仅含有生活垃圾，底泥中的部分重金属含量严重超标。针对西丽水库的特点，清淤技术采用环保高效、因地制宜的原则。由于水库的底泥主要为入库河流夹带污染物行洪、外域江河引水产生的淤积，以及库岸水土的流失，淤积面积广，且水库须保持城市供水的连续性，清淤方案宜采用水下作业法，重点选择可全年作业、环保高效、节能的水下清淤设备。因此，对于东江水源交水口和白芒河、田下河等河口库湾淤积较为严重的浅水区(水深0～15 m)，建议采用自推进环保绞吸式挖泥船清淤；对于淤积量小的深水区(水深>15 m)，建议采用气力泵清淤。

表1 清淤技术优缺点

3.2 施工要点分析

在清淤工程开展期间，为保障水库供水安全，需要采取一定的技术保障和二次污染防治措施，最大限度地减小清淤工程对水库水质的扰动。以西丽水库为例，建议主要施工要点如下。

a) 清淤工作开始前，应划出清淤实验区，对设计参数及施工措施进行验证，调整施工参数及工艺后再正式开工。

b) 应划分清淤区块并进行编号，对每个区块进行坐标定桩，以利于监理和跟踪监测。

c) 清淤施工应按水流的方向和水下地势，先上游后下游，先高后低的顺序施工，尽量减轻二次污染和提高清淤效率。

d) 清淤区块设置垂直水面的柔性全封闭拦污设施，把作业区与其他水域分开，并及时清走垃圾，防止垃圾和悬浮物扩散，造成二次污染。

e) 采取先清大块垃圾后清淤的施工顺序，防止堵塞清淤设备。

f) 适当加深挖泥深度。开挖线应比淤泥层低10～15 mm，以利用原状土稀释污染物含量，减轻污泥的后续处置难度，同时也增加了兴利库容。

g) 建议清淤过程放缓放慢，有序进行，不应为追求短工期，而快速施工。

h) 在水下清淤过程中，可增加曝气等辅助工艺，减少水底底泥污染物的释放。

4 西丽水库底泥的余水处理及资源化利用

4.1 底泥余水处理

环保清淤是治理水库内源污染物的重要手段，清淤过程中，污染底泥被泥泵叶轮打成泥浆输送到底泥堆场，经堆场自然沉淀后污泥留存于堆场，多余的水从堆场溢流排放，被称为余水。堆场余水中含有氮、磷、有机污染物及重金属污染物，这些污染物大部分黏附在悬浮颗粒上并随余水排入受纳水体中，将造成受纳水体的二次污染。这些悬浮颗粒比重小，短时间内难以沉淀去除，并且清淤工程的单位产量大，以及堆场空间的限制，余水处理已经成为环保清淤工程正常运行的制约因素。目前，国内外对余水处理做了一些有益的探索研究，主要有化学絮凝、水生植物过滤带、吹填法和多级溢流等[13-15]。

西丽水库的清淤尾水可利用位于白芒和麻墈的人工快渗系统，估计每天可处理约1万m3余水。不足部分可考虑采用微波三级沉淀法水处理技术[16]，也可以将余水直接排入设在库尾的百旺污水泵站前池，再抽排至西丽再生水厂达标处理后排入大沙河。

4.2 底泥资源化利用

目前，水库底泥资源化技术主要有底泥土地利用、固化后做填方材料和制造建筑材料等[17]。底泥的资源化研究，必须对底泥的各种性能进行系统和详细的研究，比如污染状况、地点的选择、技术可行性、产品的环境可接受性、成本和效益以及法律法规的限制指标等。根据底泥的来源、成分特征，以及当地经济、技术条件，因地制宜地选用底泥资源化的途径。对水库底泥成分和污染程度的相关性进行研究，以确保在资源化过程中取得的最优配方。底泥的资源化应采取治理与开发相结合，集中利用与分散利用相结合，长远利益与近期利益相结合，充分利用土地及底泥的资源价值[18]。

目前国内城市中的江河湖泊大都有污泥淤积，较早开展了一般意义(非环保)的疏浚清淤，受堆场环境要求的制约，淤泥的处置技术研究得较早，所以淤泥的处理技术相对于水下环保清淤技术开展得更早，也较成熟。但也更多的是借鉴软基处理中的固结和排水技术，如真空预压技术，以及添加剂固结脱水技术，对淤泥本身及余水的污染物的处理还没有更好的办法，真正做到减量化、无害化、生态化还需作进一步研究[19]。

对于西丽水库的底泥处理，由于清出的淤泥不仅有二次环境污染危害，同时需要较大场地处置和较高运输成本，因此水库底泥最好在就近库岸进行妥善处置。如水库周边已确权划界，可采取化整为零的办法，利用无害干化的淤泥渣土作为农用肥料，分别以少量埋入每棵树下，达到降低运输成本就地处置利用的目的。淤泥渣土作为肥料就地埋入树下前，须由农林研究资质机构对减污干化的淤泥渣土进行毒性分析和研究，确定是否可通过已有植被进行消化吸收。

5 结语

目前，不少饮用水源水库长期担负着重要的城市供水任务，库底越积越多的淤泥没有得到清理，如果没有成熟稳妥的清淤方案而贸然进行水下清淤，就会扰动淤泥稳定状态，释放浓度极高的污染物，二次污染水体。一方面，当库底淤泥已相对稳定，污染浓度暂时没有达到污染水源程度，水库水质总体达到三类水标准，不建议对水库库底淤泥进行水下清淤施工；当水库水质持续恶化的趋势还无法改变时，此时库底淤泥污染浓度已达到较高水平，内源污染已成为主要污染源，为保证水质安全，须采取有效水下清淤措施。另一方面，对库底淤泥的污染物含量和浓度的监测，以及确定清淤目标，是水库水下清淤前的重要工作。具体监测哪种污染物，应结合水库水质监测报告中某些检测项目指标的中长期增长趋势而定。此外，由于清出的淤泥不仅有二次环境污染危害，同时需要较大场地处置和较高运输成本，建议水库底泥就近库岸进行妥善处置，在对淤泥无害化处理的基础上进行资源化利用或就近掩埋。