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荷兰填埋处置疏浚污染底泥的历程与实践 ＊ 李 涛 张志红 唐保荣 北京交通大学土木建筑工程学院, 北京 100044 摘要 荷兰由于高度的工业化、发达的航运以及特殊的地形条件, 造成境内的湖泊与河流严重污染, 为了从根本上治 理这些受到污染的水域, 必须对水底含有众多污染物的底泥进行环保疏浚。 本文先简要介绍荷兰关于处置疏浚污染 底泥的政策和法规、底泥填埋的处置技术研究和修建封闭式填埋场的指导准则, 最后介绍了一个污染底泥用填埋场处 置的工程实例。 关键词 环保疏浚 污染底泥 封闭式堆场 ＊国家“十五”重大科技专项基金资助项目 No . 2002AA601013 0 引言 荷兰是欧洲著名的沿海低地国家 。由于境内水 网密布 、 湖泊众多, 穿越欧洲内陆的数条大河也经该 国入海,从而使荷兰的航运业非常发达 ,另外 ,荷兰的 大城市和主要工业区也都集中在河流两岸和湖泊周 围,因此造成湖泊、河流与港口附近水域的水底沉积 物严重污染。出于通航和环保两方面的原因 ,整个荷 兰至 2015 年估计将有 9亿 m 3 的底泥需要得到疏浚, 其中 2 亿m 3 为受到严重污染的底泥。 目前 ,荷兰每年被疏浚的河湖底泥在3 000万 m 3 左右 ,对这些疏浚底泥的各种处置方法和所占的比例 见表 1 [ 1] 。疏浚底泥是投入海底还是在陆上处置取 决于它们所含的污染物是否超标 ,而这可以用“污染 物含量试验”来确定 [ 2] 。如果底泥中污染物超标, 就 只能进行陆上处置。根据底泥所受污染情况的不同, 可以采取各种不同的处置措施 见表 1 , 其中, 底泥 的资源化处理可使用生物修复等技术 。为了避免对 环境产生二次污染, 严重污染的疏浚底泥 CDM 不能 直接吹填堆放, 而必须采取特别的措施进行处理。 表 1 疏浚底泥处置的百分比 处置 方法 沉入 海底 陆地吹 填堆放 直接 利用 处理后 再利用 封闭式底泥 堆场存放 占百分比 64. 715. 53. 63. 612. 6 考虑到污染底泥的巨大数量和巨额的处置费用 以及确保环境和生态系统的长期可持续性健康发展, 荷兰政府认为最佳的处置方法仍然是建造封闭的堆 放设施来堆放和填埋疏浚的污染底泥 [ 3] 。为此,荷兰 政府自上世纪 90年代以来相继出台了一系列政策和 法规指导污染底泥的环保疏浚和处置,与此同时各有 关部门和机构还开展了精确疏浚技术和各种处置方 法的研究, 到目前为止已取得了很大的成绩 ,使荷兰 在疏浚污染底泥的填埋处置方面位居世界前列。 1 荷兰关于处置疏浚污染底泥的国家政策和法规 1989 年荷兰通过了“第三号水资源管理政策法 规” , 荷兰政府在这项法令中提出了两个目标 一是到 1995年要治理几个污染严重的水域; 二是要最终清 除所有 危及人体 健康、环境和生 态系统的 污染 底泥 [ 3] 。 1993 年荷兰政府发布了关于治理疏浚污染底泥 的政策指南 [ 4] ,它给出了处理疏浚污染底泥和建设处 置设施的准则。 1997年荷兰政府对上述政策进行了评估 ,评估报 告指出 [ 5] ,原定的政策目标需要推迟 ,推迟的原因为 1 由于某些重金属和有机污染物浓缩以及很难 减少产生扩散的污染源, 新沉积物中的污染物含量仍 然超标; 2 缺少对资源化以后的疏浚污染底泥感兴趣的 用户 ; 3 难于对污染底泥疏浚清除后的实际效果进行 检验 ,另外也缺少检查资源化利用的效果和可能性方 面的知识; 4 污染底泥疏浚和处置的费用远超出预期的估计; 5 低估了公众反对修建大型底泥堆场 、 处置设 施和资源化利用的力量。 1998 年荷兰政府颁布了“第四号水资源管理政 策法规” ,其中有关污染底泥疏浚的政策目标与前述 第三号法规相比做了少量的调整 [ 6] 。 根据法规要求在荷兰全境修建 4 个大型的封闭 48 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 式底泥堆场 , 即除了当时在建的 Ketelmeer 湖底泥堆 场外, 还将设计和建造另外 3 个堆场 ,它们分别位于 Hollandsch Diep河口、东南部的 Limburg 省和西南部的 Zeeland 省 。 第四号法规中的另一个重点是在环保疏浚时要 采用“动态土壤资源管理”的原则 ,采用“动态土壤资 源管理”的主要目的是以最有效的方式来改善某地当 前的环境状况。根据这一原则 ,如果一个地方的环境 由于某种原因 如上述的持续性污染 无法得到改善, 那么至少应做到使它不再进一步恶化 。通过结合改 善环境的其它措施 ,如土壤修复、生态环境改善和有 用矿物的回收, 可以使“动态土壤资源管理”原则得到 优化 [ 7] 。 