中小河道淤泥處理技術(shù)及資源化利用研究

麻　杰

(遼寧省鐵嶺市農(nóng)田基本建設(shè)工作辦公室， 遼寧 鐵嶺　112000)

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中小河道淤泥處理技術(shù)及資源化利用研究

麻杰

(遼寧省鐵嶺市農(nóng)田基本建設(shè)工作辦公室， 遼寧 鐵嶺112000)

目前，中國(guó)中小河道的淤積現(xiàn)象較為嚴(yán)重，清淤工程中所清出的淤泥體量較大，因此，對(duì)于淤泥的處理技術(shù)，以及淤泥的資源化利用方面有許多值得研究的課題。本文對(duì)如何通過新技術(shù)來進(jìn)行河道淤泥的環(huán)保型處理，以及如何變廢為寶，實(shí)現(xiàn)河道淤泥的資源化利用進(jìn)行了探討。

中小河道； 河道治理； 河道清淤； 淤泥處理； 資源化利用

由于中小河道不像大型河道那樣容易受到重視，所以河道淤積現(xiàn)象較為嚴(yán)重。為了解決此問題，國(guó)家采取措施加強(qiáng)了對(duì)中小河道的治理力度，清淤工程是必不可少的普遍性措施。在實(shí)施中小河道清淤工程的同時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)對(duì)淤泥處理問題。因此，研究河道淤泥的處理技術(shù)，以及淤泥的資源化利用是值得深入研究的課題。

1　河道淤泥的處理技術(shù)

1.1淤泥處理技術(shù)分類

淤泥的處理方法受到淤泥的物理、化學(xué)性質(zhì)影響，且國(guó)內(nèi)外淤泥處理技術(shù)的分類具有不同的標(biāo)準(zhǔn)，因此，在實(shí)際處理過程中，要根據(jù)淤泥自身的物理、化學(xué)性質(zhì)，結(jié)合客觀條件，制訂科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的處理方案。其中尤其要重視對(duì)于資源化新技術(shù)的選擇和利用。淤泥處理技術(shù)的具體分類標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。

圖1淤泥處理技術(shù)分類

1.2無污染淤泥和有污染淤泥的處理

淤泥是否被污染的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)主要看其所含有的污染物種類，對(duì)無污染或輕污染的淤泥一般做資源化處理，而對(duì)污染物超標(biāo)的淤泥處理則多運(yùn)用鈍化穩(wěn)定化技術(shù)，降低其污染物含量。淤泥處理技術(shù)的運(yùn)用也應(yīng)根據(jù)淤泥處理后的使用方向而確定。

1.2.1堆場(chǎng)處理和就地處理

絞吸式挖泥船清淤是目前中國(guó)中小河道常用的清淤方式，利用這種方式清出的淤泥中水與泥的體積較大，一般要超過5倍，此時(shí)，將清淤出來的淤泥運(yùn)送到指定的堆場(chǎng)進(jìn)行處理時(shí)，由于淤泥高黏性、透水性差、凝固慢等特性的制約會(huì)存在較大的難度。所以，在堆場(chǎng)處理中，怎樣快速分離泥水、加快淤泥沉降固結(jié)、提升堆場(chǎng)利用率已成為清淤中面臨的主要問題。而后者則直接在水下對(duì)底泥進(jìn)行覆蓋或排干上覆水體后脫水、固化處理。在具體運(yùn)用中，原位覆蓋法不適合淺水水域；水流速度較快的水域，排干就地處理法不適合大面積滲水的水域。

1.2.2資源化利用與一般處置

世界上從沒有真正的廢物。盡管淤泥本身為河道清淤的廢棄物，對(duì)其處理應(yīng)本著化害為利和變廢為寶的原則，其中資源化利用是最值得優(yōu)先考慮的。因此，利用河道清淤所產(chǎn)生的淤泥進(jìn)行再生產(chǎn)，包括制造磚瓦等工業(yè)產(chǎn)品、土壤化處理等都屬于將淤泥資源化的范疇。特別是對(duì)于廣大農(nóng)村地區(qū)的中小河道而言，若未經(jīng)重金屬污染，且氮磷含量較高的淤泥，不僅可以直接作為肥料用于還田處理，還可以放置于低洼地帶用于二次利用。對(duì)于那些自然干化的堆場(chǎng)淤泥，可以二次利用納入到公園、綠地，以及市政建設(shè)用地和建筑用地的范疇。

