唐彤芝，吳月龍，叢 建，彭 劼，姚雪軍，張洪瑋

(1. 南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京 210029； 2. 南京瑞迪建設(shè)科技有限公司，江蘇南京 210029； 3. 河海大學(xué)，江蘇南京 210098； 4. 溫州浙南地質(zhì)工程有限公司，浙江溫州 325006)

河湖清淤吹填土固結(jié)硬化及生態(tài)處治效果

唐彤芝1，吳月龍2，叢 建1，彭 劼3，姚雪軍4，張洪瑋2

(1. 南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京 210029； 2. 南京瑞迪建設(shè)科技有限公司，江蘇南京 210029； 3. 河海大學(xué)，江蘇南京 210098； 4. 溫州浙南地質(zhì)工程有限公司，浙江溫州 325006)

河湖清淤吹填土含水率高，流動(dòng)性大，具有污染性。無砂真空排水預(yù)壓法在固結(jié)硬化吹填土，提高其強(qiáng)度和承載力方面效果顯著。受環(huán)形流道、落淤分選的影響，同一堆泥場(chǎng)內(nèi)不同區(qū)域的地基沉降和超靜孔壓的變化存在一定差異性。無砂真空預(yù)壓法具有較好的阻隔、過濾、吸附有機(jī)污染物等凈化功能，經(jīng)歷堆置沉淀、負(fù)壓抽吸、尾水沉淀和水生植物過濾吸附后排放的水體中有機(jī)質(zhì)和總磷(TP)含量大幅減小，污染綜合指數(shù)由0.8～1.0降到0.7，基本滿足地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。固結(jié)后吹填土中的有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷含量大幅度降低，有機(jī)污染指數(shù)提高了1個(gè)等級(jí)。重金屬含量符合土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，重金屬的浸出毒性指標(biāo)低，對(duì)地表水無污染，重金屬污染程度的計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果總體為輕微。

吹填土； 真空預(yù)壓； 生態(tài)處治； 有機(jī)污染物； 重金屬

采用水力強(qiáng)制絞吸、管道輸送吹填方式對(duì)河湖、水庫、港口航道等進(jìn)行清淤疏浚，以提高河道、水庫儲(chǔ)水行洪能力、航道安全通行能力，改善河湖庫區(qū)水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境，保障城鄉(xiāng)供水安全，社會(huì)、環(huán)境效益十分顯著。水體底泥沉積物的成分與性質(zhì)很復(fù)雜，含水率高、強(qiáng)度低，含有污染性物質(zhì)或元素，如有毒重金屬(Hg，Cr，Pb，As等)、有機(jī)污染物(N，P等化合物)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的江湖河庫底泥污染率達(dá)80.1%。河湖清淤泥水通過管道輸送到排泥場(chǎng)堆置，經(jīng)自然晾曬或固化處理后形成具有一定強(qiáng)度和承載力的吹填土地基，可用作工農(nóng)業(yè)開發(fā)建設(shè)[1-2]?，F(xiàn)有研究對(duì)代表性大型湖泊、水庫的底泥污染特征、種類、成因以及懸浮遷移累計(jì)規(guī)律特性、底泥與水體的相互作用、環(huán)保疏浚技術(shù)與工藝設(shè)備、污染性評(píng)價(jià)等開展了大量工作，取得了較豐富的成果[3-5]，對(duì)河湖生態(tài)治理工程建設(shè)具有重要指導(dǎo)意義。

為加快建設(shè)周期，常采用無砂真空排水預(yù)壓法[6]對(duì)清淤吹填土進(jìn)行固結(jié)硬化處理，該方法利用管道集排、負(fù)壓抽吸，不添加任何固化劑，是純物理形式、純生態(tài)的地基處理方式。然而吹填土堆置經(jīng)自然沉積后溢流排放的自由浮水，以及在負(fù)壓排水固結(jié)處理過程中吹填土體排放出來的孔隙水，往往攜帶氮磷、水溶態(tài)或離子交換態(tài)的重金屬和有機(jī)物等污染物，且污染物大多附著在微細(xì)顆粒上，懸浮難沉降。

