江修恭 教授级高工
内容提要：
河涌清淤工程己经进行了十多年，很多河涌在截污以前清淤和水下挖淤泥效果不理想。本文从分析自然河道清淤与河涌治污泥的不同情况，提出复盖、水体置换、涌底固化、生物治污等办法治污泥，可以加快被污染河涌水环境修复。
关键词：不清污泥
前十年治污技术中，清淤泥（或称清污泥），成为一项重要技术措施，因为广州有不少河涌在截污后仍然黑臭，于是有些部门认为污泥是关键，由此展开了大规模的清淤工程。有的设计全河段底部一律清淤30厘米，效果并不明显后，又采取在清淤后用新泥沙复盖，结果也不理想。而清淤方法，大部分采用水下清淤。淤泥基本上是100%饱和含水量，船运上岸也很困难，於是又出现用机械压缩除去大部分水份后再处理。这一系列的清淤行动，不仅消耗大量资源，同时也不可避免对水环境造成不同程度污染，致使处理污泥成了一大难题。
污水处理厂污泥处理也很困难，广州“四大污水处理系统现时处理干污泥量160吨/日，湿污泥量约700立方米/日，各厂分别设置了治污浓缩和脱水设备，对污泥进行减量化处理。减量化后的污泥主要运输至津生污泥处置厂，进行除毒除害处理后，填埋或用于制作建筑材料后再利用。其余污水处理厂污泥均送至城市垃圾填埋场填埋。2010年包括白云区北部四大污水处理厂在内中心组团污泥量将达到1612立方米/日，超出津生污泥处置中心处理能力900吨/日（详见参考文件2 第30页）。现在广州还要建20多个新污水处理厂，将来污泥量超过数千吨/日，津生一个污泥处理中心已经因对附近地区环境造成污染，被人大代表提出迁厂要求，所以污泥不是有多少就可以处理多少的问题。河涌污泥虽然没有污水处理厂的有害浓度那么高，但其基本内容是一样的，而河涌清淤量如果短期（1-2年）要求全部清除，其总量非常巨大；仅以石井河为例，据报道，最大清淤厚度达6米。按平均3米、河宽20米计算，19.4公里需清淤116.4万立方米。如果用工厂处理津生日处理能力900吨/日，年处理33万吨，石井河的淤泥要处理3年以上，即使简化一些处理也要超过一年；广州200多条河涌清淤泥总量超过1亿吨，实际上是不可能用工厂处理的，必然有相当一部分会排放到干净的大地。所以完全用清淤解决截污后河涌残留污染物，并非唯一出路。
那么除了清淤还有没有其他辅助办法可使河涌不清或少清污泥？这就是本文要分析研究的问题；为了清晰问题性质，从清污淤泥与治残留污泥两个层面进行分析研究，以寻找新的出路。
一、清淤泥
自然河道当上游风化泥沙和人类活动排入河道的污染物，经过河道水流夹带，其中较粗颗粒在上中游下沉于河床，小颗粒向下游沉积，悬移质多数排入大海；也有不少小颗粒推移质也排入海口，形成两侧淤滩；如珠江三角洲，都是淤积的结果。但近海下游，由于潮汐出入动能关系，行潮河床淤积较少，珠江下游除因航道要求有些清淤以外，基本上可以长期保持主河床过水面积。即使黄河这么多泥沙，出海水道也不会淤积，而一些大中型内陆灌溉排水渠，因为没有潮汐动能的出入，容易在渠道比降变缓段淤积。如黄河的一些引水渠，经常要清淤。而所有淤积物绝大部分沉降在渠床，只要向渠床下挖，清理到原来渠床面上就大功告成；大河航道清淤，用大型挖泥船挖出一个航行要求深度的河槽就可以，这两种清淤都是挖河床。而且清出来的淤泥堆放在大地不会污染环境，有的还可以直接应用于制作建筑材料、筑堤填海等用途。这一些行动都可以叫做清淤泥。
二、广州河涌清污泥 把自然河道的清淤泥办法，移植到河涌清污泥，这就出现了前面讲的困难和问题，所以清污泥要从河涌污泥性质分析做起。
1、沉积 前期有个见解，认为河涌淤积很严重，但经过分析实际沉积物并不多，理由是：