从近几年来看, 荷兰政府关于疏浚污染底泥的主 要政策包括 1 争取对全国待疏浚沉积物的数量和组成有一 个较准确的估计 ; 2 建立若干个大型的封闭式底泥堆场堆放大部 分的疏浚污染底泥; 3 应用简单的处置技术来处理那些严重污染的 底泥或是对含砂量高的底泥采用隔离技术; 4 争取改善公众对处置疏浚污染底泥项目的 看法 。 2 疏浚污染底泥填埋处置的研究 到1997年 ,荷兰已经启动了数个与疏浚污染底 泥处理有关的研究项目, 它们都属于“污染沉积物处 置研发项目” DPTPCS , 该项目主要是研究疏浚底泥 的再生利用和封闭式底泥堆场的建造技术 [ 8] 。这些 项目的实施促进了上述法规中有关疏浚污染底泥处 置政策的制定。 从 2000 年成立了“疏浚污染底泥的咨询和顾问 中心” AKWA ,该中心协助部门领导处理与疏浚污染 底泥有关的问题并专门负责相应的研究和开发项目。 第一个是对底泥中污染物的化学活动性 、 生物利 用率及其对生态系统的影响开展了广泛的研究。初 步的结果显示, 现有用来指导处置疏浚污染底泥的评 价系统是不够的。污染底泥的危害性随着时间的推 移会逐渐降低, 可能的原因是所谓的“老化”效应, 即 污染物随着时间的增长会更多地附着在沉积物中的 有机物上, 使它的解吸能力逐渐降低, 这同时也会影 响污染物的生物利用率。 另一个主要的研究目标是封闭式底泥堆场。其 中首先要关注的一个物理过程是堆场内疏浚污染底 泥的固结, 即先堆积的底泥在后堆积的底泥产生的压 力作用下体积减小、孔隙水排出的过程。为此, 对这 一过程中污染物内气体 主要成分为 CH4 存在的影 响和固结后的气体生成影响的问题进行了深入的研 究。研究结果表明 ,气体的这些影响主要取决于 ① 沉积物内有机碳的集结情况; ② 能以有机的方式转化 为气体的有机物的含量; ③ 气体可以逃逸的裂隙的数 量; ④底泥材料的其它性质。最近的研究显示, 在污 染底泥内生成的气体可能比预想的要高得多 。 通过对污染物在土层中的沥滤、分配系数和“老 化”效应等的研究, 认为堆场周围的地表水与坑内的 污染物可以有直接的接触 ,但要仔细研究以下几个方 面的内容 ① 污染底泥在堆场内产生的各种不利的效 应和过程; ② 减少这些效应的措施; ③最佳的填埋处 置方法; ④污染的评价准则。显然, 如果能处理好这 些问题将对底泥堆场的设计和节约造价起到良好的 指导作用。 3 封闭式底泥堆场的修建准则 在过去的数 10 年中 ,封闭式底泥堆场的设计原 理、 修建技术和环保要求在荷兰已得到了很大的发展 和实践的验证。 1999年 ,荷兰发布了修建处置疏浚污染底泥的 封闭式底泥堆场的指导性文件 [ 9] 。根据这些文件 ,在 陆地上修建封闭式底泥堆场是填埋处置疏浚污染底 泥的首选, 特殊情况下也可在开阔水域用围堰的方法 修建 。堆场场地的选择取决于场址的地形和环境特 征以及疏浚底泥的特征, 后者包括底泥中所含污染物 的特征。堆场的类型与污染物在修建场地扩散的方 式和所采取的控制污染物扩散的措施有关。 由上可见, 修建堆场的关键是底泥中污染物的防 治和处理。已知堆场中的污染物可能引起二次污染 的途径包括 1 在修建期间和完工后的余水外泄 ; 2 污染物通过沥滤和运移进入地下水和地表水; 3 动物和植物的摄取 ; 4 通过粉尘和挥发气体的扩散 ; 5 对完工后的底泥堆场进行随意挖掘等 。 考虑到以上因素 ,在设计和建造封闭式底泥堆场 时处理污染物的 3 个关键是如何采取正确的隔离 、 控 制和监测措施。 建造底泥堆场的主要目的之一是加强地下水的 49 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 保护 。指导书中建议 ,要决定是否对堆场采取隔离措 施应该考虑以下的分步式评估方案 1 评估堆场余水的质量 即比较堆场排放的余 水与地下水的相应指标, 如果污染物的含量超过了规 定的范围 ,则需要进行下一个步骤 。 2 评估污染物的通量 即将堆场内污染物的通 量与它们的允许值进行比较, 如果小于允许值则不必 采取隔离措施; 但如果一种或数种污染物超过了允许 值,则必须采取下一个步骤。 3 评估污染物扩散的范围 如果一个堆场建成 后经历了一个较长时期 比如 1 万 a ,受污染物扩散 影响的范围 按体积计算 仍然小于堆场本身的体积, 在这种情况下还可以不采取隔离措施; 如果受污染物 扩散影响的范围大于或者等于堆场的体积,则需要根 据防止污染扩散的要求采取相应的措施 。 上述分步式评估方案是根据“合理时成本最低” 原则制定的 [ 10] 。按照这一方案如果有必要对底泥堆 场进行隔离,则可以单独或联合使用下面的措施。 1 通过降低堆场内外的水头差来减少水的水平 流动 ,即控制土中的渗流 。 2 在堆场基础四周用富含有机物的粘土或粘性 土设置隔离墙。 