本文結(jié)合太湖生態(tài)清淤工程對(duì)無砂真空預(yù)壓法的固結(jié)硬化規(guī)律和效果進(jìn)行了分析[7]，對(duì)硬化過程中排放的水體水質(zhì)、硬化后地基土體內(nèi)的重金屬含量進(jìn)行了測(cè)試，研究和評(píng)價(jià)了水質(zhì)和土壤重金屬的污染性和“減量化”去污效果。

1 工程概況與處治方案

1.1 工程概況

蘇州市吳江區(qū)一水廠水源地生態(tài)清淤吹填土固化工程，需清淤約92萬m3，絞吸吹填管道輸送至兩個(gè)排泥場(chǎng)自然靜置落淤約1個(gè)月，排出表層浮水。排泥場(chǎng)位于廟港村，面積約為23萬m2，吹填土堆置高度平均約為4 m。在太湖內(nèi)的吹填取土區(qū)對(duì)太湖原水取樣測(cè)試主要水質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果為：pH值6.8；SS值(總懸浮固體)96.2 mg/L；TN(總氮),TP(總磷),TC(總碳)分別為：1.054, 0.129和21.64 mg/L。取距進(jìn)泥口較遠(yuǎn)處的流動(dòng)態(tài)“泥水混合物”，測(cè)試天然堆置狀態(tài)下吹填土主要物理性質(zhì)，見表1。清淤吹填土含水率超過100%，約為液限含水率的3倍，以粉粒和黏粒的細(xì)顆粒為主，粒徑大于0.075 mm的粗顆粒含量?jī)H占6.1%，塑性指數(shù)為21.9，為典型的超軟高含水量細(xì)顆粒黏性土。

表1 天然堆置吹填土主要物理性質(zhì)Tab.1 Physical indexes of filled mud before improvement

圖1 排水固結(jié)法剖面Fig.1 Profile of drainage consolidation

1.2 排水固結(jié)硬化方案

采用淺層無砂真空預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行固結(jié)硬化處理，“板-管一體化”施工和逐級(jí)加泵抽真空，處理后地基表面承載力特征值≥50 kPa，如圖1所示。

1.3 生態(tài)處治方案

清淤底泥經(jīng)管道吹填至排泥場(chǎng)后，采用“環(huán)形流道+閘式泄水+多級(jí)溢流+多級(jí)沉淀、水生植物過濾帶”相結(jié)合的方式進(jìn)行生態(tài)處治，平面布置見圖2。

圖2 工程平面布置Fig.2 Project layout

方案要點(diǎn)：①鏟除堆泥場(chǎng)底部表層浮土，整平后碾壓數(shù)遍密實(shí)。四周圍堰采用黏粒含量高、滲透性低的黏土進(jìn)行分層碾壓堆筑而成，從而形成防滲層，吸附阻隔吹填土中的污染物質(zhì)[8]。

②采用閘式泄水口，并將其設(shè)置在場(chǎng)內(nèi)吹填死角，盡可能遠(yuǎn)離進(jìn)泥口位置。通過閘門的開啟提放，來控制排泄流量，改善泥漿沉淀效果，減小流失及提高堆泥場(chǎng)平整度等。③堆泥場(chǎng)內(nèi)根據(jù)泄水口總體走向，設(shè)置由溢流堤和隔堤組成的環(huán)形流道，增加淤泥落淤行程，增強(qiáng)顆粒促淤分選效果。距進(jìn)泥口由近到遠(yuǎn)，沉淀泥顆粒由粗到細(xì)，含泥量大大降低，有利于污染物的懸浮、漂流和排放。④閘式泄水口排放的尾水通過“沉淀池+水生植物過濾帶+溢流堰”兩級(jí)生態(tài)處置，實(shí)施沉淀、植物吸附過濾和物理阻隔等強(qiáng)化措施，進(jìn)一步減少含氮、磷等污染物總量或濃度，以保障水質(zhì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 檢測(cè)方案

