淤泥資源化利用方向分析

莊 楊，陳春偉，楊 崧，黃 磊，趙宏為

((1.常州市城市防洪工程管理處，江蘇 常州 213022；2.常州市武進(jìn)區(qū)河道湖泊管理處，江蘇 常州 213022)

河道淤泥不但污染水環(huán)境，是水體黑臭的元兇之一，而且影響河道過(guò)流能力，汛期直接威脅到沿岸居民生命財(cái)產(chǎn)安全。伴隨各類清淤工程的開(kāi)展，如何妥善處置淤泥，達(dá)到保護(hù)環(huán)境、利用資源的效果，已成為眾多研究者關(guān)注的問(wèn)題。平原河網(wǎng)區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致河道淤泥中有害污染物含量也呈現(xiàn)出逐年增高的趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外對(duì)污染底泥的處置主要有化學(xué)法、物理法以及生物法。物理法的使用較為常見(jiàn)，其中以原位覆蓋為主的修復(fù)法在深海可以使用，有通航、蓄水要求的河流、港口、水庫(kù)等則常采用疏浚后對(duì)底泥進(jìn)行異位處置[1]。處置河湖淤泥的常用方法為轉(zhuǎn)換為土地使用、焚燒或填埋。這些方法都存在一定的局限性，如，轉(zhuǎn)為土地利用要求在脫水處理過(guò)程中濃縮河道淤泥中的重金屬，這是目前的技術(shù)難點(diǎn)；焚燒處理的問(wèn)題是設(shè)備投資多、運(yùn)行成本高；直接堆填占地面積大，在雨水沖刷下易會(huì)對(duì)周邊土壤和水體產(chǎn)生二次污染，而且易引起滑坡等工程災(zāi)害。

1 淤泥資源化發(fā)展與問(wèn)題

近年來(lái)，人們開(kāi)始嘗試將淤泥“變廢為寶”，這不僅解決了淤泥處置問(wèn)題，而且可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。如將底泥分類處理，垃圾用于焚燒發(fā)電，砂料清洗后用于筑堤、造地；部分泥餅經(jīng)過(guò)高溫回轉(zhuǎn)窯燒制成陶粒，用做建筑原料等。有研究者[2]將官?gòu)d水庫(kù)的疏浚淤泥改良后，用于種植玉米、苜蓿和杏樹(shù)苗等植物，結(jié)果表明，淤泥是一種良好的土壤改良劑，其中有機(jī)物分解后產(chǎn)生的腐殖質(zhì)在進(jìn)入土壤后能夠在很大程度上改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤的保水保肥能力、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可耕作性，這為淤泥資源化利用提供了新的思路。資料顯示，上海、北京、天津、西安等地也進(jìn)行了淤泥及淤泥堆肥的相關(guān)研究，研究主要集中在以淤泥為材料進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)土的配比，試驗(yàn)效果顯示營(yíng)養(yǎng)土為植株提供的養(yǎng)分與一般復(fù)合肥相差無(wú)幾。由此推測(cè)，下階段農(nóng)業(yè)利用可能是我國(guó)淤泥資源化利用的主要方式[3]。

但我國(guó)淤泥資源化起步較晚，缺乏相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和政策制度。與此同時(shí)，將淤泥直接用于種植業(yè)存在的重金屬遷移風(fēng)險(xiǎn)尚未明確，加之考慮到淤泥本身存在的劣根性，在農(nóng)業(yè)種植中使用，存在污染食物鏈的風(fēng)險(xiǎn)，河道淤泥的土地利用技術(shù)還未普及。據(jù)此，本文提出對(duì)待清淤河道大范圍取樣進(jìn)行淤泥污染物含量對(duì)標(biāo)分析，參照農(nóng)用土地污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)對(duì)淤泥進(jìn)行定性分類，適合種植的淤泥經(jīng)過(guò)脫水處理后可直接發(fā)揮土地利用價(jià)值。

2 淤泥污染對(duì)標(biāo)分析

2.1 試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)位分布

將流經(jīng)常州市東遠(yuǎn)煤炭公司東南側(cè)至中國(guó)華電戚墅堰發(fā)電有限公司西南側(cè)的常州老運(yùn)河(總長(zhǎng)約25 km)河段進(jìn)行均勻的定點(diǎn)劃分，設(shè)5個(gè)基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，平均1 km再設(shè)置1個(gè)采樣測(cè)點(diǎn)，20個(gè)采樣檢測(cè)點(diǎn)從基準(zhǔn)點(diǎn)位1上游3 km，到基準(zhǔn)點(diǎn)位5下游1 km范圍內(nèi)沿線均勻采樣，并根據(jù)周邊工業(yè)源設(shè)置情況對(duì)布點(diǎn)微調(diào)，確保所采樣本的代表性。

