城市內(nèi)河湖淤泥資源化研究及效益分析

常 征 陳玉榮

(1.正元國(guó)際礦業(yè)有限公司，北京 101399；2.三川德青科技有限公司，湖北 武漢 430075)

河湖底泥是經(jīng)過(guò)大氣沉降、雨水沖刷、污水排放、動(dòng)植物尸體沉降等途徑，長(zhǎng)期累積的沉積物，是水體生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。底泥是底棲動(dòng)物的生活場(chǎng)所，食物來(lái)源地，同時(shí)在外源污染受控的情況下，也是水體內(nèi)源污染釋放地[1]。早前，由于受我國(guó)發(fā)展階段的限制，城市排水系統(tǒng)發(fā)展欠缺，居民區(qū)污水、工業(yè)區(qū)污水直排入湖，導(dǎo)致城市內(nèi)河流湖泊沉積底泥受到不同程度的污染，隨著十八大生態(tài)文明建設(shè)序幕的拉開(kāi)，河流湖泊的治理力度加大，水環(huán)境逐漸得到改善。但城市內(nèi)湖泊河道的底泥，因其受居民活動(dòng)的影響，成分復(fù)雜，含有微生物、病原體、重金屬及有機(jī)污染物等，如處理不善將會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染。如何經(jīng)濟(jì)而有效地處理處置河湖底泥，對(duì)資源充分利用，已成為一個(gè)備受關(guān)注并亟待解決的重要環(huán)境問(wèn)題，也是一個(gè)具有明顯社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的綜合性命題。

1 淤泥處置的現(xiàn)狀

河湖底泥的處理處置應(yīng)遵循“四化”原則[2-3]，即減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化。目前，城市內(nèi)河內(nèi)湖的清淤疏浚底泥的處置，主要是海洋投棄、衛(wèi)生填埋等，少量用于堆肥、焚燒、資源化等[4]。

a.海洋投棄?？紤]運(yùn)距的問(wèn)題，一般沿海城市采用此法，利用海洋巨大的水環(huán)境容量，將清淤疏浚的底泥直接傾倒入海洋中。

b.衛(wèi)生填埋。目前，衛(wèi)生填埋是城市內(nèi)河流湖泊清淤底泥處置采用最廣泛的一種方式。對(duì)底泥進(jìn)行滅菌等簡(jiǎn)單處理后，填埋至填埋場(chǎng)。

c.堆肥利用。主要用于未受重金屬等有害污染物污染的河道、湖泊底泥的處置。利用自然界中的微生物，有控制地將底泥中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，加以利用。

d.焚燒。利用高溫和氧氣，與底泥產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，釋放出帶有能量的高溫燃燒氣體和性質(zhì)穩(wěn)定的固體殘?jiān)?/p>

e.資源化利用。主要有制磚、混凝土填料、回填土、種植土、陶、微晶玻璃、人工沸石、產(chǎn)生熱值等利用方式。底泥資源化利用，因成本問(wèn)題，大多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

2 淤泥的組成及特性

絕大部分的湖泊和河道淤泥主要由石英、黏土類礦物、長(zhǎng)石類礦物組成，另外，還含有少量的碳酸鹽、微量的硫酸鹽和磷酸鹽及有機(jī)物，屬于硅酸鹽類原料，具有良好的加工性，是生產(chǎn)建筑制品的較好原料，但因工業(yè)廢水和生活污水的長(zhǎng)期大量排入，導(dǎo)致其污染成分十分復(fù)雜，含有大量的微生物、病原體和重金屬等。

河湖淤泥主要有以下特點(diǎn)：

a.含水率較高。淤泥的含水率普遍在40%左右，也與采集的季節(jié)和使用的采挖設(shè)備有關(guān)。

b.顆粒較細(xì)。淤泥的粒度主要分布在0.05～0.005mm，以及小于0.005mm的范圍內(nèi)，顆粒細(xì)，具有較好的可塑性。

c.礦物組成和化學(xué)成分與黏土相似，主要化學(xué)成分為SiO2(約占70%)、Al2O3(約占20%)、Fe2O3(約占7%)、CaO和MgO，但不同江、河、湖泊，以及同一江、河、湖泊也存在差異。

d.有機(jī)質(zhì)含量與重金屬含量在不同地區(qū)的不同河流差異較大，與當(dāng)?shù)厣钣盟凸I(yè)廢水的排入密切相關(guān)。

本文研究對(duì)常州市內(nèi)河、德青縣內(nèi)湖以及武漢市箱涵清淤出的底泥，進(jìn)行重金屬含量、成分組成、物相組成、有機(jī)質(zhì)含量等基本物化性質(zhì)的檢測(cè)和分析，全面而系統(tǒng)地了解兩種淤泥樣品的性能，根據(jù)適宜性，選擇了底泥資源化利用途徑。

按照CJ/T 206—2005城市污水處理廠污泥檢測(cè)方法對(duì)取回的新鮮底泥原樣進(jìn)行含水率、有機(jī)質(zhì)的測(cè)定，采用激光法檢測(cè)泥漿顆粒度組成。由表1可以看出，常州內(nèi)河、德清內(nèi)湖底泥顆粒細(xì)，有機(jī)質(zhì)含量高，武漢箱涵底泥顆粒較粗，有機(jī)質(zhì)含量較低。

