中新天津生态城污水库重金属污染底泥治理总体设计_魏新庆

1、中新天津生态城污水库重金属污染底泥治理总体设计_魏新庆 第29卷第18期2013年9月 中国给水排水 CHINAWATEWASTEWATEVol29No18Sep2013 中新天津生态城污水库重金属污染底泥治理总体设计 魏新庆，王立彤，王 松，王秀朵，曹仲宏，张云霞，王 瑞 （天津市市政工程设计研究院，天津300051） 在中新生态城污水库治理工程中，通过前期环境本底调查、风险评估、确定适合的治 理标准，以及由现场扩大试验进一步修正工程关键工艺参数，摸索出了一套具有能复制、能实施、能 摘 推广的工程技术设计和设计管理的模式，为我国底泥和土壤重金属污染治理提供了参考和借鉴。 关键词：生态城；底泥

2、；重金属污染；土工管袋；固化稳定化 中图分类号：X703 文献标识码：C 文章编号：10004602（2013）18009304 要： OverallDesignforTreatmentofHeavyMetalContaminatedSediment fromSewageeservoirinSino-SingaporeTianjinEco-city WEIXin-qing，WANGLi-tong，WANGSong，WANGXiu-duo，CAOZhong-hong， ZHANGYun-xia，WANGui （TianjinMunicipalEngineeringDesignandesearch

3、Institute，Tianjin300051，China）Abstract： IntheSino-SingaporeTianjinEco-citysewagereservoirpollutioncontrolproject，the keyprocessparameterswerefurthermodifiedthroughtheenvironmentalbackgroundinvestigation，riskassessment，determinationofappropriatetreatmentstandardsandthefieldsimulationtestAsetoftheproj

4、ectdesignandmanagementmodeswhichcouldbecopied，implementedandpromotedwerefoundtoprovidereferencefortreatmentofsedimentandsoilheavymetalpollutioninChina Keywords：stabilization1 eco-city； sediment； heavymetalpollution； geotextiletube； solidificationand 工程背景 中新天津生态城是中国和新加坡两国政府间国 22.1 工程特点 底泥形成的时间长，特征污染物

5、复杂 42污水库占地为2566710m，始建于1976 际合作项目，其作为世界上第一个国家间合作开发建设的生态城市，将为中国乃至世界其他城市的可 持续发展提供样板。 中新生态城污水库由于承接了三十余年的化工水生态系统基本丧失。污水库位于中新天津废水， 生态城规划范围的中部，是生态城“生态核”的核污水库的环境治理是中新天津生态城开发建设心， 的首要任务。 该污水库治理工程，无论是污染物的总量，还是污染程度和复杂性，都是国际上同类治理工程中规模和难度最大的，没有成熟的先例可以借鉴。 年，承接化工废水三十余年，水生态系统基本丧失。 污水库底泥是由固、液两相物质组成的相互关联的多种化合物的复杂混合体，

6、属于重金属和难降解有机物的复合污染，汞（Hg）、砷（As）、铜（Cu）、镉（Cd）、六六六、滴滴涕为底泥中的特征污染物。2.2重金属污染的底泥体量大 中新天津生态城“一泥三水”根据环境质量调 查评估报告以及在实施前的现场实测，最终确定 43 底泥量约为30010m。其中水溶胶亚层（含水率43 约为98%）为744110m；黑色絮凝亚层（含水 93 第29卷第18期中国给水排水wwwwatergasheatcom 43 率约为90%）为538810m；黑灰色泥层（含水率 43 约为85%）为1710910m。污水库的治理是生态修复的前提，生态修复是污水库治理的最终目标，所以污水库的治污不是工程的

7、最终目标，只是工程中的一个阶段目标。污水库的整体治理工程结合生态修复的要求，既要对现状污水库的污染水体进行治理，对污染的底泥实现无害化处置；还要采用隔咸措施，修复污水库治理后的库内水体环境及生态系统。本次工程仅仅实现了第一步，即对现存污染的污水和底泥进行治理，对整个污水库治理工程而言，在完成了第二步即生态修复后，才标志着最终治理目标的实现。所以本次工程在治污的过程中，将污染治理和生态保体现工程的系统性。护与修复结合起来考虑， 污水库治理与城市总体规划的关系 根据生态城的总体规划，以蓟运河与蓟运河故 2.3缺少可直接依据的治理标准 由于我国水体沉积物污染判定及治理标准体系 不够完善，本次工程中查