設(shè)置真空度、表層沉降、孔隙水壓力等現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)項(xiàng)目，進(jìn)行十字板剪切強(qiáng)度測(cè)試，取土樣進(jìn)行室內(nèi)物理試驗(yàn)，研究河湖清淤吹填土的固結(jié)變形特性，評(píng)價(jià)檢驗(yàn)地基固結(jié)硬化效果。取樣測(cè)試吹填土處治過程中有機(jī)質(zhì)、氮磷元素、重金屬元素含量以及浸出毒性指標(biāo)，研究污染物的遷移變化過程，分析處治過程中排放的水體是否達(dá)標(biāo)、固結(jié)硬化后的土體環(huán)境質(zhì)量等級(jí)，是否對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生二次污染等。

2 吹填土固結(jié)硬化處治效果測(cè)試分析

2.1 負(fù)壓排水固結(jié)變形性狀

圖3～4給出了吹填土地基膜下真空度和泥面沉降的變化過程，從中可以分析河湖吹填土在負(fù)壓排水固結(jié)聯(lián)合生態(tài)處治過程中體現(xiàn)出的比較獨(dú)特的性狀規(guī)律。

圖3 膜下真空度變化曲線Fig.3 Vacuum degree curves

圖4 泥面累計(jì)沉降量變化曲線Fig.4 Surface settlement curves

考慮到吹填泥十分稀軟，泥面浮水多，土顆粒呈懸浮態(tài)，流動(dòng)性大，采用逐步加載法進(jìn)行抽真空，水、土、氣在由小到大逐漸提高的負(fù)壓抽吸作用下逐步移動(dòng)、匯聚和排出，膜下真空度呈波動(dòng)性上升。當(dāng)水、土、氣的移動(dòng)、匯聚達(dá)到有序狀態(tài)時(shí)，膜下真空度進(jìn)入持續(xù)穩(wěn)定階段。逐步加載抽真空方式可有效減免水平管路和豎向排水體的淤堵，保障負(fù)壓排水的長(zhǎng)期通暢，較適合于清淤吹填土的固結(jié)處理。

從圖4的沉降觀測(cè)結(jié)果來看，環(huán)形流道的總體方向是：1區(qū)(累計(jì)沉降量403 mm)→2區(qū)(累計(jì)沉降量639 mm)→3區(qū)(累計(jì)沉降量794 mm)→6區(qū)(累計(jì)沉降量639 mm)→5區(qū)(累計(jì)沉降量728 mm)、9區(qū)(累計(jì)沉降量981 mm)、8區(qū)(累計(jì)沉降量875 mm)→4區(qū)(累計(jì)沉降量860 mm)→7區(qū)(累計(jì)沉降量891 mm)。越靠近進(jìn)泥口顆粒越粗，越容易沉淀，沉降量較少且易穩(wěn)定收斂；越遠(yuǎn)離進(jìn)泥口，顆粒越細(xì)，越不易沉淀，沉降量較大，但收斂慢。不同分區(qū)沉降的差異性體現(xiàn)出環(huán)形流道具有延長(zhǎng)泥漿流程、減緩流速、促進(jìn)顆粒落淤分選的功能，可提高堆泥場(chǎng)充淤容量，有利于污染物懸浮排流。按變形計(jì)算吹填泥層的平均固結(jié)度均達(dá)到80%以上。

圖5列出了位于環(huán)形流道兩個(gè)不同區(qū)域的淤泥地基內(nèi)超靜孔壓的變化過程，可以看出，淺層的負(fù)超靜孔壓較大，深層相對(duì)較少，符合一般規(guī)律。受環(huán)形流道對(duì)泥漿沉積和顆粒落選的影響，超靜孔壓的分布呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域特征。2區(qū)位于第1道溢流堤后方，靠近進(jìn)泥口，粗顆粒容易沉淀且含量較多，4區(qū)位于縱向隔堤的后方，距進(jìn)泥口較遠(yuǎn)，細(xì)顆粒含量增加。淺層1～2 m范圍內(nèi)2區(qū)的負(fù)超靜孔壓明顯大于4區(qū)，隨著深度增加，兩個(gè)區(qū)域的深層超靜孔壓基本趨于一致。

