城市黑臭水体底泥清淤及资源化利用技术研究综述

摘要：底泥是城市黑臭水体中污染物的重要蓄积库，其内源释放是制约水体长效改善的关键因素。本文系统综述了城市黑臭水体底泥污染特征、清淤技术原理与应用现状，重点分析了干式清淤、湿式清淤及环保精准清淤的技术特点与适用条件。在此基础上，总结了底泥脱水减容、无害化处理及资源化利用（土地利用、建材利用、填方用土等）的技术路径与标准要求。结合亳州市中心城区11条黑臭水体治理工程案例，探讨了底泥清淤与处置的工程实践。最后，针对当前清淤深度确定、污泥出路不畅、资源化标准缺失等问题，提出了未来技术发展方向，以期为城市水环境治理提供参考。

关键词： 黑臭水体；底泥清淤；资源化利用；环保清淤；污泥处置

 1 引言

城市黑臭水体治理是我国水污染防治行动计划的重点任务之一。在“控源截污、内源治理、生态修复”的技术路线中，底泥作为内源污染的主要载体，其治理成效直接影响水体黑臭能否彻底消除。底泥中的有机质、氮磷营养盐及重金属在物理、化学和生物作用下会持续向上覆水体释放，导致水质反复恶化，形成“治标不治本”的困境。

近年来，随着黑臭水体治理工作的深入推进，底泥清淤与处置技术得到了快速发展。从早期的粗放式挖掘到如今的环保精准清淤，从简单的堆填处置到多元化的资源化利用，技术体系日趋成熟。然而，实践中仍面临清淤深度缺乏科学依据、疏浚污泥出路不畅、资源化标准体系不完善等突出问题。本文系统梳理底泥清淤及资源化利用的技术进展，并结合典型工程案例进行分析，以期为相关研究和工程实践提供参考。

 2 城市黑臭水体底泥污染特征

 2.1 底泥污染物的来源与组成

城市河道底泥的污染物主要来源于三个方面：（1）外源输入，包括生活污水直排或管网溢流带入的有机物和营养盐，工业废水排放的重金属，以及初期雨水径流冲刷携带的地表颗粒物；（2）内源生成，即水体中藻类、水生植物死亡后的残体沉积分解；（3）大气干湿沉降。

从成分上看，黑臭水体底泥普遍具有“三高”特征：高有机质含量（通常为5%~15%，部分高达20%以上）、高氮磷营养盐（总氮1000~5000mg/kg，总磷500~3000mg/kg）、高含水率（常在50%~80%之间）。厌氧条件下，底泥中的硫酸盐被还原为硫化物，与铁离子结合生成硫化亚铁（FeS），使底泥呈现黑色并散发恶臭。

以亳州市中心城区11条黑臭水体为例，根据地质勘察报告，丁家坑底泥总磷含量高达2.51~3.5g/kg，柴家沟底泥有机质含量达6.41%~6.66%，汤陵沟底泥总氮含量0.16~0.27g/kg。这些数据表明，该区域底泥污染以生活污水型有机-营养盐复合污染为主，重金属含量普遍低于《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284-84）限值，具备资源化利用的基本条件。

 2.2 底泥污染物的释放机理

底泥中污染物的释放受多种因素控制。溶解氧水平是最关键的影响因子——厌氧条件下，Fe³⁺被还原为Fe²⁺，与其结合的磷酸盐随之释放；同时，厌氧分解产生的有机酸可促进重金属的溶出。温度升高会增强微生物活性，加速有机质矿化和营养盐释放。水动力扰动则会引起底泥再悬浮，使颗粒态污染物大量进入上覆水体。此外，底栖动物的生物扰动也会改变底泥结构，促进孔隙水中污染物的向上扩散。

研究表明，当外源污染被有效控制后，受污染底泥仍可在数月至数年内持续向水体释放氮磷，其释放通量可达外源输入的30%~50%。因此，底泥内源治理是黑臭水体实现“长治久清”的关键环节。