8、阅了目前已经颁布执行的其他相关标准，结合污水库治理工程的实际情况，在 最大程度地降低处置的环保证安全可靠的前提下， 境风险，并对底泥的专项风险进行了评估，最终安 全、科学地确定了本工程的治理标准。3 总体设计原则 治理以现状污水库为代表的污染水体，采用隔咸措施，修复生态城内的水体环境；妥善处理现状污水库的底泥，实现无害化处置。 通过分析生态城的指标体系要求，结合中新生态城的建城理念，即实现人与人和谐共存、人与经济人与环境和谐共存的“三和”宗旨，活动和谐共存、并最终达到能复制、能实行、能推广的目标。所以项目组提出，在制定总体治理思路时要实现如下四个 五个关系、三个目标。原则、3.1 遵循四个原则

9、 按照泥水协同治理、分步实施的方针，合理安排，力求工期短，体现简单实用、技术可行性。对污染的治理要彻底，技术可靠，同时兼顾创新，体现技术先进合理、安全可靠性。尽量利用周边现有环境设施，以降低工程 最大化实现工程投资的效益，体现成本可控、造价，经济可行性。 治理过程中不对周围环境造成二次污染， 不对生态城远期城市管理和市民生产生活留有隐体现环境可接受性，确保治理工程的环境效益。患，3.2 处理好五个关系 污水库的污水治理和底泥治理的关系 道围合的区域为生态核心区，定义为生态城的生态 核，而治理后的污水库又是生态核的核心，这足以说明治理后的污水库无疑是未来生态城的“城市名 ，片”是未来生态城的核心

10、生态景观区，是环境污染极具推广、复制的价转变为生态文明的经典示范，值，也是生态城建城理念的重要体现。为了能实现规划的目标，要求对污水库的污水 万无一失，不留任何隐患；技术和底泥要治理彻底， 处理要设施完善、考虑周密、安全可靠。污水库治理 工程是实现生态城总体规划的重要环境基础。 污水库治理与周边区域环境的关系鉴于污水库的污染现状、污染特征以及污染物 的行为，要求在治理的过程中要充分处理好与周边 周边区域环境既包括生态城内的区域环境的关系， 污水库周围的生态环境，又包括生态城外的生态城 周围区域的生态环境。 围绕污水库四周的蓟运河故道以及两侧的缓冲带，是生态城的生态链，现状为自然湿地。在治理过程

11、中，要尽量保护污水库周围的天然湿地，不对周围的环境造成影响和破坏。另外污水库的治理也不能以牺牲生态城周边的环境为代价，避免对城内和城外的环境造成二次污染和环境破坏。这就要求在污水库的治理过程中要采取污染控制的技术路线和工程措施，并考虑足够的保护措施，体现环境友好性。 污水治理与周边现状设施的关系 污水库治理工程是生态城的环境治理的头号工程，投资规模巨大，因此如何很好地利用现有的环境卫生设施，对降低工程投资和控制环境影响将起到 本次污水库治理工程主要包括污水的治理和底 二者的治理不能简单地孤立看待，无论是泥的治理， 在清除污水和底泥的方案选择上，还是在处理污水 和处置底泥方案的制定上，二者均密切

12、相关，互为条件，不可强制分割开来，污水既可以作为底泥清除的载体，也可以作为防止底泥暴露的覆体；反过来底泥在处理过程中也可以起到对污水“过滤”的作用，所以处理好二者的关系，建立科学的联系，达到协同治理的目的，也是制定总体技术路线的关键问题。 污水库治理与生态修复的关系 94 wwwwatergasheatcom魏新庆，等：中新天津生态城污水库重金属污染底泥治理总体设计第29卷第18期 直接的作用。故在制定技术路线时也要充分了解和 掌握周边（包括生态城内部及外部）环卫设施的现状与规划建设情况，经方案比较、多路线工艺分析，进而产生最优、最适合的治理技术路线。3.3 达到三个目标 、污水库治理的技术管

13、理模式“能复制”基 “能推广”、“能实行”。本技术路线工程实施方案彻底治理污染，为实现规划生态景观水体 创造条件，保证环境安全。在安全可靠的前提下，力争对部分底泥进行资源化利用，避免治理此方、污染彼方的局面。4 度污染沉积物，必须采取工程措施进行安全处置。6 总体解决方案 污水处理方案：首先污水库要实现截污，然后污 水通过新建的临时预处理设施处理后，进入营城污水处理厂，经处理后最终达标排放。 底泥治理方案：重度污染底泥通过环保疏浚至临时场地进行土工管袋脱水以及稳定化处理，后经固化后外运进行安全处置，安全处置有两个途径，一是烧结造粒，二是安全掩埋；中度污染底泥和轻度污染区的表层底泥通过疏浚至造岛