⑴ 广州的河涌是受潮汐影响的，在其中南部各涌上下游基本都是潮汐进出区。由于潮出潮入，一定会夹带泥沙及污染物出涌，以保持潮水出入通道；故感潮河道的河床深度基本是稳定的，只有一些向河涌倾倒垃圾余泥的地方才会阻塞河涌。
⑵ 广州河涌长年水的来源主要是市区内的雨水和每日排入河涌的污水，由于大致没有上游山坡的泥沙流下，其淤积来源只是雨水冲刷地面污染物入涌和污水沉积物。广州每年降雨超过10厘米/日，能够产生迳流的时间不足30天；雨停后随着河涌潮汐多次进出，因为颗粒较小，基本可以带出。生活和工业污水，其化学成份污染是非常严重的，但其颗粒是比较小的，大多数溶解于水，也是可以带出的，所以河涌的淤积污泥是不会很多。那么为什么挖了淤泥还是发臭呢？
2、浸透 这一问题被忽视了，广州河涌土质都是沉积层砂壤土，其可入渗深度是很高的。多年污水运行，化学污染质渗入河涌底部和两侧比较严重；对砂壤土，其渗入深度与水压力和时间成正比。广州河涌高潮时涌内水深3-4米，长达二十多年的污水渗入土层较深。现以广州市二沙涌堤岸改造及绿化整治工程地质钻孔资料为例：全涌钻探控制长度3200米共成孔25个，平均孔距128米，最大孔距259米，最小孔距31米，200米孔距较多，占1/3；成果反映，最大污泥层7米，渗污层7.4米，污泥层平均深4.14米，渗污层平均2.26米。渠底高程出口-2米，渠尾-0.87米，中间-1.19米（详见表1）。再取2K15孔作典型柱状图可见污泥层4.2米，渗污层5.0米，两层合计10米（详见图1、2）。
表1 二沙涌堤岸工程地质纵剖面数据表
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孔号2K |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
孔距（米） |
0 |
55 |
46 |
41 |
59 |
|
渠底高度（米） |
-1.75 |
-1.7 |
-2.13 |
-1.49 |
-2 |
|
污泥层（米） |
3.2 |
4 |
4.5 |
5 |
2.6 |
|
渗污层（米） |
3.3 |
0 |
0 |
0 |
3.5 |
续上表
|
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
31 |
48 |
91 |
259 |
200 |
197 |
200 |
|
-1.52 |
-1.34 |
-2.9 |
-1.17 |
-1.94 |
-1.51 |
-1.25 |
|
2 |
3 |
2 |
4.5 |
6 |
7 |
5 |
|
4.1 |
3.5 |
4.2 |
2.4 |
0 |
0 |
3.5 |
续上表
|
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
20 |
|
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
210 |
|
-1.19 |
-1.38 |
-2.26 |
-2.13 |
-2.35 |
-1.79 |
-1.51 |
|
6.5 |
2 |
4.2 |
5.3 |
6 |
4.2 |
3 |
|
0 |
2.5 |
5.8 |
0 |
0 |
5.4 |
0 |
续上表
|
19 |
22 |
21 |
24 |
25 |
26 |
合计 |
最大 |
平均 |
|
166 |
141 |
96 |
97 |
60 |
39 |