1.3被污染淤泥的鈍化處理技術(shù)

重金屬污染超標(biāo)的河道淤泥多來源于工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)于此類淤泥適宜采用鈍化處理技術(shù)。該技術(shù)是在含有超標(biāo)重金屬的淤泥中加入適量的化學(xué)材料，降低環(huán)境變化中重金屬的活性狀態(tài)，使其變得穩(wěn)定。強(qiáng)化生成物對(duì)于重金屬的包裹，弱化重金屬的滲出，達(dá)到降低污染和減少排放的目的。對(duì)經(jīng)過鈍化處理后的淤泥，如其重金屬的滲出量在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，可將其放置于低洼地帶作為填土材料，也可將其運(yùn)送到指定的場(chǎng)地，并在這些已修復(fù)的淤泥上種植功能性植物，達(dá)到富集重金屬和提取重金屬的目的，進(jìn)一步降低泥土中重金屬含量，待達(dá)到建筑和農(nóng)業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行二次利用。

1.4堆場(chǎng)淤泥的處置

淤泥堆場(chǎng)的處理措施主要包括淤泥表層處理技術(shù)、加快淤泥沉降速度、促進(jìn)淤泥固結(jié)程度。這樣一來，就可以提高淤泥堆場(chǎng)的周轉(zhuǎn)使用率，達(dá)到快速?gòu)?fù)耕的目的。優(yōu)化堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)技術(shù)一則要降低堆場(chǎng)的數(shù)目，二則要減少堆場(chǎng)的占地面積。堆場(chǎng)表層處理技術(shù)是通過對(duì)堆場(chǎng)淤泥的表層固化和硬化處理，為后續(xù)處理工作提供基礎(chǔ)條件。堆場(chǎng)快速?gòu)?fù)耕技術(shù)是將淤泥堆場(chǎng)以盡可能快的速度轉(zhuǎn)化為可耕地農(nóng)田。

1.4.1堆場(chǎng)的周轉(zhuǎn)

堆場(chǎng)的周轉(zhuǎn)是一種快速處理淤泥的技術(shù)，即反復(fù)將堆場(chǎng)清空后再重新吹淤使用，進(jìn)而讓堆場(chǎng)能投入到循環(huán)利用中。該方法具有堆場(chǎng)小、周轉(zhuǎn)快的特點(diǎn)，尤其在東部土地資源緊缺的地區(qū)更為適用。在采用該技術(shù)進(jìn)行淤泥處理時(shí)，需重點(diǎn)考慮固定因素和可變因素。前者包括堆場(chǎng)的容量，后者包括待處理淤泥的總量、堆場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)的周轉(zhuǎn)周期和周轉(zhuǎn)次數(shù)。此外，該技術(shù)可與淤泥固化技術(shù)及淤泥干化技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩方面的淤泥快速周轉(zhuǎn)。一方面將固化和干化的淤泥轉(zhuǎn)化為堆場(chǎng)的圍堰，實(shí)現(xiàn)就地取材；另一方面，可以進(jìn)行制磚等再生性資源化利用，從而使廢棄的淤泥成為資源化再生產(chǎn)的原料。

1.4.2堆場(chǎng)表層的處理

河道清淤出的泥漿中較細(xì)黏粒與含水量一般符合二八律的規(guī)律，即含水比例相當(dāng)高，所以，造成堆場(chǎng)中的泥漿呈現(xiàn)出沉積慢、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。正常情況下，吹淤后的淤泥堆場(chǎng)在落淤后的2～3年內(nèi)，所形成的天然硬殼層每月只有20cm。表層以下的淤泥仍為流態(tài)，含水量較大，增大了普通地基的處理難度。而堆場(chǎng)表層處理技術(shù)正是利用淤泥堆場(chǎng)原位固化處理技術(shù)(圖2)，采用人工方式在淤泥堆場(chǎng)表面進(jìn)行技術(shù)處理，使表層生成的人工硬殼層達(dá)到小型機(jī)械施工、排水板鋪設(shè)和堆載施工等所需要的硬度和強(qiáng)度要求，從而便于堆場(chǎng)淤泥的深入處理。在表層處理技術(shù)中，關(guān)鍵在于人工硬殼層部分。設(shè)計(jì)前不僅要對(duì)此后施工中的相關(guān)技術(shù)有全面的了解，更要注意不同地區(qū)堆場(chǎng)淤泥的特有性質(zhì)，并通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，以及現(xiàn)場(chǎng)小規(guī)模試驗(yàn)獲取相關(guān)的科學(xué)數(shù)據(jù)，包括淤泥硬殼層強(qiáng)度、厚度。人工硬殼層技術(shù)可與固化技術(shù)或塑料顆粒相融合，以便達(dá)到更好的硬化效果。