3 用一层砂或砂性土铺设堆场的底部和边坡 。 4 根据堆场场址的工程地质和水文地质条件采 用有效的隔离系统封闭受影响的区域, 通过对该系统 的仔细评估可以对堆场周围的环境提供最佳的保护。 4 封闭式底泥堆场的工程实例 Ketelmeer 湖底泥堆场 CDF Ijsseloog 是荷兰修建 的第一个大型封闭式底泥堆场, 目前正在运营当中。 为了高质量完成堆场的设计和建造 ,荷兰政府和有关 部门投 入了大量 的人力和 物力, 堆场的建 设从 1993 年开始立项到 2000 年投入运营经过了长达7 a 的时间。正是由于该项环境保护工程, 使荷兰在湖泊 污染底泥的疏浚技术及封闭式底泥堆场的设计和建 造方面达到了世界领先水平。 4. 1 底泥污染及其疏浚情况 Ketelmeer 湖是荷兰大 Ijsselmeer 湖水域的一个子 湖泊 ,其水深一般在 3 ～ 4 m , 湖底面积为3 800 hm 2 。 它是上个世纪 40～ 60 年代开挖 2 个圩田的结果, 后 来成了 Ijssel 河泥砂的主要沉积地 。由于莱茵河与 Ijssel 河 沿岸 工 厂 数 10 年来 的 排放 , 使 湖底 约 2 800 hm 2的范围内严重污染 ,受污染的沉积物厚度平 均达到了0. 5 m ,底泥内主要污染物的浓度见表 2, 它 们都超过了环保的规定值 [ 11] 。由于这些污染物不仅 造成Ketelmeer 湖水的内源性污染 , 而且还影响到了 大 Ijsselmeer 湖水的水质, 荷兰政府因此在 1993 年决 定对 Ketelmeer 湖进行环保疏浚。 疏浚Ketelmeer 湖的决定极大地促进了高精度疏 浚技术在荷兰的发展 ,因为疏浚的深度每增加1 cm就 意味着增加 28 万 m 3 的底泥疏浚量。 在1995年 ～ 1996年间, 为了评估新开发的各种疏浚和测量技术 以及为今后的大规模疏浚获得实际经验 ,相关部门进 行了试 验性疏浚 , 其 中包括修建 了一个容 积为 10 万m 3的临时堆场和使用了 4 种新的疏浚技术, 即 改进的螺旋绞刀 、 圆盘环保绞刀、改进的斗式挖泥船 以及带刮扫吸头的绞刀 。试验结果表明 4 种技术的 疏浚深度的均方差都可控制在2. 5 cm。 表 2 Ketelmeer 湖底沉积物中的典型污染物含量 污染物浓度 mgkg - 1 镉10～ 22 铬145～ 470 砷37～ 85 汞3～ 8 铅89～ 367 锌700～ 2 600 PCB -1530. 037～ 0. 119 荧蒽1. 9～ 3. 0 苯并芘0. 6～ 1. 2 2000 年荷兰启动了Ketelmeer 湖的第一期大规模 环保 疏 浚 , 其 中 要 求 疏 浚 的 底 泥 数 量 大 约 为 1 000 万 m 3 。到 目前为止 , 在 湖的东 部已有 超过 500 万m 3的污染底泥得到有效疏浚。 4. 2 底泥堆场的场址选择 在相关企业开发高精度疏浚技术的同时 ,荷兰的 有关部门也完成了 Ketelmeer 湖底泥堆场的设计。影 响设计的关键因素是当地可用的土地资源和地下水 的保护 ,设计的主要内容为场址选择、容积确定和防 渗隔离层的设置 。 场址的选择首先需要考虑污染物的外泄问题。 由于Ketelmeer 湖四周下部的土层在较深范围内都具 有良好的渗透性且地下水的流动性很大 ,因此堆场场 址的不同选择对于阻止污染物的外泄起不到太大的 作用 。对堆场建成后的模拟计算表明,如果将场址选 择在圩田内虽然能适当减少污染物的外泄,但同时也 缩短了污染物达到毗邻农田的时间 1 000 a 左右 ; 而如果把堆场放在湖的中部 , 则这一时间可延长至 50 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 5 000 a。其次 ,考虑到堆场的修建要挖出大量无污染 的土才能形成有较大容积的深坑, 并且建成后的堆场 要占据一定的面积, 因此场址的选择还取决于如何有 效利用这些开挖出的余土和堆场的表面积 。经过仔 细地研究 ,最后决定将堆场建在 Ketelmeer 湖的中部, 这样做有很多好处, 比如 ① 可以节约宝贵的耕地 ; ② 延长污染物外泄的时间; ③缩短疏浚底泥的运送路 程,节省运输费用; ④开挖的余土可以修筑围堰和就 近堆放; ⑤完工后的堆场与周围的填土共同组成的湖 心岛今后可开发为一个新的旅游点 ,从而使堆场所占 的土地面积得到有效地利用。 4. 3 底泥堆场的整体设计 按照最初的设计方案 ,堆场可容纳1 500万 m 3 的 污染底泥,其中1 000万 m 3 来自 Ketelmeer 湖, 剩余的 500 万 m 3 来自荷兰其它水域。