土工管袋脱水固化法在外沙湖底泥疏浚与处置工程中的应用

检测项目
pH 值(无量纲) 溶解氧（mgL） 化学需氧量（mg/L） 五日生化需氧量（mg/L） 氨氮（mgL） 透明度（cm） 高锰酸盐指数（mg/L） 总磷（mgL） 总氮（mgL） 叶绿素 a（mgL）
数值
7.05 13.0 27.2 5.5 0.239
53 6.92 0.117 2.72 0.030
单项指 标类别
Ⅰ类 Ⅳ类 Ⅳ类 Ⅱ类
Ⅳ类 Ⅴ类 劣Ⅴ类 Ⅰ类
水质类 别
劣Ⅴ类
综合污染指数 （八项指标）
0.8
湖泊富营养化状态 综合营养指数 营养状态
61.7
中度富营 养化
5结语
通过以上土工管袋脱水固化法在外沙湖污染底泥疏浚与处置工程实践的介绍，可以看到：采 用土工管袋脱水固化法处置污染底泥处置的40万m3淤泥，装袋60天时淤泥含水量仅为46.9%，相 比水下淤泥体积减量30%，固化后淤泥土符合《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中绿化用土 要求，全部就近用于沙湖公园，使城市湖泊清淤成功实现了“四化”，即减量化、无害化、稳定 化及资源化利用。处理后的余水清澈透明，悬浮物指标SS小于20mg/l，达到国家污水综合排放水 一级标准，检测指标显示余水水质好于原湖水。检测结果表明外沙湖污染底泥疏浚后，水体污染 程度得到有效减轻，综合污染指数由4.1降低到0.8，综合营养指数由73.2降低到61.7，营养状态 由重度富营养化减轻到中度富营养化，为下一步对外沙湖水体进行生态修复创造了条件。
单项指标 类别
Ⅰ类 Ⅴ类 劣Ⅴ类 Ⅱ类
Ⅳ类 劣Ⅴ类 劣Ⅴ类
Ⅱ类
水质 类别
劣Ⅴ 类
综合污染指数 （八项指标）
4.1
湖泊富营养化状态 综合营养指数 营养状态
73.2
重度富营 养化
王景芸 闫 洁：土工管袋脱水固化法在外沙湖底泥疏浚与处置工程中的应用
图 1 外沙湖污染底泥清除前照片
3 工程设计
3.1 清淤方案
2 工程概况
武汉市外沙湖位于武昌中央活动区、中北路与友谊大道之间，是武汉市内环线内最大的湖泊，
同时是“大东湖”生态水网构建工程的重要湖泊之一。外沙湖水域面积 308 公顷，汇水面积 1880
公顷，岸线长 9km，湖底呈锅底型，水位四周较浅湖心较深，平均水深约 2.5m，局部达 6 m，为
浅水型湖泊，主要功能为雨水调蓄，水质管理目标为Ⅳ类。武汉市自 2007 年已开始实施外沙湖
图 3 土工管袋脱水固化法处置污泥的工艺流程图
王景芸 闫 洁：土工管袋脱水固化法在外沙湖底泥疏浚与处置工程中的应用
4 工程实施效果
（1）淤泥减量及尾水处理效果 本工程于 2009 年 9 月 22 日正式开工， 2010 年 3 月底完成全部水下疏浚工作，共投入 480 条土工管袋，6 月底污染底泥处置已基本已完工。水下环保疏浚出的近 40 万 m3 淤泥，疏浚上岸 后含水量达 90%以上，呈泥浆状，土工管袋脱水固化法装袋 60 天后淤泥含水量仅为 46.9%，相比 水下淤泥体积减量 30%，土工管袋脱水效率曲线如图 4 所示。处理后的尾水清澈透明，悬浮物指 标 SS 小于 20mg/l，达到国家污水综合排放水一级标准，其他检测指标显示余水水质好于原湖水， 土工管袋沥水见图 5。尾水与原水相比，水总磷含量下降的幅度最大，下降了 67~79%，总氮含量 下降了 17~32%，表明土工管袋脱水工艺有脱磷除氮的作用，尾水水质明显好于原湖水。
本工程的实践表明，土工管袋脱水固化法在外沙湖污染底泥疏浚与处置工程中的应用是成功 的，本工程的经验可供类似工程参考。
王景芸 闫 洁：土工管袋脱水固化法在外沙湖底泥疏浚与处置工程中的应用
参考文献
[1]胡保安. 环保疏浚泥浆脱水干化技术研究进展.水资源与水工程学报，2009，20(4):132-136. [2]袁永强，甘露，刘瀚和，李道明. 土工管袋脱水技术在环境保护中的应用研究. 有色冶金设计
是污染程度得到有效的减轻，综合污染指数由 4.1 降低到 0.8，综合营养指数由 73.2 降低到 61.7，
营养状态由重度富营养化减轻到中度富营养化，表明外沙湖污染底泥疏浚与处置工程是成功的，
