底泥环保疏浚

底泥环保疏浚（通用3篇）

底泥环保疏浚 篇1

摘要：底泥环保疏浚是控制湖泊富营养化的重要措施,然而,对于底泥环保疏浚的效果却存在着较大的争论。底泥环保疏浚是以去除底泥表层富含营养元素为目的的湖泊治理措施,底泥环保疏浚后,底泥新生层对磷的吸附特征在评价环保疏浚效果时具有重要的意义。以南京玄武湖为例,实验模拟了不同深度疏浚底泥新生表层对磷的等温吸附变化过程,以期为控制湖泊内源污染、防治湖泊富营养化提供科学依据,从而实现水资源可持续利用以及生态环境保护。

关键词：等温吸附线,玄武湖,底泥环保疏浚

0 引 言

底泥环保疏浚作为改善湖泊水环境的重要手段之一,被广泛采用,但对其作用效果,还存在较大争论[1]。底泥环保疏浚可以减少湖内污染源,增加湖泊容量,但是人们也发现,随着时间的推移,良好的水质状态不能得到较好的保持,个别甚至于比原先的污染程度还有所加重。底泥环保疏浚的目的是在去除表层沉积物的同时降低上覆水体的磷含量,底泥环保疏浚后,底泥疏浚新生层对磷的吸附特征对疏浚效果起着重要的作用。

磷在湖泊底泥-水界面的循环主要受底泥磷吸附、解吸以及间隙水扩散3个过程的影响。Olila[2,3]等人认为,底泥对磷的吸附过程包括底泥中有机质、黏土、铁铝氧化物、碳酸钙等矿物颗粒对磷酸根的专性吸附以及微生物通过吸收同化而产生的生物固定;Torrent [4,5]等人认为其吸附速度可以用Langmuir或Freundilch模型描述,其表现为磷和铁氧化物初期在表面快速吸附,随后在矿物晶格内部慢速扩散。Langmuir方程可以很好地拟合磷在底泥上的等温吸附,通过Langmuir方程的曲线拟合,可以得到磷在底泥上的最大吸附量。磷最大吸附量可以用来表示底泥对于磷的吸附能力,磷最大吸附量越大,表示底泥对于磷的吸附能力越强,这个参数对磷在底泥界面上的吸附具有重要意义。

本文采用静态培养的方法实验模拟了南京玄武湖不同深度疏浚底泥对磷的吸附特征随时间的变化过程,采用Langmuir方程拟合底泥在不同时间段对磷的吸附特征,以磷最大吸附量作为吸附参数,分析了环保疏浚底泥新生层对磷的吸附特征随时间的变化过程,并对影响底泥对磷的吸附特征的主要因素进行了分析,以期为控制湖泊内源污染、防治湖泊富营养化、实现水资源可持续利用以及生态环境保护与修复目标提供科学依据。

1 采样和实验方法

2007年5月17日,用全球定位系统GPS导航,在玄武湖西北湖距环湖堤100～150 m选取2个采样点,两点相距300 m,采样点的经纬度分别为:1点(118°47′4.1″E,32°4′28.8″N)和2点 (118°46′55.9″E,32°4′47.3″N),用ϕ74 mm×500 mm有机玻璃管的柱状采样器垂直采集2～3根不少于40 cm湖泊底泥样品,现场按5 cm间距垂直分层,分层后将相应深度泥层混合装入聚乙烯袋中,带回实验室风干,风干后按四分法取样;研磨过100目筛,共得16个垂向底泥样品,用于化学及生物性质的测定。无机磷分级提取法采用《湖泊富营养化调查规范》中规定的方法[6]。无定形铁含量的测定采用《土壤农化分析(第3版)》中规定的方法[7]。将ϕ74 mm×500 mm柱状采样器采集的沉积物芯样(25～45 cm)两端用橡皮塞塞紧,垂直放置,小心带回实验室,用虹吸法去除上部湖水,室内采用顶托法分别去除上部0、10和30 cm底泥,制成模拟疏浚深度0、10和30 cm底泥样品,然后小心滴注已经过0.45 μm过滤的原采样点水样,至液面高度30 cm处(约为1 290 mL),标注刻度,以后10～15 d换一次水,水样采于玄武湖原采样点,过0.45 μm过滤,换水体积为300 mL,分别于2007年6月7日、2007年7月9日取一组柱状样按垂向5 cm间距分层分析物理化学性质。主要分析项目同原始样,实验分析时间为样品风干后立即进行。