2.2 檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)用柱狀采集管對(duì)25個(gè)測(cè)點(diǎn)經(jīng)行淤泥取樣，主要采用《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618—2018)和《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB36600—2018)涉及的指標(biāo)對(duì)淤泥進(jìn)行土壤種類劃分，樣品檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1～2。

表1 鎘等檢出因子質(zhì)量比范圍 單位：mg/kg

化驗(yàn)結(jié)果顯示，老運(yùn)河淤泥樣本中含有鉻、鎘、銅、鉛、銻、鋅等重金屬元素以及氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，根據(jù)土壤污染物的最高允許質(zhì)量濃度指標(biāo)值判斷：該淤泥重金屬含量高于一級(jí)土壤，但并未出現(xiàn)超高變異，符合二級(jí)土劃分的各項(xiàng)指標(biāo)，處于不造成環(huán)境和植物污染的風(fēng)險(xiǎn)管控范圍內(nèi)。二級(jí)土適用于一般農(nóng)田、蔬菜地、茶園、牧場(chǎng)等，允許用于糧食作物、蔬菜、牧草的種植，這表明該河段淤泥有實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步資源化利用的基礎(chǔ)條件。

2.3 資源化利用建議

河道淤泥中重金屬和化學(xué)物種類豐富，以鉛、鎘為例，一般種植土的鉛、鎘安全臨界值分別為500 mg/kg、1.0 mg/kg。但是不同蔬菜對(duì)重金屬的耐受能力和積累作用各不相同，芹菜的土壤安全臨界值鉛為90 mg/kg、鎘為5 mg/kg；萵苣在土壤鉛含量高于367 mg/kg、鎘高于2.9 mg/kg時(shí)生長(zhǎng)受到抑制[4]，其他重金屬銅、鋅等也有相同的情況，蔬菜對(duì)于重金屬的耐受力存在著難以統(tǒng)一的種間差異。這種差異表明，實(shí)現(xiàn)淤泥在種植業(yè)中的資源化利用，不僅應(yīng)對(duì)淤泥進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚刂破渲械奈廴疚锖浚蛊溥_(dá)到一定的準(zhǔn)入條件與技術(shù)要求，科學(xué)合理地施用，還要慎重選擇作物種類，但目前技術(shù)領(lǐng)域還缺乏明確的標(biāo)準(zhǔn)。

考慮到取樣確認(rèn)的淤泥重金屬含量主要發(fā)揮象征意義，不能作為精確劃分河段淤泥種類的指標(biāo)，而且在實(shí)際清淤過(guò)程中不可能以測(cè)點(diǎn)為界分批清淤。因此，為了避免對(duì)人類生存環(huán)境造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，將受損土壤的修復(fù)改良(廢棄礦場(chǎng)、生活垃圾填埋場(chǎng)等)的理念引用到淤泥利用中，建議將淤泥資源化的方向定位在園林綠化方向，尤其是在草坪培育中可嘗試應(yīng)用河道淤泥，這不僅可以促進(jìn)草坪的生長(zhǎng)，提高其觀賞品質(zhì)，而且不易構(gòu)成食物鏈污染的危害[4]。

3 效益分析

3.1 生態(tài)效益

大多數(shù)草坪草生長(zhǎng)周期約為4個(gè)月，草類有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，可以有效獲取淤泥中的營(yíng)養(yǎng)。其產(chǎn)量大，生長(zhǎng)迅速的特點(diǎn)，也決定了借助草坪草優(yōu)越的生長(zhǎng)速度，可以較快實(shí)現(xiàn)淤泥的表面覆蓋。草坪草的葉面積在整個(gè)生長(zhǎng)期增長(zhǎng)迅速，葉面積指數(shù)ILAI也隨之增長(zhǎng)。

(1)

(2)

式中：AL為單注植株總?cè)~面積，cm2；k為修正系數(shù)，草坪草一般取0.85；Li為第i片葉片的長(zhǎng)度，cm；W為第i片葉片最寬處的寬度，cm；n為單株植株的葉片數(shù)。ILAI為葉面積指數(shù)；ALi為第i株植株總?cè)~面積，cm2；n為植株數(shù)量；IW為株距，cm；RW為行距，cm。

