茅洲河屬珠江口水系，流經深圳光明、寶安和東莞長安鎮兩市三地。茅洲河是深圳、東莞兩市的界河，也是深圳市第一大河，被稱為深圳的“母親河”。20世紀90年代，茅洲河流域內工業化、城鎮化發展迅猛，工業、生活、第三產業污染急劇增加。截至2015年底，流域內總人口約417萬，僅深圳側就有污染源企業約3.87萬家，以電鍍、線路板等高污染中小企業居多。而流域內污水處理及配套排水設施建設嚴重滯后，大量生活、工業污水直排進入茅洲河干支流，茅洲河全線變成了“墨汁河”“臭河”，成為珠三角地區污染最嚴重的河流。2016年，茅洲河水環境污染問題被中央環保督察組點名，被廣東省列為掛牌督辦的重點治理項目。

1茅洲河流域概況

茅洲河發源于深圳市境內的羊臺山北麓，干流全長41.69km，寶安區內干流長19.71km，共有支流19條;光明區內干流長14.80km，共有支流13條;東莞長安鎮內干流是東莞市與深圳市的界河，長11.68km，共有支流9條，流域面積77km2。茅洲河為雨源性河流，干流平均年徑流量為33632.4萬m3，河面寬50～80m，河床平均比降0.71%。

2茅洲河流域底泥污染情況調查分析

為了檢測茅洲河流域底泥污染狀況，分3個區對其進行研究，茅洲河干流以沙井河為界，上游為A區，沙井河為B區，下游為C區。在茅洲河流域干支流布置了16個檢測點，分別在每個檢測點的河底以下0.5m、1.0m、1.5m取樣進行檢測，個別點位在2.0m、2.5m取樣檢測。根據取芯土樣，黑臭底泥與污染較輕的土樣之間有較為明顯的顏色分界線，黑臭底泥的厚度在0.4～1.8m之間，普遍在1.0m左右，總體呈中間薄、兩邊厚的形態。

2.1茅洲河底泥有機質、營養鹽、重金屬污染嚴重

2.1.1底泥有機質污染嚴重研究區域底泥有機質污染嚴重，其中，沙井河(B區)底泥有機質污染最為突出，平均含量高達39526.65mg/kg;下游(C區)有機質含量較高，均值為27216.34mg/kg;上游(A區)有機質含量最低，為24417.52mg/kg。茅洲河底泥表層0～1.0m有機質含量最高，有機質平均含量為35541.67mg/kg;其次是1.0～2.0m，有機質平均含量為31200.33mg/kg。

2.1.2底泥氮營養鹽污染嚴重茅洲河底泥氮污染嚴重，平均值為1781.20mg/kg，最大值高達9277.51mg/kg。沙井河(B區)底泥總氮污染最為嚴重，為3670.88mg/kg;下游(C區)底泥總氮含量次之，為2999.80mg/kg;上游(A區)底泥總氮含量最低，為2557.15mg/kg。茅洲河底泥表層0～1.0m總氮含量最高，總氮含量垂向變化存在隨深度增加呈現下降的趨勢，在一定程度上反映了污染排放變化情況。