吸附等温曲线(Sorption isotherms)是描述吸附剂与吸附物相互作用,在达到平衡时被吸附剂吸附的量与吸附物间所存在的量之间所表现的一种曲线关系,因而吸附等温在描述磷在水-沉积物界面的吸附解吸过程中发挥着重要的作用。吸附等温线的测试方法为:称取2 g沉积物,加入100 mL不同浓度的上覆水,振荡16 h,以平衡浓度的磷量与初始浓度磷量的差值作为沉积物的吸附量,采用Langmuir方程拟合等温吸附方程。Langmuir方程表达式为:

写成常用的下述形式:

式中:X为100 g土壤所吸附的磷量,mg/100 g土;C为平衡溶液中磷的浓度,mg/L;Xmax为最大吸附量,mg/100 g土;K′为吸附常数;K为吸附常数K′的倒数。

由式(2)可知,C/X与C成直线关系,而1/Xmax是这条直线的斜率,据此可算出Xmax值,如将直线延长至与纵坐标相交,则可算出K值。

2 结果与分析

2.1 原样点磷吸附特征分析

现场0～5 cm,10～15 cm,30～35 cm的Langmuir方程拟合等温吸附方程见图1,表1。从表1可以看出,采用Langmuir方程拟合底泥对磷的等温吸附式,确定性系数都达到0.95以上,说明Langmuir对于底泥对磷的吸附过程具有较好的拟合程度。1点和2点的30～35 cm底泥对磷的等温吸附差别不大,磷的最大吸附量分别为114.9 mg/100 g土和131.6 mg/100 g土,这反映了1点和2点的本底差别不大;30～35 cm底泥的性质比较均一,如果以玄武湖0.3～0.7 mm/a的沉积速率计算,大概相当于40～100年的沉积物,人类活动对于底泥对磷的吸附性能有较大的影响,2点吸附性质差别不大,说明了当时人类活动对玄武湖的影响较小。

垂直方向上, 2点原状样的磷最大吸附量上下差别较大,表层0～5 cm是深层30～35 cm的3.3倍,主要原因是由于采样时2点有水生植物生长。朱广伟[8]将水溶性磷、铝磷和铁磷记为活性磷,意为易被生物吸收利用的磷成分,本文也采用同样的称谓,将水溶性磷、铝磷和铁磷记为活性磷。水生植物生长消耗了底泥中的活性磷成分,从而使得表层磷最大吸附量偏大。将原点样6个底泥磷最大吸附量与相应活性磷/总磷进行相关分析,如图2所示。从图2可以看出,磷最大吸附量与相应活性磷/总磷的比例具有良好的负相关,说明活性磷所占总磷的比例越高,则底泥对磷的吸附性能将降低,从而导致磷最大吸附量减小。底泥对磷的吸附分为快吸附和慢吸附2个过程,底泥的“活性点位”在快吸附阶段占有重要地位[9],底泥活性磷增多,使得底泥的“活性点位”减少,导致对磷的吸附能力有所下降。

2.2 实验模拟底泥磷吸附等温线变化

实验模拟了底泥对磷的等温吸附变化过程。长期模拟过程中,不同模拟疏浚深度的底泥表层0～5 cm底泥对磷的吸附特征有逐渐渐近相同的趋势,这主要是由于此时不同模拟疏浚深度的底泥表层0～5 cm底泥的环境特征渐近相同,因此对于底泥的吸持性能也渐近相同。

1点的磷最大吸附量随着培养时间的持续有减小的趋势,从钙磷、闭蓄态磷、活性磷占无机磷的百分比图3可以看出,这主要是由于1点存在着有机磷向无机磷转化的趋势,而无机磷增加的主要成分是以铁磷为代表的活性磷成分,活性磷的增多,使底泥对磷的吸附的“活性点位”减少,从而导致底泥对磷的吸附能力下降。2点底泥的磷最大吸附量的减少趋势要小于1点,甚至模拟疏浚30 cm底泥对磷的最大吸附量还存在着增大的趋势,这主要是由于2点有较高的无定形含量,如图4所示。无定形铁含量高,从而导致底泥有较大的比表面积,对磷的吸附能力增加,虽然2点存在着有机磷向无机磷中活性成分转化的趋势,但是由于无定形铁的存在,导致2点的磷最大吸附量只有微弱的减少趋势。