植株在不同生育階段發(fā)揮的降雨截留作用與葉面積指數(shù)呈正相關(guān)，冠層截留和冠層內(nèi)蒸發(fā)作用會(huì)分異降雨[4]，這會(huì)從一定程度上減輕雨水的沖刷和下滲，可以降低傳統(tǒng)堆積和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的土地轉(zhuǎn)化利用時(shí)淤泥中重金屬向地下水、周邊環(huán)境擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。

表2 鈷等檢出因子質(zhì)量比范圍 單位：mg/kg

根據(jù)草坪草在土壤修復(fù)中的表現(xiàn)不難發(fā)現(xiàn)，重金屬易在草體內(nèi)富集。以黑麥草為例，它在成長(zhǎng)過(guò)程中可以富集土壤中各類重金屬，從而達(dá)到土壤修復(fù)效果，接種叢枝菌還可以使黑麥草鎘耐受性增強(qiáng)，使得植株富集、轉(zhuǎn)運(yùn)鎘能力增加，從而降低黑麥草地上部的鎘質(zhì)量濃度，減輕土壤鎘毒害[5]。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)于綠化種植戶來(lái)說(shuō)，化肥是一項(xiàng)重要的生產(chǎn)支出，如黑麥冬對(duì)于肥的需求量較大，基肥要求充足，過(guò)去一般以腐熟農(nóng)家肥為主，生長(zhǎng)周期還需追肥3次。百慕大常使用中低磷鉀復(fù)合肥，種植戶為保持草坪色澤，施用量都高于該種植標(biāo)準(zhǔn)施肥量，沒(méi)有被植物吸收的化肥流失，污染了地下水，破壞生態(tài)環(huán)境，威脅人類健康。在常州市后園園林有限公司現(xiàn)代化草坪苗木種植基地的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研顯示，普通復(fù)合肥約3 800元/t，草坪種植的一個(gè)生長(zhǎng)周期單位面積土地化肥總用量一般為6 750～7 500 kg。

范志明等[6]在園林綠化工程中應(yīng)用淤泥后發(fā)現(xiàn)，即便是不同類型土壤，添加了淤泥的土壤植株鮮重比未添加淤泥的土壤植株鮮重明顯有所提高，主要是因?yàn)樘砑佑倌嗪笸寥赖姆柿μ岣吡恕：雍倌嗪胸S富的有機(jī)質(zhì)、植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的氮、磷、鉀和多種微量元素，種植戶使用淤泥可以有效降低化肥需求量，不但節(jié)省成本，而且達(dá)到減少面源污染排放的效果，符合當(dāng)代環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的理念。

草坪移植常伴隨著植株根系層土壤的流失，因?yàn)槿栏惒萜翰莺笃跁?huì)連帶栽種土塊整體切割然后再進(jìn)行移植，以提高草坪成活率。目前較為前沿的種植方式是無(wú)土栽培，種植戶采用透水性好的長(zhǎng)江砂為草坪生長(zhǎng)載體，無(wú)土栽培單位面積土地的長(zhǎng)江砂用量約為3 750 t，根據(jù)市價(jià)長(zhǎng)江砂使用成本一般在60元/t，成品草皮的一次移植可以造成長(zhǎng)江沙流失率高達(dá)6.5%，鑒于目前對(duì)長(zhǎng)江采砂的嚴(yán)格管控，采用淤泥栽種草坪草可以解決土壤流失的后顧之憂。

4 結(jié) 語(yǔ)

淤泥在作為植物養(yǎng)分和土壤有機(jī)質(zhì)方面有很大的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境價(jià)值。本文通過(guò)對(duì)標(biāo)分析淤泥中污染物含量，發(fā)現(xiàn)常州老運(yùn)河的淤泥滿足基本的種植標(biāo)準(zhǔn)，建議將其用于草坪草種植，這不僅可以促進(jìn)草坪草的生長(zhǎng)，避免施用的過(guò)多化肥進(jìn)入土壤，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，而且避免造成食物鏈污染，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。以淤泥在園林綠化中的資源化利用為方向，對(duì)淤泥施用模式進(jìn)行科學(xué)研究，將有助于進(jìn)一步提升淤泥資源化利用水平，對(duì)提升地區(qū)發(fā)展有重要的參考價(jià)值。