3236 |
256 |
125 |
|
-0.59 |
-1.55 |
-1.3 |
-0.6 |
-0.64 |
-0.87 |
|
-2.35 |
1.55 |
|
3 |
7 |
5.5 |
0 |
4 |
4 |
103.5 |
7 |
4.14 |
|
0 |
3.3 |
0 |
7.4 |
3.5 |
4 |
56.5 |
7.4 |
2.26 |
注：2K孔号没有23号及20、21不按顺序是原图号系列。
以上这些数据已经说明，渠底高程较低，但起伏较小；比降约1/3000，而渠底以下污泥层和渗污层深度变化很大；所以水下清淤，根本无法掌握和控制深度。因为无法分段分层清污（这样会破坏涌底比降，过深处要回填），以及为确保涌出口不低于现有渠底和现有控制闸底板高程以便于与外河连接，也不能过度深挖。
有些设计不得已采用清淤高程，不低于闸底板高程，这样可以保证河涌正常比降，但清污效果就很有限。要彻底清除河涌内的污泥层和渗污层，不仅工程量巨大，而且会破坏河涌正常功能，深挖过大的涌段会成为“水塘”，河涌流态受影响。
以上情况只是用随机取一个较小河涌为标本的分析，实际广州200多条河涌地层情况和污染程度都不一样的，大型河涌情况会更严重。清污泥的工作与普通河道清淤的方法和内容都不同，二沙涌实测渠底高程较低，从进口-0.07米到出口-2米，底坡基本平缓，起伏不大；说明底部不是下沉淤积物为主，而是污染层为主。是以盲目清淤，效果较差。
河涌污水渗入不仅在底部而两侧也一样会渗入，其深度随两侧水压力高低而变化，基本上大下小，形成三角形。从污水渗透模型图（见图3）可以看出，河涌清污分成三部份：1. 清淤泥；2. 清渗透层底污泥；3. 清两侧渗透污泥。这一工作量是非常巨大的，而清出来的污泥处理将超过几亿吨。这种彻底清污实际上是很难实现的，而且有一定风险。如果按模型图分布范围挖除，断面随时都有坍方危险；渠底挖深也无法和河涌出口外河连接，形成内涌过低，外河水会倒灌入涌。低潮水出涌会破坏边坡稳定，如做硬化岸墙，其基础深度也要加深。为此要研究新的出路。
图3 污水渗透模型图
注： 1．以底宽4米，1 : 1边坡梯形内涌为例
2．此图仅为模型，实际情况会因水深变化和土质不同而改变入渗深度。
3．本模型图不包括地下水位在涌底3米以内的情况，如升入3米以内，因地下水被污水入渗后，其流动污染土层范围尚无观测资料，很难估计。
三、不清除污泥影响河涌修复水环境的对策
1、复盖 这里讲的复盖与十年前荔湾区做的涌顶复盖是不同的。
当时的复盖是盖住了河涌流动污水，同时将渠面变成陆地，两岸可不臭，但失去了水环境。以后要做的复盖是将部份或大部份淤泥和全部渗透污染层复盖起来。而河涌过水断面基本不变，形成一条新的无污染、能防渗的硬面河涌，这样渠底和两侧污染物只有很少的接缝和工程裂缝会渗出；如设计和施工处理得好，加上涌口有闸控制，在已经全部截污的河涌，就很快变成一条清洁的河涌。复盖工程技术也不复杂，一般用大块混凝土预制板，分段施工就可以。小型河涌可以用整体凵形或梯形预制件，进行无缝或少缝复盖（见图4）。
这样一来，上亿吨的污泥就地处理，可以免除前述清污泥带来所有对环境的影响，应当是可行的。看来工程量比较巨大，但效益远比清污泥大得多，而且在实际河涌整治过程中，已有相当大部分河涌建成了硬化岸墙，只不过多数是浆彻石结构，有些还会渗污水，只要在岸墙迎水面用100号砂浆衬5厘米厚防水层就可以起防渗作用；而渠底可以加建一层混凝土预制件护面防渗压污（见图5）。
图5 已整治河涌补建示意图