圖2　淤泥原位固化處理技術(shù)

1.4.3堆場(chǎng)復(fù)耕技術(shù)

堆場(chǎng)快速?gòu)?fù)耕技術(shù)可以繼續(xù)劃分為泥水分離、人工硬殼層和透氣真空固結(jié)技術(shù)。其中泥水快速分離技術(shù)主要是通過添加促沉材料的方法，用以改善黏土顆粒膠體粒子的特性，從而達(dá)到提升沉降淤泥密度的目的。同時(shí)，通過在堆場(chǎng)設(shè)置截留和吸附作用的排水膜，使淤泥加快沉積速度。透氣真空快速固結(jié)技術(shù)的通用工藝流程包括：充分利用人工硬殼層搭建施工的工作平臺(tái)，在堆場(chǎng)插設(shè)排水板和砂井，在硬殼層上鋪設(shè)砂與排水板搭接的墊層，在墊層上覆蓋密封膜，通過射流泵在砂墊層中的濾水管道抽氣和抽水。通過該過程能夠有效地提高淤泥的應(yīng)力強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)快速固結(jié)。另外，如果將透氣真空固結(jié)技術(shù)和常規(guī)堆載預(yù)壓技術(shù)結(jié)合起來，復(fù)耕效果更佳。而在一些淤泥堆場(chǎng)，因?yàn)樗汛娴挠倌嗔枯^大，厚度較高，如想通過淤泥處理后達(dá)到復(fù)耕要求的話，就必須投入大量的人力、財(cái)力，而堆場(chǎng)復(fù)耕技術(shù)則能滿足承載力較低的要求，這也是在堆場(chǎng)淤泥深層處理中經(jīng)常使用表層處理復(fù)耕技術(shù)的原因所在。該工藝流程包括：先對(duì)淤泥堆場(chǎng)原位表層的淤泥進(jìn)行固化處理，然后再對(duì)表層固化土進(jìn)行耕地土壤化改良。

2　河道淤泥資源化利用及太陽能處理新技術(shù)

2.1淤泥的資源化利用

除了淤泥固化、干化和土壤化等各種處理方法外，淤泥制成磚瓦的熱處理方法也屬于資源化利用的范疇。雖然當(dāng)前該處理技術(shù)的有關(guān)研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，且其產(chǎn)品的附加值較高，但其自身淤泥處理量低的缺點(diǎn)也不容忽視。如:中國(guó)普通的制磚廠每年所消耗的淤泥量約為5萬m3，而中國(guó)疏浚淤泥工程中每年產(chǎn)生的淤泥量則達(dá)上百萬立方米。反觀淤泥處理的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，更加凸顯了固化、干化和土壤化等再利用技術(shù)的生命力之強(qiáng)大，如能找準(zhǔn)與堆場(chǎng)處理技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)，將能產(chǎn)生非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。此外，武漢大學(xué)污淤泥研究中心獨(dú)創(chuàng)的“泥沙聚沉劑及泥水分離技術(shù)”，可以只用短短的幾分鐘時(shí)間實(shí)現(xiàn)“泥水分離”，從而可以進(jìn)行淤泥的快速就地治理，使得淤泥變成可再生資源。

2.2太陽能污泥處理干化新技術(shù)

這是一種將太陽能技術(shù)與熱泵技術(shù)相結(jié)合的污泥處理干化技術(shù)，是一種將太陽能式溫室環(huán)保節(jié)能與污泥遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的多層主動(dòng)式太陽能污泥干化系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由污泥輸送、攤鋪和收料、熱泵、太陽能集熱、溫室、自動(dòng)化控制系統(tǒng)6部分組成。該系統(tǒng)耗能小、運(yùn)行管理費(fèi)用低，利用太陽能作為主要能源，可節(jié)省大量燃料，可使污泥的處理費(fèi)用降到最低，符合新能源綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求。經(jīng)干化后的污泥體積減少到原體積的20%～30%左右，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化并保留其原有的再利用價(jià)值。其攤鋪部分如圖3所示。

圖3　太陽能污泥處理干化技術(shù)