在审查初步方案时, 采用了“环境冲击评估” EIA 的方法, 即对不同的堆 场设计可能带来的不利影响 比如对地下水 、 地表水 和生物区的污染以及对自然景观的破坏等等 进行评 估; 另外, 一旦堆场的隔离措施遭到破坏 ,所需的应急 预案也是研究的内容之一 。在经过长达4 a的研究 后,堆场的容积被修改为2 300万m 3 ,修改的主要目的 是允许底泥有充足的时间进行固结 ,同时也为底泥内 生成的气体预留一定的空间。 Ketelmeer 湖周围圩田的水面低于湖面达 6 m 之 多,两者之间存在着很强的渗流。为了减少堆场内的 污染物随渗流的外泄 ,堆场的表面积应尽可能小。为 此,将堆场设计成一个占地面积为 350 hm 2 、 深 45 m、 上大下小的圆台形平底坑, 堆场四周为环形的围堰, 围堰顶部高出海平面为 10 m 图 1 。堆场选择为圆 形水平断面是为了使污染底泥与周围土层的接触面 积为最小 。处置坑的较大深度可以让堆放的底泥在 今后充分的固结 ,以形成比较高的密实度 ,从而降低 污染物的外泄通量。 图 1 Ketelmeer湖底泥堆场的设计示意图 4. 4 底泥堆场的防渗隔离措施 为防止底泥中的污染物随渗流外泄 ,除在堆场底 部和围堰内侧铺设防渗隔离层外,还采取了控制堆场 内水位的方法。这样在施工时 ,通过控制堆场内余水 的水位低于堆场周围的水位并与之保持一定的水位 差,从而在围堰中不会产生向外的渗流。 4. 5 底泥堆场的修建 堆场的修建工作主要包括处置坑的开挖 、 围堰的 修筑和防渗层的铺设等。 从处置坑中挖出的砂用来就近修筑围堰和人工 岛,围堰修建时采用了一种特别的方法 , 即逐层填砂 使其沉积的方法 ,这样做的好处是使下面的土层有足 够的时间进行固结 。围堰的修筑共用了将近 2 a 的 时间 。 整个底泥堆场的修建从立项到完工耗费了 7 a 的时间。 5 结束语 通过了解欧洲国家荷兰在填埋处置湖泊疏浚污 染底泥方面的历程与实践 ,使我们认识到大型封闭式 底泥堆场的设计和建造安全性关系到整个环保疏浚 工程的成败 ,这应该引起我国相关方面足够的重视 。 参考文献 [ 1] “Sustainable management of contaminated dredged material- State of the art in Europe” , Pol Hakstege Aquatic Sediment Expert Center of Netherlands, Ravenna, June 9, 2004 . 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Assoc . of Engineering Geology , Amsterdam, Aug. 6 -10, 1990 183-188 . 作者通讯处 李涛 100044 北京市海淀区上园村 3 号 北京交通大 学 土建学院 隧道与岩土工程研究所 2005- 11-23 收稿 简讯 由国家环保总局主办 ,中国环境文化促进会承办的“国家环境友好工程”评选活动于 2006 年 6 月 9 日在京 隆重举行颁奖仪式, 环保总局局长周生贤出席仪式并讲话。他指出, 要在加大环境执法力度的同时辅之以激励 措施 ,大力表彰宣传先进典型 ,认真落实环评七项承诺 ,动员全社会关心环保、 重视环保、支持环保 ,为建设环境 友好型社会而奋斗。 周生贤说, 建设单位环境保护责任的履行情况 ,直接关系到企业的形象 ,关系到企业的竞争力。企业家应 该以增强企业绿色竞争力的战略眼光, 以担负起社会责任的强烈使命感 ,采取切实有效的措施 ,努力争当遵守 环境保护法律法规的模范 。同时, 要将环境保护融入到企业的发展理念、 工程建设、工程管理中,主动承担起更 大的环境保护责任, 为我国环保大厦添砖加瓦 。 国家环保总局副局长潘岳主持颁奖仪式 。本次 10 个“国家环境友好工程”经过包括 3 位院士在内的 15 位 评审专家严格的初评 、 复评 、 现场核查和公示等程序, 从全国 163 个参选项目中脱颖而出 。评选过程中聘请了 100位环保志愿者作为义务监督员,全过程进行监督 ,确保公正性。获奖项目严格履行环境影响评价、 “三同时”等 环保制度,环保表现在同类项目中最为出色,总投资额超过1 000亿元人民币,具有很强的示范性和代表性。 获奖的10 个建设工程项目是 中国石油西气东输管道工程 ,雅砻江二滩水电站工程 ,苏州河环境综合整治 一期工程 ,大连大有恬园住宅小区一期工程, 华阳电业有限公司漳州后石电厂一期工程、神府东胜煤田朔州至 黄骅港铁路工程 、 京珠国道主干线湖南临湘至长沙高速公路、华润电力登封有限公司一期工程 、 广州市地铁二 号线首期工程、中国石油新疆油田分公司石西油田开发建设工程 。这是我国建设项目环境保护的最高奖项。 