2.1.3底泥磷營養鹽污染嚴重茅洲河底泥總磷平均含量為1930.03mg/kg，最高可達9203.73mg/kg，3.0m厚度以上部分底泥磷污染較為嚴重，含量均超過1000.00mg/kg，特別是表層1.0m厚度以內的底泥總磷含量最高。總的來看，C區底泥總磷平均含量均高于A區底泥總磷含量，但低于B區底泥總磷含量，全區總磷標準指數均值為1.92，屬于重度污染。茅洲河作為淺水河流，底泥中的磷與上覆水交換較為強烈，受風浪擾動和人為活動影響，底泥中的磷很容易釋放到上覆水中，從而引起上覆水高度富營養化。2.1.4底泥重金屬污染嚴重茅洲河底泥重金屬污染嚴重，其中Cu含量最高，平均達到802.00mg/kg，最大值高達7352.00mg/kg;Zn含量次之，平均含量384.00mg/kg，最大值約為2558.00mg/kg;Cd含量最低，均值為0.44mg/kg，最大值為3.78mg/kg。重金屬含量排序為Cu＞Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞Cd。沙井河(B區)底泥重金屬污染最為嚴重，下游(C區)含量次之，上游(A區)含量最低。以Cu為例，B區平均含量高達1401.00mg/kg，C區平均含量約770.00mg/kg，A區平均含量約422.00mg/kg。各區重金屬含量排序與全區一致，沒有變化。表層0～1.0m重金屬含量最高，隨深度增加含量逐漸降低。茅洲河底泥重金屬潛在生態風險評價全區風險因子均值為867，屬于強生態風險。B區重金屬污染嚴重，潛在生態風險較高，風險因子(ＲI)均值為1420，屬于極強生態風險;A區均值為475，屬于強生態風險;C區均值為869，屬于很強生態風險。2.2茅洲河底泥氮釋放量巨大茅洲河流域底泥每年釋放總氮59.94t，其中A區釋放8.72t，占總量的14.55%;B區釋放35.50t，占總量的59.22%;C區釋放15.72t，占總量的26.23%。間隙水是水-沉積物界面氮交換的重要中介，一方面間隙水中的氮通過擴散層向上覆水體擴散遷移，從而影響上覆水環境;另一方面，間隙水中氮被沉積物中礦物顆粒物吸附。茅洲河流域間隙水中總氮有向上覆水釋放的趨勢。其中，B區釋放量最大，為478.83mg/(m2·d);其次為C區，為50.35mg/(m2·d);A區釋放量最小，為32.54mg/(m2·d)。整體呈現表層釋放多，底層釋放少;上游釋放多，下游釋放少的趨勢。2.3茅洲河底泥氮釋放時間較長茅洲河流域底泥TN蓄積量為10465.00t，上層蓄積量(厚度30～50cm)為2138.00t，占總蓄積量的21.4%。A區蓄積量最小，為2679.60t，占總蓄積量的25.61%，其中，上層蓄積量(厚度30～50cm)為561.00t;B區蓄積量為3463.50t，占總蓄積量的33.1%，其中，上層蓄積量為1148.83t;C區蓄積量最大，為4321.90t，占總蓄積量的41.3%，其中，上層蓄積量為428.17t。若將茅洲河流域上層底泥中TN蓄積量全部釋放，預計需要35.67年。2.4茅洲河底泥內源釋放對水質指標貢獻率高茅洲河主要水質指標如氨氮、COD、BOD、TP等嚴重超標。水質惡化除因沿河大量污水直排入河所致外，河底淤積物對水質的影響也很大。河道中大部分污染物沉積在底泥中，形成內源負荷，在一定條件下，底泥中的污染物又會釋放出來進入上覆水體。當外源輸入得到有效控制后，底泥成為河道污染物的主要來源，底泥表層污染釋放最快，釋放速率隨深度增加而降低。底泥的釋放速度主要與水體擾動和水溫有關，若僅通過截污納管等措施減少外源污染輸入，內源污染仍不斷釋放，茅洲河水質亦無法從根本上得到改善。從整體來看，茅洲河干支流均處于重污染狀態，水質為劣V類。對茅洲河污染的貢獻率為東莞長安鎮＞深圳寶安區＞深圳光明區，深圳的貢獻率為58.8%，東莞的貢獻率為41.2%。

3底泥環保清淤方案

根據對流域底泥污染情況的調查分析，必須對底泥進行環保清淤。清淤后不僅可以解決茅洲河內源污染問題，還可提升防洪排澇能力，增強防災減災能力。

3.1清淤工程量茅洲河流域底泥環保清淤范圍為茅洲河、沙井河和塘下涌(河口段)，清淤總工程量為334.07萬m3。

3.2清淤方案茅洲河、沙井河和塘下涌(河口段)為城市河道，兩側居民區較多，為盡量減少對周邊居民的影響，清淤采用“環保絞吸式挖泥船+輸泥管輸送”方案。考慮河道清淤工況復雜，以環保絞吸式挖泥船清淤為主，局部邊角區域、茅洲河洋涌河水閘—白沙坑段、沙井河中上游及塘下涌(河口段)狹窄河段，采用水陸兩用絞吸泵、水上挖掘機及吸泥泵為輔的清淤方案。將淤泥輸送至最近的泥駁并采用支管接入主管輸送至底泥處理廠。清淤方案見圖1。根據絞吸式挖泥船有關施工規范，絞吸式挖泥船分條開挖寬度不宜大于船長的1.1～1.3倍，因此，取分條寬度為30m，各分條之間根據施工情況設置1～2m的重疊區。采用扇形橫挖法施工，分塊、分條、分層開挖，分層厚度1.0m以內，挖槽寬度和邊線的控制采用DGPS差分定位。

3.3底泥輸送方案為保證輸送效率和避免二次污染，底泥采用管道輸送，包括水上浮管和水下潛管。采用長6.0m鋼管穿設浮筒形式浮管，管道直徑450mm，鋼管間用1.5m長的橡膠管柔性連接，浮管敷設線路近似流線型彎曲。嚴格控制浮管擺幅和線路順暢，每隔100.0m單向拋小錨定位，防止水流、風速造成管線大幅度擺動，從而影響航道正常通航。