圖5 超靜孔壓變化曲線Fig.5 Pore pressure curves

2.2 吹填土固結(jié)硬化效果檢驗(yàn)

為分析吹填土的固結(jié)硬化過程和效果，在抽真空不同階段分別取樣測(cè)試其主要物理性質(zhì)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)整理后見圖6。

圖6 不同階段吹填土主要物理性質(zhì)指標(biāo)Fig.6 Histogram comparison of physical indexes of filled mud at different improvement time

持續(xù)抽真空約50 d，含水率從122.8%降低至43.87%，降幅高達(dá)78.9%，中后期的約40 d內(nèi)，含水率降幅僅為2.4%，說明吹填土中的浮水、孔隙水主要在抽真空前中期排出，后期土體結(jié)構(gòu)形成且日趨固結(jié)密實(shí)，排水較少。土體液塑限得到不同程度的提高，土體在可塑狀態(tài)的含水量范圍增大。液性指數(shù)由4.67降至0.7左右，吹填土由流泥態(tài)變?yōu)檐浰?。固結(jié)硬化以排水為主，黏粒含量變化不大，有利于水溶態(tài)污染物的排出。

3 水體排放生態(tài)處治效果測(cè)試分析

3.1 水質(zhì)主要指標(biāo)含量變化

取樣取泥區(qū)太湖原水、堆泥場(chǎng)沉淀表層浮水、真空預(yù)壓排出水、沉淀池余水測(cè)試水樣的pH值、懸浮固體(SS)、總碳(TC)、總有機(jī)碳(TOC)、無機(jī)碳(IC)、總氮(TN)、總?cè)芙獾?TDN)、硝態(tài)氮(NO3)、總磷(TP)、總?cè)芙饬?TDP)等指標(biāo)含量，見圖7～8。

圖7 水質(zhì)指標(biāo)含量柱狀分布Fig.7 Histogram comparison of water quality indexes of filled mud in different phrase

圖8 水質(zhì)指標(biāo)含量變化率曲線Fig.8 Rate curves of water quality indexes of filled mud at different improvement time

據(jù)圖分析可知：水體的pH值變化很小，符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)歷絞吸、管道輸送到堆泥場(chǎng)后，懸浮固體雜質(zhì)增多，SS值迅速增大；負(fù)壓固結(jié)硬化過程中泥面浮水、孔隙水通過具有過濾吸附功能的排水通道抽吸排出，懸浮固體雜質(zhì)、粗顆粒被有效阻隔，SS值顯著減小；總碳(TC)中無機(jī)碳(IC)占比例較大，碳元素通過機(jī)械絞吸溶解遷移到水體，總碳(TC)含量增加。經(jīng)過處治后總有機(jī)碳(TOC)降幅較大，而無機(jī)碳(IC)增加較多?？傆袡C(jī)碳(TOC)是表征湖泊水質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量的重要參數(shù)，表明處治過程中吹填土水中的有機(jī)質(zhì)含量大幅度減少，部分分解轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，降低了水體的有機(jī)污染性；總氮(TN)和總?cè)芙獾?TDN)含量增大，反映出氮元素在擾動(dòng)、釋放、再懸浮、遷移過程中逐漸富集。經(jīng)過沉淀和水生植物過濾吸附后含量有所降低。硝態(tài)氮(NO3)含量一直在增加，說明硝態(tài)氮(NO3)不易沉淀、被蘆葦類植物過濾吸附。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，排放的尾水中總氮(TN)含量略有超標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn)值1.0)，也略高于原水含量；原水中的總磷(TP)含量超標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn)值0.05 mg/L)，通過底泥絞吸、自重沉淀到負(fù)壓固結(jié)排水，總磷(TP)逐漸減少，總?cè)芙饬?TDP)逐漸增大，反映出磷元素的釋放、再懸浮、遷移和溶解過程。經(jīng)過沉淀和水生植物過濾吸附后兩者含量均降低，總磷(TP)未超標(biāo)準(zhǔn)值，且遠(yuǎn)低于原水含量，對(duì)磷元素的生態(tài)處治效果明顯。