 3 底泥清淤技术及其应用

底泥清淤是指通过人工或机械方式将污染底泥从水体中移除的过程。根据施工方式的不同，主要分为干式清淤和湿式清淤两大类，近年来又发展了环保精准清淤技术。

 3.1 干式清淤

干式清淤是在施工段修筑围堰、抽排积水后，采用机械设备或人工进行底泥挖掘的方法。常用设备包括：

（1）挖掘机清淤：采用长臂挖掘机（臂长15~20m）在岸边作业，直接挖取底泥并装车外运。该方法设备简单、成本较低，适用于中小型河道和坑塘。缺点是需筑坝排水，对河道生态干扰大，且底泥暴露后易产生恶臭气体。

（2）水力冲填清淤：利用高压水枪冲刷底泥，使其形成泥浆，再由泥浆泵通过管道输送至堆场。该方法适用于淤泥质底泥，清淤效率高，但需大量水源和较大的沉淀场地。

干式清淤的优点在于清淤彻底、可视性强、对底泥中建筑垃圾等杂物适应性强；缺点是需要临时占用场地、排水可能造成下游二次污染、对边坡稳定性有影响。该技术适用于小型坑塘、可分段施工的河道以及需配合岸坡整治的区段。

 3.2 湿式清淤

湿式清淤是在不排干水体的情况下，利用挖泥船进行水下作业。常用船型包括：

（1）绞吸式挖泥船：通过船首的旋转绞刀切割和搅动底泥，由泥泵吸入并通过管道输送至堆场。该船型集挖、运、吹于一体，效率高，适合大型河流和湖泊。近年来发展出的环保绞吸船配备螺旋式绞刀和GPS定位系统，可实现薄层精准开挖，对周边水体扰动小。

（2）耙吸式挖泥船：通过船体两侧或尾部的耙头吸入泥浆，边航行边挖泥，泥浆储存于船内泥舱，满载后运至排泥区。该船型机动灵活，适合航道疏浚，但挖泥精度相对较低。

（3）抓斗式/铲斗式挖泥船：通过抓斗或铲斗直接挖掘底泥，装入泥驳运输。该方式对底泥适应性好，但易造成底泥扩散和二次污染。

湿式清淤不需排水，对周边环境影响小，适合大水面、深水区及无法排干的河道。其缺点是设备投资大，对操作精度要求高，且疏浚浓度较低，后续处理负担重。

 3.3 环保精准清淤

环保精准清淤是在常规湿式清淤基础上发展起来的高级技术，其核心是“薄层精确开挖”，即在保证清除污染底泥的前提下，最大限度地减少对未污染底层的扰动和对上覆水体的污染扩散。主要技术特征包括：

（1）高精度定位：采用GPS-RTK实时差分定位系统，定位精度达到厘米级，确保挖泥船按设计轨迹作业。

（2）低扰动挖泥头：采用螺旋铣刀头或封闭式斗轮，减少底泥扩散；配备环保罩，防止泥沙逃逸。

（3）在线浓度监测：通过浓度计实时监测吸入泥浆浓度，优化作业参数，提高疏浚效率。

环保精准清淤成本较高，但对于生态敏感水域（如饮用水源地、自然保护区）及污染层薄、需精细控制清淤深度的工程，具有不可替代的优势。

 4 底泥处理与资源化利用

清淤产生的底泥含水率高（通常80%以上）、体积庞大，需经脱水减容和无害化处理后才能进行最终处置或资源化利用。

 4.1 脱水减容技术

（1）自然干化：将底泥输送至干化场，通过自然蒸发和渗滤降低含水率。该方法成本低，但占地大、周期长、受气候影响大，适用于土地充裕的地区。

（2）机械脱水：采用离心机、带式压滤机、板框压滤机等设备进行脱水，可将含水率降至50%~70%。近年来，移动式一体化脱水装置因其占地小、机动性强而得到广泛应用。亳州工程即推荐采用“移动式污泥脱水一体化装置”，可将底泥含水率降至50%以下，脱水泥饼呈颗粒状，便于运输和后续利用。

（3）固化/稳定化：在脱水过程中投加水泥、石灰、粉煤灰等固化剂，提高底泥强度，同时固定重金属等污染物。固化后的底泥可直接用作填方材料。

 4.2 资源化利用途径

底泥中含有丰富的有机质和氮磷营养盐，且其矿物组成与天然土壤相似，具备资源化利用的潜力。主要途径包括：

（1）土地利用：将底泥用于园林绿化、林地施肥、废弃矿山生态修复等。亳州市城区底泥主要来源于生活污水，有机质、氮磷含量高，无有毒有害物质，可用于防护林和护岸填方用土。但需满足《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284-84）和《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》（GB/T 23486-2009）等标准要求。