为下一步对外沙湖水体进行生态修复创造了条件。
表 2 外沙湖污染底泥疏浚后水质检测分析表
检测 时间
2009 年 7月
王景芸 闫 洁：土工管袋脱水固化法在外沙湖底泥疏浚与处置工程中的应用
土工管袋脱水固化法在外沙湖底泥疏浚与 处置工程中的应用
王景芸 闫 洁
（武汉水资源发展投资有限公司，湖北 武汉 430014）
【摘 要】：外沙湖水域面积 308 公顷，为浅水型湖泊，水质呈重度营富养化。为改善外沙湖水 质，促进区域经济发展，武汉市政府要求进行外沙湖底泥疏浚与处置，解决湖泊内源污染问题， 工程设计清淤量 100 万 m3。由于外沙湖位于武汉市中心区，周边居民密集，污泥堆场狭窄，湖泊 污染底泥疏浚的后处理十分重要，一旦处理不当，极易造成二次污染，影响周边居民的生活。该 工程经过多种方案的比较分析，采用三种污泥处置工艺，其中 40 万 m3 采用土工管袋脱水固化法 处理。现工程已完工，经检测，外沙湖水质营养状态由重度富营养化减轻到中度富营养化，且经 该法固化处理后的淤泥土已用于沙湖公园的建设，实现了淤泥资源化利用。本文主要介绍土工管 袋脱水固化法在外沙湖污染底泥疏浚与处置工程中的成功应用。 【关键词】：浅水湖泊，环保疏浚，污泥处置，土工管袋脱水固化法
清除前照片见图 1。
外沙湖水环境现状严重影响了周边居民的生活，影响区域经济的发展。为改善外沙湖水质，
促进区域经济发展，武汉市政府要求进行外沙湖底泥疏浚与处置，解决湖泊内源污染问题，以保
证外沙湖水体不会因底质污染物释放而造成污染，为下一步湖泊水生态修复、周边环境整治及大
东湖生态水网连通创造必要条件。
表 1 外沙湖污染底泥疏浚前水质检测分析表
王景芸 闫 洁：土工管袋脱水固化法在外沙湖底泥疏浚与处置工程中的应用
湖泊水体一旦受污染后，水质改善是一项长期的系统工程，需要采用多项综合措施来逐步修
复水体，才能逐步提高水质类别。外沙湖污染底泥疏浚后，2010 年 7 月对该湖水质进行了检测，
检测分析见表 2。对比表 1、表 2，可以看出外沙湖污染底泥疏浚后，水质尽管仍为劣Ⅴ类，但
根据设计方案，围梗西侧的 E、I 区由于高程较低，无污染层，所以不疏挖。其余区域采用 干湖机械疏挖和水下环保疏浚两种方式划分区域分别进行，其中干湖机械疏挖 20 万 m3，水下环 保疏浚 80 万 m3。具体清淤范围如图 2 所示。
3.2 污染底泥处置方案
外沙湖底质主要污染物是总氮和镉，按照《土壤环境质量标准》评价其超标倍数不到 2 倍， 同时水体中镉未检出，可见底质中的镉是以较稳定的化合形态存在的，在环境条件改变不大的情 况下，底质中的镉不会对环境造成影响。而氮作为植物生长的必要元素，其大量存在表明污染底 泥可以作为土壤有肥力。因此外沙湖疏挖的污染底泥可以用于植物种植及填土造地，不会对堆放 地造成二次环境污染。
1 引言
土工管袋(Geotube)是一种由聚丙烯纱线编织而成的具有过滤结构的管状土工袋。土工管袋 脱水固化法是在水下疏浚的过程中将高分子絮凝剂按一定比例剂量的溶液投入到淤泥泥浆，充分 混合后充填到土工管袋中，经压滤脱水并固结，从而达到减少污泥体积的效果。土工管袋脱水固 化法具有以下优点：①土工管袋直径可根据需要变化（1~10m），长度最大可达到200m；②土工管 袋容积调节范围大，运输安装简便，可塑性强；③土工管袋强度、过滤性能和长期抗紫外线性能 高[1-3]；④土工管袋容器能叠放几层，以最大化的利用土地；⑤处理每立方米的污泥单价较其他 固化方法低；⑥施工方便快捷，施工期短；⑦为全封闭施工，不易造成二次污染；⑧从土工管袋 中滤出的水比淤泥混合液中有害元素指标减少92% ~ 96% , 滤出水完全达到了相应的排放标准 [1,45]。由于上述优点，土工管袋脱水固化法近年来已被广泛应用于环境保护、水利、工业、农业
与研究，2009，30(6):53-55. [3] Ing E A, Ramir o R, Her ber t R. Beach Resto ration with Geo text ile Tubes as Submerg ed
截污工程，目前，污水入湖问题已经基本得到解决。根据 2009 年 5 月水质检测数据，外沙湖水