环编整理 55 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 APPLICATION OF ATOMIZER IN DESULFURIZATION TOWER BY WET SPRAYING Chen Minggong Fu Yongqiang Yuan Xining 40 Abstract Atomizer is the key part of desulfurization by wet spraying. The plane layout of atomizer and the designof space in desulfurization tower are demonstrated, and some familiar problems are discussed by combining practical engineering instance. In order to assure stable efficiency of desulfurization, the combined parts of atomizer should be designed rightly and the model andmaterial of atomizer should be selected reasonably, while the erection and maint enance ways should be correct. Keywords atomizer, flue gas from boiler andwet desulfurization THE OPTIMIZATIONOF THE THROAT OF VENTURI SCRUBBER ZhangYanfang Li Yuping 42 Abstract The relationship between pressure drop and the length of throat is gained with the ula from the literature. At the same time, the variation of the efficiency and the ratio of efficiency to pressure drop with the length of the throat and gas velocity are calculated with the William Licht ula. From these results, for a given efficiency, an optimal combination of the length and diameter of throat isgained, under which the pressure drop is the lowest one. The results are meaningfulfor optimizing the design of the throat construction and reducing operating cost of a venturi scrubber. Keywords venturi scrubber, pressure drop, throat and efficiency PRELIMINARY STUDY ON PROCESSING OIL-BASED CALCIUM CARBONATE MUD OBCCM INTO RUBBER FILLERSKuang Shaoping Nie Yongfeng 45 Abstract Based on the theories of macromolecule and rubber engineering , the feasibility that the mud can be processed into rubber fillers is demonstrated. As an example in Zhongyuan Oil Field, SINOPEC, the OBCCM was carefully ground into the powder less than 320 mesh. By the rubber processing and the subsequent product tests, it is suggested that there shouldbe no relations between the quality of the rubber products and the salty contents of the powdery mud, and the heterogeneous ingredients