14、区进行土工管袋脱水，稳定化后进行造岛填埋；轻度污染底泥通过原位固化稳定化处理后，经监测符合标准后，结合后期建湖造岛工程进行选择性利用。 本总体解决方案遵循了生态城城市总体规划、响应了生态城的建设宗旨与理念，以严谨的科学态度、积极的创新意识，在进行多项调查、小试试验、环境评估的基础上，针对污水库内污水、污染底泥的治理重点和技术难点，经多方案的详细论证和认真比选，最终推荐出污水、底泥的处理处置工艺技术路线。其中，中度污染底泥处理处置技术路线见图1 。 工程目标 工程目标：污水库的污染底泥需得到彻底治理， 做到减量化、稳定化、无害化，争取部分资源化。 无害化：通过有效的、安全可靠的、投资合理的方式将

15、重度污染的底泥进行安全处置是本次底泥治理的最终目标。 稳定化：污水库底泥中的重金属以稳定态存在的比例大部分在50%以下，具有很强的迁移性和释放性，如何控制这些迁移性强的重金属，降低综合环境风险，以及如何在工程实施过程中，有效控制和避免汞污染底泥由于直接暴露而对工人产生影响，是本次工程的重点。 减量化：进一步提高污泥的含固率，减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及处置的费用。资源化：对部分轻微污染的底泥尽可能通过必要的处理手段，达到一定程度的再次利用，以实现其资源价值。5 污染程度分区 图1 Fig1 中度污染底泥处理处置技术路线 sediment Disposaltechnologyroa

16、dmapofmoderatelypolluted 整个污水库的污染物分布特征是，四周高，中心低；表层高，底层低。污水库底泥的污染呈现“进出口位置高于中间位置，周边区域高于中心区域”的特征。 整个污水库在水平上划分为3个污染分区：重度污染区、中度污染区、轻度污染区。由于竖向收敛性较好，在竖向上又进一步划分，即重污染区的下层底泥划分为中度污染；中度污染的底层底泥划分为轻度污染；轻度污染的表层划分为中度污染。 结合风险评估，各污染区的特性定义为：轻度污染沉积物，可用于除直接暴露于人体以外的各类用途；中度污染沉积物，采取工程措施处理达到相关标准后，可用于除直接暴露于人体以外的各类用途；重 7 工程实施

17、 2009年1工程自2008年初开始项目前期工作， 月完成了可行性研究报告的初稿，期间完成了环境本地调查，污水库底泥处置环境风险评估，回填土层污染物扩散通量及其环境风险评估，底泥用作道路路基用土的环境风险评估，污水治理风险评估，重金属化学形态分析、底泥的岩土力学参数和其他如粒径分布分析等理化特性参数的测定，以及底泥处置小试研究等多项调查、研究、试验工作。这为科学地 95 第29卷第18期中国给水排水wwwwatergasheatcom 完成可行性研究报告奠定了必要的基础条件。 于2009年10月完成了初步设计，期间完成了现场扩大试验。通过现场扩大试验，许多施工过程中的问题提前暴露出来，同时合理

18、确定了土工管袋土工管袋的最佳等效孔径、固化稳定脱水充填周期、化的药剂配给、投加顺序、投加点等技术细节。整个工程于2009年底开工，并于2011年6月整体竣工。8 理后土地利用性质，并结合底泥处置的最终出路开展相应的环境风险评估，还适当结合其他国家的土壤治理标准，确定了适合实际的土壤治理目标。 目前美国、荷兰、日本等国家均有相应的标准，其中荷兰的标准最为严格，可作参考但不建议直接采用。 避免片面强调资源化的倾向 在重金属污染的底泥处理处置工艺路线选择中应避免片面强调资源化的倾向。目前底泥处理处置技术的发展程度，尚不能高效地实现重金属回收和污染物的去除处理，以实现经济效益和节约能源的效果。一般的处

19、理工艺都是以控制重金属的活性、降低其环境风险为目标。底泥的资源化必须总体考虑，不能分割整个处理处置过程而强调某一局部单元工艺的效果，从而得出污泥资源化的概念。底泥处理处置应该以“减量化、稳定化、无害 ，“资源化”为目的并不是目的，而是一个在有条化” 件的情况下，加以认真实现的原则。参考文献： 1王松，王立彤，魏新庆汉沽污水废底泥的环保疏浚试 J中国给水排水，2011，27（4）：5457验工程设计 2王松，魏新底，王立彤环保疏浚联合土工管袋用于湖 中国给水排水，2011，27库存底泥的脱水减容J（8）：4751 3王瑞，王立彤，魏新庆，等汉沽污水库底泥填埋场防 中国给水排水，2011，渗系统与渗沥液导排设计J27（10）：61 63 技术创新 提出分质异治的概念，最大化降低处置成 本，即将沉积物划分为三种污染程度，对不同的污染程度的沉积物选用不同的治理技术路线，并给出不同的最终处置方向。 在国内首次将土工管袋技术应用于水体