质为劣Ⅴ类，主要表现为生化需氧量、总氮、总磷超标，其次是高锰酸盐指数，根据《湖泊（水
库）富营养化评价方法及分级技术规定》对外沙湖水体营养状态进行评价，结果表明该湖泊已呈
重度富营养化（HT），有少量蓝藻爆发。外沙湖污染底泥疏浚前水质检测分析见表 1，污染底泥
王景芸 闫 洁：土工管袋脱水固化法在外沙湖底泥Leabharlann Baidu浚与处置工程中的应用
图 2 外沙湖污染底泥疏浚分区图 考虑到污染底泥未经处置前难以清理、运输、堆放及利用，所以必须在再利用之前必须对污 染底泥晾晒或进行固化处理。根据污染底泥清除方式及污染底泥处置后的用途，采用不同的污染 底泥处置方式。其中干湖疏挖的 20 万 m3 污染底泥采用自然暴晒氧化法，水下环保疏浚的 80 万 m3 污染底泥采用土工管袋脱水固化法、机械脱水固结一体化法各处理 40 万 m3。 本工程土工管袋脱水固化法絮凝剂选用市政污水厂常用的污泥脱水药剂聚丙烯酰胺（PAM）。 结合本工程特点，加药设备采用移动式加药站，加药能力与挖泥船干泥输送量的能力相匹配，絮 凝剂通过输药管道经混合器与排泥管中淤泥充分混合后充填入管袋，大大加快淤泥脱水时间。土 工管袋选用高韧聚丙烯纱线编织而成，管袋横向抗拉强度95kN/m，纵向抗拉强度70kN/m，横向延 伸率10%，纵向延伸率15％，顶破强度7kN，等效孔径0.3mm，渗透性13 l/m2·s。其工艺流程如 图3所示。
y含水率%
80.00% 70.00% 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00%
管袋脱水污泥含水率随时间变化曲线图
0
15
30
45
60
固化时间（天）
图 4 土工管袋脱水效率曲线图
图 5 外沙湖污染底泥处置中土工管袋沥水图
（2）淤泥固化土质量 在工程实施过程中，对土工管袋固化后的淤泥取样 5 组进行检测。检测报告显示：(1)淤泥 固化土镉含量达到《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）中三级标准，主要适用于林地用土， 土壤质量基本对植物和环境不造成危害和污染；(2)铜、铅、铬、锌含量达到一级标准，主要适 用于国家规定的自然保护区、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保护区的用土，土壤质 量基本保持自然背景水平。经土工管袋固化后的淤泥土全部就近用于沙湖公园建设的绿化用土， 大幅降低运输、占地费用。 （3）湖泊原水改善效果
王景芸 闫 洁：土工管袋脱水固化法在外沙湖底泥疏浚与处置工程中的应用
等领域[5,6]。 在武汉外沙湖底泥疏浚与处置工程中，有40万m3的污泥采用了土工管袋脱水固化法进行处
理。现工程已完工，经检测，外沙湖水质营养状态由重度富营养化减轻到中度富营养化，且经该 法固化处理后的淤泥土已用于沙湖公园的建设中，实现了淤泥资源化利用。本文主要介绍土工管 袋脱水固化法在武汉外沙湖底泥疏浚与处置工程中的成功应用。
检测 时间
2009 年 5月
检测项目
数值
pH 值(无量纲) 溶解氧（mgL） 化学需氧量（mg/L） 五日生化需氧量（mg/L） 氨氮（mgL） 透明度（cm） 高锰酸盐指数（mg/L） 总磷（mgL） 总氮（mgL） 叶绿素 a（mgL）
7.05 8.24 33.95 14.7 0.265
45 9.695 1.605 11.6 0.01
根据底泥质检测结果，外沙湖底泥污染层平均厚度为 0.23m，过渡层平均厚度为 0.51m，平 均含水量为 70%，主要污染物质是镉和总氮，根据《土壤环境质量标准》，表层和中间层平均镉 含量分别超标 1.82 倍和 1.42 倍，总氮表层平均含量为 1858.4mg/kg，属污染；中层平均含量 为 854.7mg/kg，属轻度污染，深层底质则几乎无污染。疏挖中既要去除污染底泥，又要尽量减 少非污染底泥的超挖，以避免破坏湖泊底部的自然湖泥层[5]。根据将污染层全清除、过渡层清除 一部分的原则，设计污染底泥清除厚度为 0.35～0.7m，污染底泥清除量约 100 万 m3。