of the powder do not also influence the quality of rubber products seriously. As compared with the rubber fillers of the common and nanometer calcium carbonates, the filling effects of the powder can not be distinguished from processing features and mechanical characters. Moreover, the dispersing trend of the powder in rubber ingerdients, the crosslinking properties of rubber molecules, the anti -abrasion and the rebound are slightly superior to the countparts of the common and nanometer calcium carbonate fillers. Keywords oil-based mud, calcium carbonate, rubber filler and resources utilization THE COURSE AND PRACTICE OF TREATING DREDGING POLLUTED SEDIMENTS BY LANDFILL IN NETHERLANDSLi Tao Zhang Zhihong Tang Baorong 48 Abstract The lakes and rives in Netherlandswere badly polluted due to high industrialization, developed navigation and special geographical conditions. In order to treat thoroughly these polluted watersheds, itis imperative to drege the sediments containing many pollutants. It is introduced first the policies and laws of treating the dredging polluted sediments in Netherlands, research on disposal technology of sediments by landfill, and the guiding principles of building closed landfill sites. Finally a history case by such landfill technology is also given. Keywords environmental dredging, polluted sediment and closed landfill site PILOT -SCALE PRODUCTION AND INDUSTRIALIZATION OF THE NO-FIRED BRICKS FROM RED MUD IN ALUMINIUM INDUSTRYYang Jiakuan Hou Jian Qi Bo et al 52 Abstract A first pilot line for no -firedbrick, made from redmud, fly ash, and small particlesfrom crashedCaCO3ores, has been developed. The red mud brickswere produced by two curing processes. The redmud bricks curing at ambient conditions, reach the standard of grade 15 high quality products JC T 422-1991 1996 ; and the redmud bricks curing at high pressure water vapor curing process, reach the standard of MU15 high quality products GB11945-1999 . According to the cost-benefit analysis, the cost of the brick can be co