可見，真空排水預(yù)壓法的工藝和材料(排水通道、泥面編織布無紡布、密封膜、密封溝、真空負(fù)壓等)能有效阻隔、過濾、吸附吹填土中的污染物質(zhì)，具備一定的生態(tài)處治功能。

圖9 污染指數(shù)變化Fig.9 Histogram comparison of pollution indexes of water quality

3.2 水質(zhì)污染指數(shù)評(píng)價(jià)

水質(zhì)污染指數(shù)法根據(jù)水質(zhì)污染物組分濃度相對(duì)于其環(huán)境質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)值來判斷水的質(zhì)量狀態(tài)，污染指數(shù)P的計(jì)算見文獻(xiàn)[5]。依據(jù)2010年上海市環(huán)境狀況公告將水體分為合格(P≤0.8)、基本合格(0.82.0)四類。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(視為非湖、庫的一般地表水)，關(guān)注水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化問題，選擇參加評(píng)價(jià)的污染物為總氮(TN)和總磷(TP)，計(jì)算結(jié)果見圖9。

“太湖原水樣”經(jīng)絞吸吹填、靜置沉淀、固結(jié)硬化到“沉淀池余水樣”，P值由0.8～1.0(處于“基本合格”狀態(tài))降低到0.7(處于“合格”狀態(tài))?？偟?TN)的分擔(dān)率高于總磷(TP)。處治過程中TN的污染分擔(dān)率由62%增加到84%，呈遞增趨勢(shì)，TP的污染分擔(dān)率由38%降低到16%，呈遞減趨勢(shì)，可見處治過程和工藝措施對(duì)氮、磷元素產(chǎn)生不同作用。氮元素以溶解富集為主，污染程度逐漸加劇，磷元素以過濾吸附為主，污染程度逐漸降低。生態(tài)處治技術(shù)措施有效，但富營(yíng)養(yǎng)化仍然是水體主要可能的污染趨勢(shì)。

4 固結(jié)后土體生態(tài)處治效果測(cè)試分析

4.1 土體有機(jī)污染物含量與評(píng)價(jià)

取樣測(cè)試處治前后土體中的有機(jī)質(zhì)OM、總氮TN和總磷TP的含量見表2，繪制指標(biāo)含量的變化曲線見圖10，以分析有機(jī)污染物在處治過程中的遷移排出規(guī)律。

表2 硬化前后土體有機(jī)污染物含量Tab.2 Organic pollutants in soil mass before and after hardening

圖10 土體有機(jī)污染物含量變化曲線Fig.10 Change curves of organic pollutants in soil mass

土樣中有機(jī)質(zhì)的含量遠(yuǎn)高于總氮、總磷，有機(jī)污染物以有機(jī)質(zhì)為主。固結(jié)后3項(xiàng)指標(biāo)均得到了較大幅度的降低，說明懸浮的有機(jī)污染物在負(fù)壓抽吸作用下較易遷移排出，真空負(fù)壓、水平與豎向交織的排水管道為底泥有機(jī)污染物的遷移排出提供了動(dòng)力和途徑。

