河湖疏浚底泥資源化利用研究進展

鄧琪豐 劉衛(wèi)東 韓云婷

摘 要：工程建設(shè)和河湖疏浚清淤產(chǎn)生了大量的淤泥，資源化處理是處理處置方式里最有效的方式之一。本文主要綜述了常用處理處置方式與資源化利用的優(yōu)缺點，從固化劑和固化效果的影響因素件闡述了淤泥固化處理的研究進展，對初始含水率、有機質(zhì)含量和養(yǎng)護條件影響固化效果進行了總結(jié);然后淺析生態(tài)原位利用的研究進展。最后，根據(jù)存在的問題，指出了資源化利用未來的研究方向：①原位利用的生態(tài)護岸技術(shù)的深度研究;②高效絮凝劑的研究;③淤泥固化土耐久性方面與工程應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：河湖疏浚底泥;資源化利用;固化處理;生態(tài)原位利用

中圖分類號：X703? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）02-0138-03

為加強水域污染防治，國家提出要重視河湖淤泥的處理處置問題，對傳統(tǒng)的處理處置方式進行改善，實行對環(huán)境更為友好的資源化利用。河湖疏浚清淤在提高航道通航、防汛防洪能力和解決水體污染、水域底堤抬升等問題的同時帶來了大量的堆積清淤底泥。由于淤泥具有含水率較高、高孔隙率、富含有機質(zhì)、低滲透性、壓縮性大等特點嚴(yán)重影響了其力學(xué)性能，在工程中無法被直接應(yīng)用。

在當(dāng)今社會，人們關(guān)注的重點逐漸從淤泥的清理和處理處置工作轉(zhuǎn)變到如何對淤泥進行資源化利用，響應(yīng)建設(shè)生態(tài)文明的號召，改善河湖的生態(tài)環(huán)境。

1疏浚淤泥處理處置現(xiàn)狀

1.1常用處理處置方法

（1）海洋傾倒。海洋傾倒是指將淤泥拋置在海洋中，利用海洋的自身的降解和稀釋作用來對淤泥處理。但我國淤泥量逐年增加，受污染程度越來越嚴(yán)重，而近海拋泥區(qū)趨近飽和，繼續(xù)拋泥會造成海洋污染，因此海洋傾倒不是長久之計。

（2）吹填造陸。將疏浚淤泥運到堆場先堆放，待淤泥中水分自然蒸發(fā)并固結(jié)沉降形成土地后再作為地基土使用。該法雖然有著處理量大、施工方便等優(yōu)點，但其早期強度低、周期長和成本相對來說較高。而且該處置方法占用土地面積大、自然干化過程耗時長，由于我國堆場用地也越來越短缺，無法滿足現(xiàn)今大量的淤泥吹填、堆放用地要求。

（3）衛(wèi)生填埋法。衛(wèi)生填埋法是發(fā)展起來替代傳統(tǒng)的堆放處置方法，即將自然晾曬后的淤泥堆積起來，通過機械碾壓壓實、覆土等施工過程，讓淤泥中的微生物對有機物進行消化分解的一種處置方法[1]。該方法具有量大、成本低、適應(yīng)環(huán)境等優(yōu)點。但對近幾年在衛(wèi)生填埋所花費的費用統(tǒng)計分析可得，衛(wèi)生填埋的成本優(yōu)勢已經(jīng)接近消失。而且降雨后，淤泥中的有毒物質(zhì)在雨水沖刷的作用下往下滲漏，造成填埋場的土質(zhì)和地下水被污染，所以在未來采用填埋處理淤泥的可行性需要斟酌。

1.2資源化利用

上述的處理處置方法并不能解決好淤泥問題，反而會出現(xiàn)其他的環(huán)境問題，所以探索資源化利用成為重中之重。在淤泥中的黏土可以用來制作輕質(zhì)骨料、水泥添加劑、路基建材。烘干后的干土可作為主要材料生產(chǎn)制磚、生態(tài)水泥、陶粒、熔融材料等。而且淤泥在經(jīng)過處理后可以反應(yīng)掉大部分重金屬物質(zhì)或使其沉淀，使淤泥體積進一步減小，降低其對環(huán)境的危害。

1.2.1固化處理法

現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的資源化利用途徑之一是淤泥固化處理，通過添加固化劑與淤泥發(fā)生水化反應(yīng)從而實現(xiàn)固化處理，改善其力學(xué)性能和穩(wěn)定污染、有害物質(zhì)，使得含水率高而無強度的淤泥成為具備一定工程特征、能夠應(yīng)用在工程中的固化土，成為新的建筑材料。