3　河道淤泥資源化利用的燒結(jié)多孔磚技術(shù)

3.1河道淤泥燒結(jié)多孔磚的意義

傳統(tǒng)實(shí)心黏土磚的生產(chǎn)和制備需要消耗大量的土地資源，隨著國(guó)家為了確保糧食安全，堅(jiān)守18億畝耕地紅線的嚴(yán)格限定政策的出臺(tái)，在土地資源消耗越來越大的現(xiàn)狀下，黏土磚的原料供應(yīng)日益受到局限。為此，國(guó)家對(duì)于發(fā)展新型建材做出了相關(guān)規(guī)劃和部署，積極鼓勵(lì)各類企業(yè)努力開發(fā)可用于節(jié)省土地的各種替代性資源。其中，河道清淤所產(chǎn)生的淤泥廢物，就可作為燒結(jié)多孔磚的原料，這是一種變淤泥為寶貴原料的資源化新技術(shù)。利用淤泥制磚不但可以有效解決消耗土地資源制磚的問題，同時(shí)又能將河道清淤產(chǎn)生的淤泥變廢為寶進(jìn)行資源化利用。在清淤后。不僅提高了中小河道的農(nóng)田灌溉能力，排洪、抗洪能力，短途航運(yùn)能力，也解決了淤泥給附近地區(qū)人民生活帶來的污染問題，還可以通過淤泥制磚產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，可謂是一舉多得的先進(jìn)技術(shù)。河道淤泥燒結(jié)多孔磚效果如圖4所示。

圖4　河道淤泥生產(chǎn)的燒結(jié)多孔磚

3.2河道淤泥燒結(jié)多孔磚的可行性

河道淤泥的主要礦物成分包括黏土類礦物，如：伊利石、高嶺石、蒙脫石等，還包含石英和長(zhǎng)石類礦物。另外，還有少量的各種酸鹽類礦物質(zhì)以及其他各種有機(jī)物。從河道淤泥的礦物成分構(gòu)成可以看出，其成分雖然較為復(fù)雜，但仍然是以黏土質(zhì)材料作為主體而存在的，而這正是燒結(jié)多孔磚的核心成分。因此，河道淤泥符合燒結(jié)多孔磚原料的基本要求。根據(jù)河道淤泥的材料特性發(fā)現(xiàn)，加入的固體廢物粉煤灰，與普通黏土磚的礦物成分基本一致，兩種原料成分差別并不大。所以，利用河道淤泥作為主要原料，再摻加一定比例的固體廢物粉煤灰、頁巖、煤矸石等物質(zhì)，采用合理的配比與生產(chǎn)工藝，在適宜的焙燒溫度下，就可以制備出各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的多孔磚，并且其強(qiáng)度形成機(jī)理和反應(yīng)機(jī)理，與普通黏土磚相比較差異并不明顯，因此，利用河道淤泥燒結(jié)多孔磚具有可行性。河道淤泥生產(chǎn)的各種類型的燒結(jié)多孔磚如圖5所示。

圖5　河道淤泥生產(chǎn)的各種類型的燒結(jié)多孔磚

4　結(jié)　語

由于中小河道的清淤工程既肩負(fù)著排澇、防洪、灌溉的疏通功能，又具有改善河道水質(zhì)、促進(jìn)生態(tài)平衡和提升河道景觀的保障作用，所以，如何對(duì)河道清淤產(chǎn)生的淤泥進(jìn)行處理，也成為與中小河道清淤工程緊密配套的相關(guān)工程。無論從河道清淤處理技術(shù)角度，還是從將淤泥資源化處理變廢為寶的角度出發(fā)，對(duì)河道淤泥的處理利用都是一項(xiàng)重要的研究課題。

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Research on medium and small river silt disposal technology and resource utilization

MA Jie

(LiaoningTielingFarmlandBasicConstructionWorkOffice,Tieling112000,China)

Currently, small and medium-sized river sedimentation phenomenon is relatively serious in China. Sludge volume obtained from dredging project is larger. Therefore, there are many topics in sludge treatment technique and sludge resource utilization, which are worth studying. In the paper, how to use new technology for river silt environment-friendly processing, how to change waste into treasure and realize resource utilization of river sludge are worth of discussion.

small and medium-sized rivers; river channel management; river dredging; sludge treatment; resource utilization

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.09.016

TV85

A

1005-4774(2016)09- 0064- 04