上述图3中尚有一层淤积层怎么处理？如前述，实际淤积层是不厚的，河涌现状都可以正常排水，不影响河涌潮进潮出，就在淤积层上用混凝土预制件复盖，也是一种可行方案。
如果淤积层过厚，涌底加盖会抬高了渠底，并影响到雨水的排入，这样就有必要进行清淤和整平底部；这项工作用水下开挖很难做好，即使勉强去做，下一工序的混凝土预制件也无法安装，两项工作都要求将河涌排干才能顺利进行，而排干又必须在涌出口有控制功能的闸和排灌泵站，简称为“泵闸”。在河涌出口建设和改造现有排水“泵闸”并不很困难（详见参考文件3）。
当有“泵闸”利用旱季排干涌内积水后，因为淤泥还是饱含水量，开挖和运输都不方便，排放到那里都有问题，所以最好的办法是在涌底一侧挖一条排水沟，利用“泵闸”较长时间降低涌底水位（见图6），另一侧淤泥就处于排水和风干状态。旱季长达五个月（10 — 2月），淤泥含水率经过10多天甚至一个月，会有较大幅度的降低，并开裂成块状，这一段时间又处于长期暴晒，淤泥水份蒸发同时，也会带走一部份化学污染物；如遇小雨，排水沟的水流到涌出口可用泵排出，雨水又会对污泥有一定的渗透排污作用。
图6 排水沟设置示意图
以上方法清除污泥，含水率可以降低一半以上，污泥成块状开挖和运输都较方便，也可以有效平整涌底和安装混凝土预制板压污。但清出去的污泥，含污染物仍然较多，有没有可能减少一点？我们在学习和消化天津市环境科学会的 “复合生物浮床” 试验成果中得到一些启发。“环境矿物材料、植物根系和微生物结合生物浮床 …… 去除景观水体中导致其富营化、NH4＋、N、TN、P等元素及至一些有机物 ……”。
“环境矿物材料与微生物复合实验 结果表明，以环境矿物材料与微生物复合的组合式水体净化系统处理景观水体SS去除率83 % 、COD 去除率 76 % 、BOD去除率 75 % 、TP和TN去除率 80% ”。所使用的材料：矿物是沸石、珍珠岩、海泡石、活性碳与沸石复合、钢渣改性岩棉等。植物主要有灯心草、大米草、黑麦草，还有美人蕉、宽叶香蒲、凤眼莲、金鱼藻、眼子菜等（详见参考材料2 第47页）。
这些试验成果，是在水上浮床获得的，是对污染水体的去除的效果。广州河涌抽干以后，露出来的污泥，含水率是100%，污染物质与水体是一致的，污泥含污浓度可能比水体更多。是否可以用种草和加矿物质，处理后再外运。旱季长达5个月，有足够时间去除部分污染物。另外，在暴露污泥中种草，至少可以吸收大量氮、磷，几个月从放种子到成草也足够。这样可以再加些矿物质去除污物，这些草根系发达，可以有效固定污泥，这时再成片挖出，外运到需要建草皮的地方营造绿地，可以避免乱排放；同时对渗透污染层表面也会有一些去污效果。
广州河涌用生物和矿物治污，做过许多试验，也有成功的范例，但都是对水体的，对截污后修复河涌水环境的重要组成部分污泥和渗透污染层的生物和矿物治污的试验研究基本没有进行。例如在使用混凝土预制板压污的同时，在底层放一些矿物治污材料，以加速渗透污泥的净化和降解，是值得试用的技术。
广州中南部河涌较小，基本没有“外来水”， 潮水上溯区有很多接近全涌上下游，这些河涌实质上其功能就是排水渠；渠底和两侧复盖，其排水渠性质变化不大；如处理得好对景观也可改善。用复盖方式治理河涌污泥可以达到“立竿见影”的效果，对中小型河涌无疑是一种可行的技术措施。
复盖办法，本身也有缺点，它会失去了自然河涌的部分功能，变成以排水为主的人工硬化渠道。早期对土生鱼虾的条件减弱，即使水清了，水生生物要靠外江潮水带入或人工放养，有一点养鱼池的感觉，致使天然性有所缺失。
那么有没有不复盖又不清污泥的处理办法呢？在学习国内外修复水环境技术基础上，结合广州河涌实际情况，提出以下治理污泥对策：