兩個(gè)區(qū)的有機(jī)質(zhì)(OM)含量沿深度分布的規(guī)律明顯不同，不同點(diǎn)位檢測(cè)值的差異也較大。3區(qū)有機(jī)質(zhì)含量沿深度遞減，5區(qū)呈現(xiàn)“兩頭小，中間大”的形態(tài)，與吹填土硬化后強(qiáng)度分布“兩頭大、中間小”的規(guī)律相似，有機(jī)質(zhì)含量越大，強(qiáng)度越低。泥漿先流經(jīng)3區(qū)，經(jīng)過縱向隔堤流往5區(qū)，測(cè)試結(jié)果反映出有機(jī)質(zhì)主要吸附于土顆粒，隨顆粒分選沉積而變化。流程越短，沉積快，土層沉積物多，有機(jī)質(zhì)含量多。遠(yuǎn)離進(jìn)泥口的區(qū)域，泥漿流動(dòng)慢，細(xì)顆粒、懸浮物含量大，沉積慢，有機(jī)質(zhì)容易隨懸浮物排走，或負(fù)壓作用下被抽吸往淺層遷移進(jìn)入管道排出，總體表現(xiàn)出淺層有機(jī)質(zhì)含量低，中下部含量高?？偟?TN)、總磷(TP)主要呈水溶態(tài)、離子態(tài)，容易隨孔隙水被抽吸遷移排出，故兩個(gè)區(qū)的總氮(TN)、總磷(TP)含量分布沿深度呈遞減趨勢(shì)，規(guī)律基本一致。

計(jì)算固結(jié)前土體的有機(jī)污染指數(shù)OI[9]約為0.484(Ⅲ級(jí)，尚清潔)，硬化后約為0.176(Ⅱ級(jí)，較清潔)，提高了1個(gè)等級(jí)，污染指數(shù)降低了63.6%。

4.2 土體重金屬元素含量與浸出量

分別于處治過程中和硬化后取土樣測(cè)試主要重金屬含量，結(jié)果見圖11。Zn的含量最高，其余依次是Cu，Ni，Cr，As，Pb，Cd，均符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。硬化前后重金屬含量有增有減，規(guī)律性不明顯，場(chǎng)地內(nèi)不同區(qū)域重金屬的重分布具有一定的差異性。硬化后5區(qū)的大部分重金屬含量平均值高于3區(qū)(Cd除外)，說明重金屬容易吸附于細(xì)顆粒并隨之懸浮遷移。

圖11 土體重金屬元素含量分布Fig.11 Distribution diagram of heavy metals in soil mass

檢測(cè)重金屬的浸出量(mg/L)為：Ni(0.019～0.04，平均值0.025)，Cu(0.012～0.054，平均值0.021)，Zn最大(0.094～0.541，平均值0.274)，Pb(0.002～0.056，平均值0.017)，Cr(0.035～0.045，平均值0.041)，Cd(0～0.003，平均值0.001)，As(0.004～0.020，平均值0.010)。浸出毒性指標(biāo)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 土體重金屬污染性分析評(píng)價(jià)

按照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別采用內(nèi)梅羅指數(shù)法、地累積指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[10-13]對(duì)土體的重金屬污染性進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3。

表3 土體重金屬污染性計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Calculation and assessment results of heavy metals pollution in soil mass

3種評(píng)價(jià)方法各有其側(cè)重點(diǎn)和適用性，目前尚未有統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。綜合來看，3種方法對(duì)重金屬污染性的評(píng)判級(jí)別基本一致，硬化后地基土中的重金屬污染程度總體為輕微。

5 結(jié) 語

(1)河湖清淤疏浚工程的堆泥場(chǎng)中設(shè)置分層碾壓黏土圍堰、底部黏土封層壓實(shí)、溢流堤、縱向隔堤、閘式泄水口等工程措施對(duì)于阻隔吹填土污染物擴(kuò)散、減緩泥漿流速、延長(zhǎng)流程、促進(jìn)顆粒落淤分選和污染物沉淀是有效的。

(2)無砂真空預(yù)壓法處理河湖清淤吹填土的固結(jié)硬化效果顯著。受環(huán)形流道、顆粒落淤分選的影響，吹填土的固結(jié)沉降、超靜孔壓變化過程體現(xiàn)出明顯的差異性特征。