3 结 论

1点和2点的磷最大吸附量呈现出0～5 cm、10～15 cm大于30～35 cm的趋势,这主要是由于0～5 cm、10～15 cm底泥处于弱还原状态,底泥中的Fe3+含量较多,同时0～5 cm、10～15 cm底泥的无定形铁含量要高于30～35 cm,从而导致底泥对磷具有较高的吸附能力。2点表层0～5 cm由于水生生物的生长(水生生物生长期间,吸收磷从而导致活性磷的减少),使得“活性点位”增多,从而导致对磷的吸附能力增强,磷最大吸附量为最大。

底泥环保疏浚的模拟结果表明,随着培养时间的持续,底泥有机磷有向无机磷转化的趋势,从而导致表层0～5 cm底泥的磷最大吸附量有减少的趋势,底泥中的磷存在着向上覆水释放的风险。而水生生物的生长可以吸收利用活性磷,因此在环保疏浚基础上的水生生物重建应该是最佳的内源污染控制措施。

参考文献

[1]濮培民,王国祥,胡维平,等.底泥疏浚能控制湖泊富营养化吗?[J].湖泊科学,2000,12(3):269-279.

[2]Olila O G,Reddy K R.Phosphorus sorption characteristics ofsediments in two eutrophic lakes in Florida[J].Arch.Hydrobi-ol.,1993,129:45-65.

[3]Pant H K,Reddy K R.Phosphorus sorption characteristics of es-tuarine sediments under different redox conditions[J].J.Envi-ron.Qual.,2001,30:1 474-1 480.

[4]Torrent J,Schwertmann U,Barron V.Fast and slow phosphorussorption by goethite-rich natural materials[J].Clay and ClayMinerals,1992,40:14-21.

[5]Slomp C P,Malschaert J F P,Van Raaphorst W.The role of ad-sorption in sediment-water exchange of phosphate in north seacontinental margin sediments[J].Limnol.Oceanogr.,1998,43:832-846.

[6]金相灿,屠清瑛.湖泊富营养化调查规范[M].第2版.北京:中国环境科学出版社,1990.

[7]鲍士旦.土壤农化分析[M].第3版.北京:中国农业出版社,2000.

[8]朱广伟,秦伯强,张路.长江中下游湖泊沉积物中磷的形态及藻类可利用量[J].中国科学D辑地球科学,2005,35(增刊):24-32.

[9]王爱萍,杨守业,周琪.长江口崇明东滩湿地沉积物对磷的吸附特征[J].生态学,2006,25(8):926-930.

底泥环保疏浚 篇2

针对无锡太湖五里湖地区降雨量较大,环保疏浚堆场底泥粘性强,渗透系数小,自然干化过程缓慢的特性,采用从局部到整体,由浅入深,分期分阶段,表面渐进开沟主动排水的方法,并对开沟后不同情况下堆场干化过程进行研究,分析不同沟渠系统对堆场底泥干化的影响.结果表明,表面渐进开沟主动排水能够有效地排出堆场内部积水及降雨.通过比较开沟间距为5,10,20和40 m的`表面底泥干化效果发现,在堆场表面下20cm处,开沟间距越小,底泥干化效果越好;在50 cm深处,因为检测深度和沟底平面相近,底泥干化效果不是很明显.通过经济性分析比较可以得出,开沟间距为20～40 m干化效果较好,每m3原状土的施工费用为0.36元,工程费用较低.

作 者：陈雄峰 荆一凤 吕a 霍守亮 程静 CHEN Xiong-feng JING Yi-feng LV Jian HUO Shou-liang CHENG Jing  作者单位：陈雄峰,吕a,程静,CHEN Xiong-feng,LV Jian,CHENG Jing(北京工业大学,建筑工程学院,北京,100022)

荆一凤,JING Yi-feng(中国环境科学研究院,北京,100012)

霍守亮,HUO Shou-liang(北京师范大学,环境学院,北京,100875)

刊 名：环境科学研究  ISTIC PKU英文刊名：RESEARCH OF ENVIRONMENTAL SCIENCES 年，卷(期)：2006 19(5) 分类号：X524 关键词：渐进开沟   主动排水   环保疏浚   堆场  