2、水体置换 用水体置换改善水环境在国内外广泛应用。如南韩首都首尔市，就用汉江水，对河涌进行水体置换，获得良好效果，因而大幅减少污水处理工程。我国大型湖泊，被污染也是靠水体置换而减轻污染，甚至维持平衡；从表2可以看出，湖水能否防富营养化，关键在换水周期，污染最严重的滇池仅靠天然降雨换水，要2.5年才能换一次，所以长期污染花了几亿元治污仍然无起色，太湖因为309天换一次水，无法阻止富营养化；以至在2007年4月，太湖西北部湖湾梅梁湖等出现兰藻大规模暴发，水质变黑，当时采取紧急措施“及时利用梅梁湖泵站引流，实施引江济太，加快了贡湖和梅梁湖等水体流动”（详见参考文件2 第9页），很快缓解了太湖兰藻事件，使太湖水质明显改善，由此水厂可以正常抽水。其他洞庭湖等因为有长江水调节，换水周期短，只有20～35天，水质长期保持稳定；只有巢湖有些问题，也是因为换水周期达到168天的影响造成，可见换水对改善水环境明显。下面为加深分析研究和说明水体置换的功能条件、方法和存在问题，以便更好的应用於广州河涌水环境修复。
表2 湖泊换水周期比较表
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湖泊 |
太湖 |
洞庭湖 |
鄱阳湖 |
洪泽湖 |
巢湖 |
滇池 |
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换水周期 |
309天 |
20天 |
57天 |
35天 |
168天 |
2.5年 |
⑴ 水体置换的功能
① 改变水污比 当较清的水调入污水河涌，其水污比就从0︰1变成调入水总量与残留涌污水成正比，污水就变成较淡的混合水，其清淡度受污水浓度和调入水质决定。有专家称，调入Ⅲ类清水，混合河涌Ⅴ类污水，其清污比长期达到8︰1，并经常保持流动，河涌就可以基本净化。
② 曝气增氧 国内官厅水库治污经验“在官厅水库坝后至珠富水库区间40多公里的河道内，构建天然曝气段，增加水流滞留时间，提高河道水体净化能力”（参考文件2 第55页）。广州当河涌被截污后，除潮水上溯段外，涌内就基本没有水，调入清水即增加河涌水深，梯形断面还会增加水面面积，增加水滞留时间，构建成新的天然曝气段。在调水入涌和换水排水过程中，特别前期高密度换水（几天一次），增加了水体的流动性，提高了增氧和水体的自净能力。
③ 排污 广州河涌大部分没有上游推移质泥沙下来，生活和工业污水泥沙较少，很多污物可溶于水，每换水一次，就可以把部分污物排出；由于流速加大，也可以带出部分小颗粒污泥，长期高密度置换，污泥会逐渐减少，以致带不走的粗污泥也得到一定程度的清洗。
⑵ 可以用水体置换的条件
① 清水源 要引清置换必须有比污水清一些的大水源，换入水越清，置换周期越短，密度越高，净化效果越好。同时置换是整体调换，也就是说，一条河涌，只要把原有的污水排干，换入新的清水；其用水量是很大的，仅靠天然降雨远远不够，好在广州可以抽珠江及其支流，比河涌多几千倍的水入涌置换，而且在任何时间和季节都有。珠江水质是Ⅲ～Ⅳ类，以后还会改善。
② 有足够设施可以保证随时调水和排水 在广州最好的办法是用“泵闸”，调珠江水入涌，前几年曾使用过水闸高潮引入低潮排；，因为广州潮差小，平均仅1.5米，又受6小时半日潮控制，置换率最高只有50%；旱季低潮期置换率更低，效果并不理想。如用排涝水泵改成排灌两用，抽水入涌，高潮排水困难也用水泵排水，可加大置换率达到100%。