表1 底泥基本泥性檢測(cè)結(jié)果

重金屬指標(biāo)采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)進(jìn)行重金屬元素檢測(cè)。其結(jié)果與《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》(CJ 248—2007)最低值(酸性土壤限值)進(jìn)行比較，可以看出武漢箱涵底泥Cr超標(biāo)，常州內(nèi)河和德清內(nèi)湖重金屬不超標(biāo)。重金屬含量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 底泥重金屬含量檢測(cè)結(jié)果 單位:(mg/kg)

對(duì)取得的底泥進(jìn)行XRF和XRD的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3、圖1。

表3 底泥XRF檢測(cè)結(jié)果

圖1 底泥XRD檢測(cè)結(jié)果

從中可以看出，武漢箱涵、常州內(nèi)河底泥的主要成分均為SiO2和Al2O3，且武漢箱涵底泥相對(duì)含有更多的SiO2；由圖1可知，兩種底泥均以非晶態(tài)物質(zhì)為主，兩者的主要晶態(tài)物質(zhì)則均為石英(Quartz)和塊磷鋁礦(Berlinite)；綜合XRD和XRF的檢測(cè)結(jié)果可知，武漢箱涵底泥相對(duì)含有更多的石英類礦物(以砂為主)，常州內(nèi)河底泥則相對(duì)含有更多的黏土礦物。

3 底泥資源化研究

根據(jù)以上檢測(cè)結(jié)果，分析得出以下結(jié)論：

a.常州內(nèi)河底泥。顆粒細(xì)微，有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)13.98%，但重金屬含量不超標(biāo)。資源化應(yīng)用可以考慮用作園林綠化用土、顆粒基質(zhì)肥料。

b.德清內(nèi)湖底泥。主要成分為SiO2、Al2O3和Fe2O3，受污染程度小，重金屬含量不超標(biāo)，有機(jī)質(zhì)含量也較低，顆粒細(xì)微，以黏土礦物為主，可以考慮用作燒結(jié)磚的添加原料，也可以作為陶類制品的添加原料。

c.武漢箱涵底泥。SiO2含量較高，含砂量較高，達(dá)到58.4%，重金屬Cr含量超標(biāo)?？梢钥紤]將砂物料分離出來(lái)作為建材原料加以利用。

應(yīng)用常規(guī)試驗(yàn)手段，根據(jù)以上建議，制備出相應(yīng)的資源化產(chǎn)品。

常州內(nèi)河底泥，通過(guò)調(diào)質(zhì)改良處理后，制備出園林綠化用土，符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T 23486—2009)要求，產(chǎn)品見(jiàn)圖2。

圖2 常州內(nèi)河底泥制備園林綠化用土

德清內(nèi)湖底泥，采用傳統(tǒng)的制備工藝制備陶粒(見(jiàn)圖3)，其吸水率和抗壓強(qiáng)度均滿足《輕集料及其試驗(yàn)方法》GB/T 17431.1—2010的要求。

圖3 德清內(nèi)湖底泥制備陶粒

武漢箱涵底泥通過(guò)40目篩后的產(chǎn)品見(jiàn)圖4，可用于制備免燒磚等產(chǎn)品，制備出的免燒磚7天抗壓強(qiáng)度均符合《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》JC/T 422—2007中的MU20強(qiáng)度級(jí)。

圖4 武漢箱涵底泥分離出砂產(chǎn)品

對(duì)以上三種底泥的資源化處置，分別進(jìn)行了成本測(cè)算，主要是包含技術(shù)費(fèi)、設(shè)備費(fèi)、材料費(fèi)、人工費(fèi)、管理費(fèi)等的綜合單價(jià)，同時(shí)對(duì)比武漢市同類同質(zhì)產(chǎn)品市場(chǎng)售價(jià)，對(duì)比情況見(jiàn)表4。

表4 成本對(duì)比情況

從表4可以看出，每種產(chǎn)品銷售后，利潤(rùn)均較為可觀。其中常州內(nèi)河底泥制成園林用土和武漢箱涵分離砂已實(shí)現(xiàn)了工程化實(shí)施，給工程帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4 城市內(nèi)河湖底泥資源化效益分析

城市內(nèi)河湖是一個(gè)城市的靈魂，城市水體有效治理能帶動(dòng)整個(gè)城市生活環(huán)境的巨大提升，帶來(lái)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益是不可估量的。水體治理中產(chǎn)生的大量底泥的資源化是非常重要的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。首先，底泥資源化能帶來(lái)一定的直接經(jīng)濟(jì)效益，可以減少工程的總體投資；其次，底泥資源化處置不需要占用大量的填埋場(chǎng)，對(duì)寸土寸金的城市區(qū)域而言，土地的經(jīng)濟(jì)效益顯著；另外，不會(huì)因底泥的堆存產(chǎn)生臭氣給周邊居民生活帶來(lái)安全健康隱患，不會(huì)因滲漏遷移造成地下水污染[5]。所以，底泥資源化帶來(lái)的社會(huì)效益和環(huán)境效益是巨大且長(zhǎng)遠(yuǎn)的。

5 建 議

a.城市內(nèi)河湖底泥泥性復(fù)雜，且根據(jù)所處的地域和周邊環(huán)境不同又不盡相同，故對(duì)城市底泥的資源化需要對(duì)底泥進(jìn)行充分而系統(tǒng)的檢測(cè)，因泥施策，因地制宜制定出最優(yōu)的資源化方案。

b.需要促進(jìn)底泥資源技術(shù)的應(yīng)用。底泥資源化不僅要考慮技術(shù)可行性，還需要考慮經(jīng)濟(jì)可行性，不斷優(yōu)化生產(chǎn)成本，提高工程化實(shí)施性。同時(shí)還需要政府部門的大力支持。