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底泥环保疏浚 篇3

1 疏浚底泥资源化利用的途径

疏浚底泥是一种很有利用价值的潜在资源, 目前, 对其资源化利用研究较为成熟的是土地利用和建筑利用两个方面。

1.1 土地利用

很多疏浚底泥中富含N、P、K等营养元素且其含量往往高于一般土壤, 并且其重金属含量远低于国标“农用污泥中污染物控制标准 (GB4284-84) ”[5]。

1.1.1 疏浚底泥应用于农田

对水库疏浚底泥肥料化利用的研究表明, 施用底泥可以显著促进芥菜的生长, 并且提高芥菜地上部Vc、降低其硝酸盐含量。朱广伟、陈英旭等[7,8,9]发现, 疏浚底泥应用于农田后, 不仅有利于作物增产, 还可以改善土壤物理性状。高俊[10]等也证明施用底泥后可以明显提高土壤有机质和氮含量。

1.1.2 疏浚底泥应用于园林绿化

疏浚底泥具有陆地土壤的基本理化性质, 富含植物生长所需要的各种营养元素, 可以促进树木草坪等的生长, 应用于园林绿化。范志明[11]等将疏浚底泥进行园林绿化应用后发现, 对于不同类型的土壤, 植株鲜重在底泥最佳投加量下均比未投加底泥时明显提高, 这主要是由于施加底泥后提高了土壤肥力。苏德纯[12]将官厅水库疏浚底泥改良后用作植物生长介质的实验表明疏浚底泥可以用作人造土壤, 应用于园林绿化中的客土置换, 为底泥的资源化利用提供了新思路。

1.1.3 疏浚底泥应用于湖滨带修复

中交天津港航勘察设计研究院[13]在处理巢湖污染底泥的过程中就将一期工程的疏浚底泥吹填到巢湖大堤外侧, 将疏浚底泥应用于滨湖带的修复中, 不仅加固了大堤, 加宽了滨湖大道, 同时由于底泥可促进树木草坪的生长, 在沿滨湖大道吹填区建设了生态林带, 具有重要的生态建设意义。

1.1.4 疏浚底泥应用于工程填方材料和修复受扰动土地

疏浚底泥经过处理, 达到工程标准后, 可以用作填方材料。与传统的填方土料相比, 经过处理的底泥强度可调, 不会威胁人类食物链, 是一种较为理想的资源化利用方式。严重受扰动的土地指的是已失去土壤优良特性, 无法直接植树种草的土壤。通过将疏浚底加入其中后, 可以增加土壤养分, 改良土壤特性, 促进地表植物生长[14]。

1.2 建筑利用

疏浚底泥的建筑利用是基于其可替代粘土[15]。疏浚底泥的建筑利用缓解了建筑用土与农业争土的局面, 有利于可持续发展的要求。目前, 主要将其应用于制作陶粒、砖、水泥。

1.2.1 疏浚底泥制作陶粒

高红杰[16]等研究表明细河底泥的主要成分基本满足一般陶粒化学成分的要求, 并且底泥中的重金属在烧结过程中得到了固化和挥发。Nakouzi[17]通过将染料污泥应用到陶粒原料的实践证明, 底泥制作陶粒是对资源化利用方法具有很好得经济和环境效益。

1.2.2 疏浚底泥制砖

底泥制砖是由于其具有颗粒细、含沙量少、可塑性高、结合力强等特点, 并且底泥中含有以水铝酸盐为主的各种矿物[15], 在烧焙过程中, 底泥中的大量有机物质烧失产生微孔, 这样就可以降低产品的体积密度, 通过调节配方可以制得轻质砖[14]。Kay和刘贵云[18,19]等对疏浚底泥进行了规模化的制砖实验, 表明用底泥制砖对环境不会造成污染。

1.2.3 疏浚底泥制作水泥

杨磊[20]等利用苏州河底泥生产水泥熟料的研究证明, 底泥中的有机污染物和重金属元素在水泥生产中和产品使用中对环境和人体均不会造成二次污染和危害, 在技术研究上满足水泥生料的配料要求, 利用苏州河底泥生产水泥熟料在技术上是可行的。Jennifer[21]等利用港口疏浚底泥作为原料来制作水泥, 发现决定生产水泥熟料所需要焙烧温度的主要因素是底泥中石英的含量。