③ 换出去的水要有容纳条件 国内几大湖换水都是引长江水上部调入，置换后的污水在下部再排入长江或其支流，因为长江水量大，置换水的体积仅为长江水的几百甚至几千分之一。所以不影响长江的净化条件。珠江水流量也是广州河涌的几百～几千倍，而且距出海较近，其容纳和排除条件都较好。
④ 应在基本完成截污的河涌进行 为了防止污水转移，清污置换工作必须在截污工程完成后，并达到污水截除率90%以上，才能用抽珠江水置换，否则当全部污水排入珠江时，即使占总水量不大，也是不允许的。
⑶ 水体置换的方法 自然河涌上游有较大清水流入河流，只要截污后大规模减少入河污水，河流就可以逐步自然净化；珠江广州段十年前旱季黑臭，后来上游及广州治污大量减少污水入珠江，现在已经达到Ⅲ～Ⅳ类水，将来上游及广州污水处理工程完成后，珠江变清是可以期待的。
广州河涌特别是“内涌”，基本没有“境外” 水下来，截污以后，非降雨天（每年约300多天）涌内就没有水了，仅仅有自然潮汐上溯入河涌的一点水，其上溯距离很短，而且受6小时半日潮影响，较长一些河涌受高潮顶托，排水条件受限制，涌内潮水滞留有一段时间，流速缓慢甚至部分时间停滞，大大减弱了夹带泥沙和污物的能力；低潮有的涌“露底”， 污染物发臭；而对于潮水上溯不到的上段河涌，在非降雨日，就长期成了“干涌”，涌内污物残积污水，比截污前更加浓缩黑臭。所以截污后的河涌必须用“泵闸”人工调水入涌，增加水污比，扩大上溯距离，加快涌内水流动和增加流动时间。经过一段时间水体置换，可望恢复河涌自净能力。为达到上述要求，最好的办法是利用新建或改建河涌出口“泵闸”，达到抽水入涌和加快溶解和带走污物的目的；有关“泵闸”新建和改建的具体技术措施，详见参考文件3。
⑷水体置换存在问题 采用“泵闸”抽水入涌可以增加水深和上溯距离，但仅仅限于现有涌口堤防的高度范围，再往上游超高的河涌迴水就不能到达，广州南部一般地面不高于3米（珠基），加上堤防作用，迴水控制区在3米高 左右，基本可以复盖中南部；而北部河涌就要进行二级甚至多级抽水；在广州河涌整治规划中，看到了北部河涌截污后会缺水的情况，规划了北部补水方案，后来发展为“三涌”补水工程；相信工程完成后，可以缓解北部河涌缺水和部分置换作用。但工程较巨大，只能补三涌水，而不能复盖北部所有河涌；但对泵站和送水渠的设计流量是按补水还是置换要求则值得商榷。
3、其他办法 在前期实践过程中，为解决污泥水份过大，有关部门在河涌上部露底涌内采用化学固化技术，成功将含水率过高的淤泥固化成块，方便了挖除和运输。固化防渗在国内有很多实践（详见参考文件2 第69页），但多数用于防止渗漏。既然能防止水面下渗，自然也可以防止底部污染层的污物渗出，已经固化的底泥是否可以不挖出，成为反渗体。如果固化底泥不被雨水入涌流动冲刷而破坏，就起到了复盖的作用。究竟防渗能力和抗水流冲刷的能力是多少，可以完全在现场和实验室检测出来的，可惜这方面的研究还没有进行。
此外，用生物和化学处理修复被污染河涌在这几年有了长足的进步，广州也有一些河涌成功的范例可供参考。
结论：自然河道清淤和被污染河涌恢复水环境治污有着本质的不同，前者是清挖河底，后者是综合治理；采用复盖、水体置换、固化底泥、生物治污等技术，基本可以不挖污泥达到加快修复水环境的目的。
参考文件
1、广州市河涌整治规划 广州市水利水电勘测设计研究院
2、水环境、水资源可持续利用与保护论文集（2007年京、津、沪、穗、连五城市科协学术论文集）
3、广州市河涌利用水闸和排涝泵站加快治理水环境的研究广州市老工程师协会江修恭、曾宪岳
4、中国高等植物图鉴 科学出版社1972年5、广州市二沙涌堤岸改造及绿化整治工程地质勘察报告