(3)按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，吹填土經(jīng)過堆置沉淀、負(fù)壓固結(jié)、尾水沉淀、水生植物吸附等處治過程，水質(zhì)pH值變化小，符合標(biāo)準(zhǔn)。水中懸浮固態(tài)雜質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量大幅度減小。排放的尾水中總氮(TN)含量略有超標(biāo)，總磷(TP)未超標(biāo)準(zhǔn)值，水質(zhì)污染綜合指數(shù)值由0.8～1.0降低到0.7，處于合格狀態(tài)。

(4)固結(jié)后吹填土中的有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷含量降幅較大，有機(jī)污染指數(shù)提高了1個(gè)等級(jí)，有機(jī)污染程度降低了。按照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，主要重金屬含量及浸出量均未超標(biāo)，采用內(nèi)梅羅指數(shù)法、地累積指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法3種方法對(duì)重金屬的污染程度評(píng)價(jià)結(jié)果總體為輕微。

(5)在固結(jié)硬化清淤吹填土的同時(shí)，真空預(yù)壓的工藝和材料為污染物的遷移排出提供了動(dòng)力和途徑，通過阻隔、過濾、吸附作用對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生凈化，但對(duì)重金屬的去除效果不明顯。建議在河湖清淤吹填土的處治和資源化利用過程中發(fā)展真空排水固結(jié)聯(lián)合電滲技術(shù)，以增強(qiáng)去除重金屬污染的能力。

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Hardening of hydraulic fill dredged from rivers & lakes and its ecological treatment effect

TANG Tongzhi1， WU Yuelong2， CONG Jian1， PENG Jie3， YAO Xuejun4， ZHANG Hongwei2

(1.NanjingHydraulicResearchInstitute,Nanjing210029，China； 2.NanjingR&DTechGroupCo.，Ltd.，Nanjing210029，China； 3.HohaiUniversity，Nanjing210098，China； 4.WenzhouZhenanGeologicalEngineeringCo.,Ltd.,Wenzhou325006，China)

The hydraulic fill dredged from rivers and lakes is generally characterized by high water content, large fluidity, and greater pollution. The sand-free vacuum preloading method has a remarkable effect in consolidating and hardening the hydraulic fill, and improving its strength and bearing capacity. Due to the influences of the annular channel and the sedimentation separation, there are some differences between the foundation settlement and the change of the excess pore water pressure in the different areas of the same mud pit. This method performs an important purification function in barrier, filtration and adsorption of the organic pollutants. After the stacking and precipitation, the negative pressure suction, the tailwater precipitation, the filtration and adsorption of the aquatic plant, the content of organic matter and total phosphorus (TP) are decreased significantly, and the pollution indexPis reduced from 0.8～1.0 to 0.7, which basically meets the requirements of the class Ⅲ water quality standard of the surface water. After consolidation, the content of organic matter, total nitrogen and total phosphorus in the soil had decreased greatly, and the organic pollution index OI is improved by one grade. The content of the heavy metal element in the soil meets the class Ⅲ environment quality standard for soils, and the leaching toxicity of the heavy metals is low, thus producing no pollution to the surface water. The calculation results show that the heavy metals pollution degree is slight.

hydraulic fill; vacuum preloading; ecology treatment; organic pollution; heavy metal

10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.001

2016-02-18

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51578214)；水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)資助項(xiàng)目(201201015)；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(Y315016)

唐彤芝(1974—)，男，湖南東安人，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，主要從事軟弱土處治與環(huán)境巖土工程技術(shù)研究。E-mail: tztang@nhri. cn

TU447

A

1009-640X(2017)02-0001-09

唐彤芝， 吳月龍， 叢建， 等. 河湖清淤吹填土固結(jié)硬化及生態(tài)處治效果[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào), 2017(2): 1-9. (TANG Tongzhi, WU Yuelong, CONG Jian, et al. Hardening of hydraulic fill dredged from rivers & lakes and its ecological treatment effect[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017(2): 1-9. (in Chinese))