2 疏浚底泥资源化利用存在的问题及建议

2.1 底泥资源化利用的适宜性分析

由于不同河段的污染源差异较大, 因此要针对不同底泥的性质、组成及其特性进行资源化利用的适宜性分析, 包括适用范围分析及适用性分析。

适用范围分析是根据疏浚底泥中有机质含量来判断其适用于土地利用还是建筑利用。当底泥中有机质含量较低时, 适用于建筑生产。首先要采用《危险废物鉴别标准》[22]对清淤底泥进行评价, 底泥浸出液中任意一种危害成分超标, 即为危险废物, 清淤后立即进行处置, 防治污染扩散。若未鉴定为危险废物, 则根据《土壤环境质量标准》 (GB15618-1995) 和《农用污泥中污染物控制标准》 (GB4284-84) 来衡量疏浚底泥的污染程度, 从而对底泥是否可以直接进行农用进行判断。由于底泥进入农业用地后其本身所含有的物质和成分也可能会随着食物链进入到人体, 所以当底泥用于农田时, 一定要加强适宜性分析, 严格控制底泥的有毒有害物质及病原微生物, 同时应将底泥中重金属含量与土壤背景值相比较, 保证安全性。

2.2 底泥资源化利用的生态-经济-社会效益分析

疏浚底泥资源化利用的经济效益是要权衡在资源化过程中的生产成本与其长远收益的关系。对于底泥的疏浚及资源化利用是一个耗资巨大的工程, 但是从环境经济学的角度来讲, 减少了环境污染的负外部性。以底泥的农用为例[23], 底泥富含N、P、K三要素, 是无污染的“天然化肥”, 有利于改良土壤, 可提高土地生产力, 减少化肥施用量, 减少农业成本, 所以, 在做经济效益分析时要充分考虑到疏浚底泥利用过程中的短期成本与长期回报的关系。疏浚底泥资源化利用的社会效益分析要充分考虑到其疏浚及利用后为当地社会发展带来的相关投资、农业生产条件改善、环境条件改善、地方财政增加等效益指标。

2.3 不可直接利用的底泥进行堆肥处理

并不是所有的疏浚底泥都可以直接或者经过适当处理后利用到土地或建筑中, 对于某些含大量病原菌、寄生虫, 以及铜、铝、锌、铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英、放射性元素等难降解的有毒有害物的底泥而言[24], 一般要经过无毒无害化处理后才能应用于农业生产, 对疏浚底泥进行堆肥是一种较为有效的底泥无毒化处理方法。

3 全球气候变化背景下的疏浚底泥资源化利用方向与展望

当前, 全球气候变化问题已成为世界范围内科学家讨论的热点, 随着气候变化而引发的各类环境问题的凸显, 各学科专家都在从不同角度探求解决之道。通过技术创新、提高能源效率、开发新能源等多种手段, 尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗, 降低碳排放量和温室气体排放量来应对全球变暖, 是实现中国经济可持续发展的必由之路。在这种全球寻求低碳能源的大背景之下, 底泥制氢作为其资源化利用的新途径将在未来成为新的研究热点。

众所周知, 除核燃料外, 氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的, 为汽油发热值的3倍。为了减少CO2排放, 应对全球气候变化, 氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源, 被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源, 是人类的战略能源发展方向。汤桂兰[25]等的实验表明厌氧污泥发酵产氢的最适pH值为6.0, 葡萄糖浓度为5 g/L, 温度为45℃。刘旭东[26]等发现pH为3、污泥酸处理3.0 h、污泥浓度16.00 g/L、搅拌转速120 r/min条件下的污泥厌氧发酵产氢快、产氢速率相对稳定、产氢量最高。刘敏[27]等从生物制氢的工程应用角度出发, 认为兼性污泥是反应器启动的最佳种泥。

目前, 对于底泥制氢的研究仍然是处在实验室阶段, 但是综合考虑到未来能源供应趋势的日益紧张, 低碳世界的呼声越来越高, 对新能源的需求迫在眉睫, 底泥制氢的资源化利用方向仍将是其最有前景的发展方向之一。

摘要：随着环保疏浚技术在污水治理中的广泛应用, 针对疏浚底泥的资源化利用问题越来越受到人们的关注。本文对目前国内外常用的底泥资源化利用途径进行总结和阐述, 同时指出资源化利用中存在的问题并给出合理建议。