（2）建材利用：脱水底泥可作为原料用于制砖、生产陶粒、水泥窑协同处置等。底泥中的粘土矿物在高温下烧结形成陶瓷结构，可有效固化重金属。该方法消纳量大、产品附加值高，是底泥资源化的重要方向。

（3）填方用土：将脱水固化后的底泥用于场地平整、堤防填筑、低洼地回填等。该方法技术门槛低，消纳量大，但需评估底泥的环境安全性。

（4）能源化利用：对于有机质含量高的底泥，可通过厌氧消化产生沼气，或通过热解生产生物油和生物炭。目前该技术尚处于研究阶段，工程应用较少。

 5 案例分析：亳州市中心城区底泥清淤工程

亳州市中心城区丁家坑等11条黑臭水体生态修复工程，在底泥治理方面采取了以下措施：

（1）清淤范围与工程量：根据前期治理效果和现场淤泥厚度调查（0.3~2.24m），确定对丁家坑（全部）、东城海子（部分）、柴家沟（全部）、宋汤河（涡河至文帝路）、凤尾沟（S306至涡河）、东风沟（全部）、羊建沟（桐乡路至宋汤河）等实施清淤，总清淤量约27.03万m³。

（2）清淤方式选择：宋汤河因河道宽、流量大，采用水下泵螺旋清淤船带水作业；其余河道采用水力冲填干式清淤，先填筑围堰、抽排积水，再用高压水枪冲刷底泥。

（3）底泥处置：采用移动式一体化脱水装置现场脱水，泥饼含水率降至50%以下。经检测，底泥重金属含量低于农用标准限值，优先用于防护林和护岸填方。

（4）底质改良：清淤后保留30~50cm底泥，投加底质改良剂（0.3~0.5kg/m²）和CBM复合微生物，改善底泥理化性质，为沉水植物恢复创造适宜条件。

该工程体现了“精准清淤-脱水减容-资源利用-生态改良”的一体化思路，具有较强的示范意义。

 6 存在问题与发展趋势

 6.1 当前面临的主要问题

（1）清淤深度缺乏科学依据：目前清淤深度多根据经验确定（如清除黑色淤泥层），缺乏基于污染物剖面分布和释放风险评估的定量化标准。过浅则效果不佳，过深则增加成本、破坏底栖生态系统。

（2）疏浚污泥出路不畅：脱水底泥资源化利用渠道有限，土地利用受季节性限制，建材利用受市场波动影响，填埋则占用土地资源且存在环境风险。

（3）资源化标准体系不完善：针对底泥（不同于污水处理厂污泥）的利用标准尚不健全，不同用途的污染物限值、检测方法、利用技术要求有待统一。

（4）长期跟踪评估缺失：清淤后底泥污染物的释放特征及生态恢复效果缺乏长期监测数据，难以科学评价清淤工程的长期效益。

 6.2 未来发展趋势

（1）清淤决策科学化：建立基于底泥污染物高分辨率调查和释放风险评估的清淤深度确定方法，发展“精准清淤”的决策支持系统。

（2）资源化路径多元化：推动底泥在土地改良、新型建材、生态修复等领域的多元化利用，形成“以用促治”的良性循环。

（3）处理技术绿色化：发展低碳、低能耗的脱水固化技术，探索底泥中氮磷和有机质的资源回收技术（如鸟粪石结晶、厌氧产沼）。

（4）管理信息化：建立底泥清淤工程的信息化管理平台，实现从调查、设计、施工到处置的全过程追踪和监管。

 7 结论

底泥清淤是城市黑臭水体内源治理的重要手段。干式清淤、湿式清淤及环保精准清淤各有适用条件，需根据工程规模、水文条件、污染特征等因素综合选择。底泥脱水减容和资源化利用是解决污泥出路问题的关键，土地利用、建材利用、填方用土是当前主要途径。亳州工程案例表明，在底泥重金属含量达标的前提下，将清淤底泥用于护岸填方和生态改良是可行的。未来应着力解决清淤深度科学确定、资源化标准完善、长期效果评估等关键问题，推动底泥治理技术向精准化、绿色化、资源化方向发展。

参考文献：

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科学.