4底泥處理處置方案

因清淤疏浚底泥含水率高、流動性大、總量多，須對清淤底泥進行減量化、穩定化、無害化、資源化處理，以免對周邊環境造成二次污染。底泥處理范圍為茅洲河、沙井河等17條干支流、4個排澇工程、2個管網工程和2條明渠，處理總量為374.55萬m3。結合近年來國內已實施的滇池外海、武漢外沙湖等多個大型清淤及底泥處理工程所采用的工藝，經對機械脫水固結法(離心式脫水機、帶式壓濾機、板框壓濾機等)、物理脫水固結法(土工管袋、真空預壓固結)進行比選，確定采用效率較高的板框壓濾機機械脫水固化方案。

4.1底泥處理廠設置根據底泥處理總量及處理場地分布情況，共設置3座底泥處理廠，底泥廠位置見圖1，底泥廠技術指標見表2。

4.2底泥處理工藝根據底泥處理總量、處理強度、場地條件等，經綜合比較，底泥處理廠均采用泥砂分離池+固液分離池預處理、板框壓濾機脫水固結、超磁分離凈化處理余水的總體處理工藝，工藝流程見圖2。

4.3余水處理工藝余水來源為茅州河現狀河水，余水還河標準按照《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)二級標準執行。對傳統沉淀池、濾布濾池、高效沉淀一體機、超磁分離一體機4種余水處理方案，從處理效果、成本、處理能力等方面進行綜合比選，選用超磁分離凈化技術處理余水。超磁分離凈化工藝見圖3。

4.4主要構筑物和設備底泥處理廠主要由泥砂分離系統、洗砂系統、固液分離系統、改性拌和系統、均化調理系統、脫水成固系統、余水處理系統以及堆場等部分組成，下面以1號底泥廠為例說明主要構筑物和設備配置。

4.4.1主要構筑物a.泥砂分離池，尺寸為54m×6m×2m，鋼筋混凝土結構，分為2級，一、二級分離池分別用于沉淀大、小顆粒砂礫。b.固液分離池，即調節沉淀池，面積為6810m2，容積為2.69萬m3。一方面用于固液的沉淀分離，另一方面用于調節挖泥船清淤與底泥處理廠生產之間的矛盾，提高生產效率。c.均化調理池，用于加藥后對底泥進行均化調質，面積為442m2。為了保持調理后底泥的流動性，均化調理池底部為傾斜狀，坡度為1∶7。d.余水處理站，余水處理采用超磁分離技術，處理站為成套的集裝箱設備，單套處理能力2萬m3/d。e.余土臨時堆場，采用封閉鋼結構，面積為3300m2。泥餅采用皮帶機堆存。

4.4.2主要設備a.環保絞吸式挖泥船。配備2艘流量為2000m3/h的環保絞吸式挖泥船，通過管道將底泥輸送至底泥廠。b.板框壓濾機。脫水固化系統布置在場地中間，主要為4臺壓濾面積為600m2的板框壓濾機，廠房采用二層鋼結構。二層安裝板框壓濾機，底層為泥餅運輸皮帶機。c.超磁分離設備。超磁分離凈化設備為成套集裝箱設備，為減少設備投入量，節約投資，余水處理采用調節池進行錯峰調節，安裝2萬m3/d超磁分離設備一套。5底泥污染治理成效疏浚底泥經過底泥預處理、機械脫水固化后，產物分為4部分:余水、垃圾、砂料、泥餅，共分離出垃圾14.87萬m3、砂礫34.24萬m3、泥餅157.87萬m3。余水處理達標后還河，垃圾運往垃圾處理廠進一步處理，固化后的泥餅符合深圳市地方標準《河湖污泥處理廠產出物處置技術規范》(SZDB/Z236—2017)后，一部分制成陶粒、透水磚用于工程中，一部分運往業主指定的消納場所。茅洲河流域經過環保清淤，消除Cr、Ni、Cu、Cd、Pb、TN、TP、有機質分別為929t、775t、2580t、7t、162t、5482t、4291t、86385t。通過岸上雨污分流、水下清除底泥等綜合治理，茅洲河國考斷面于2019年11月達到地表V類水標準，提前一年兩個月達到國考目標，治理效果顯著。

6結語茅洲河流域底泥量大、污染重，對水質黑臭的貢獻率高，對河道底泥進行環保清淤，消除河道內源污染十分必要。茅洲河底泥處理采用泥砂分離池+固液分離池預處理工藝，底泥脫水固化采用板框壓濾機工藝，余水處理采用超磁分離凈化工藝，整套工藝緩沖能力強、效率高，脫水的底泥(泥餅)物理力學參數較好，環保指標滿足要求，達到了減量化、穩定化、無害化、資源化的處理處置目標，解決了茅洲河流域水環境綜合治理內源污染治理的難題，可為類似工程提供借鑒。

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作者：路文典教授

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