1.2.2建材產(chǎn)品

（1）燒制陶粒。陶粒在燒制之前的原料與淤泥有相似甚至相同的成分，因此可以對淤泥取代部分原料來燒制陶粒進行研究。徐振華[2]以污泥與底泥作主要原料，對燒結(jié)工藝進行研究并建立中試生產(chǎn)線進行分析，對環(huán)境影響很小，實現(xiàn)了經(jīng)濟環(huán)保的要求。林子增等[3]對燒結(jié)工藝影響陶粒空結(jié)構(gòu)特征進行了研究，結(jié)果表明焙燒溫度對氣孔率影響不大，降低焙燒溫度和保溫時間可提高陶粒分形維數(shù)并減少能耗。但是利用淤泥制備陶粒存在能耗高的問題。文獻(xiàn)[4]表明，我國目前生產(chǎn)陶粒的工藝耗能較高、較為落后，而國外的先進工藝能夠明顯降低生產(chǎn)成本和能耗。

（2）淤泥制磚。常見淤泥制磚技術(shù)有兩種，燒結(jié)磚與免燒磚。能夠大量消耗淤泥量的最佳處置方式是進行淤泥焚燒，與其它淤泥處置方式相比具有較大優(yōu)勢，焚燒后留下的物質(zhì)比較穩(wěn)定，不會二次污染環(huán)境。馬雯等[5]研究淤泥磚燒制的影響因素，研究表明淤泥摻量是影響性能的最主要因素，摻量增加、燒結(jié)溫度增大與成型壓力增大（成型壓力小于60MPa）會降低強度與增大吸水率，但當(dāng)成型壓力大于60MPa時，趨勢則相反。雖然淤泥制磚具有節(jié)省資源、保護環(huán)境等優(yōu)點，但存在強度較低、外觀欠佳等問題，而且污泥制磚性能評價方法不完善。

2淤泥固化研究現(xiàn)狀

2.1淤泥固化劑研究現(xiàn)狀

淤泥要想能在工程中實際應(yīng)用，就必須先進行處理，而最為常見的資源化利用方式則是在淤泥中添加固化劑制成淤泥固化土。用于改善淤泥力學(xué)性能并穩(wěn)定其污染物質(zhì)的固化材料稱為淤泥固化劑，適用于淤泥固化的材料有很多不同種類，可分為有機類、無機類、生物酶類固化材料。現(xiàn)今普通硅酸鹽水泥由于其常見且成本相對較低，通常會被選作固化劑主要成分。

邵俐[6]發(fā)現(xiàn)單采用水泥作為固化劑對高機質(zhì)含量淤泥固化不能有效提高力學(xué)性能，故研究摻加粉煤灰對固化效果的影響，研究表明對淤泥固化土早期強度影響較小，主要對固化淤泥的后期強度影響顯著。

程福周[7]研究在水泥中摻入氫氧化鈉和石膏對淤泥固化效果的影響，發(fā)現(xiàn)NaOH可以促進水泥的水化作用，石膏有利于產(chǎn)生鈣礬石填充骨架孔隙，均對淤泥固化效果有增強促進作用，但二者都存在有最佳摻量，當(dāng)超過該值時反而有負(fù)作用。

孫家瑛[8]研究添加堿渣、礦渣等固體廢棄物與脫硫石膏及激發(fā)劑復(fù)配對淤泥固化的性能影響，試驗表明，隨著新型固化劑的摻比增加，固化土抗壓強度、抗拉強度、黏聚力和內(nèi)摩擦角均不斷增長。不僅如此，使用堿渣、水泥廢料固化淤泥，對污染物含量高的淤泥固化效果顯著，污染物浸出程度也大幅減小。

2.2淤泥固化效果影響因素

2.2.1初始含水率的影響

邵玉芳[9]對西湖疏浚淤泥固化研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)淤泥含水率過高時，固化材料的摻入量增加與養(yǎng)護齡期的延長對固化土強度增長的影響有限，均未能達(dá)到理想固化效果。張春雷[10]通過調(diào)配不同含水率淤泥研究初始含水率對淤泥固化效果的影響，發(fā)現(xiàn)淤泥初始含水率對固化淤泥的強度有顯著影響。淤泥含水率增加，固化淤泥強度呈冪關(guān)系下降，而黏聚力則隨之降低。丁建文[11]的壓縮試驗結(jié)果表明，淤泥固化土的壓縮曲線中存在有一個明顯的結(jié)構(gòu)屈服點，綜合分析了影響因素后得到了結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力與無側(cè)限抗壓強度的定量表達(dá)式。王文軍[12]研究發(fā)現(xiàn)，淤泥初始含水率較低時，二者可以表現(xiàn)為線性關(guān)系，而當(dāng)初始含水率較高時，線性關(guān)系并不明顯;在此基礎(chǔ)上建立了用綜合參數(shù)EAT表征的固化土強度預(yù)測模型，為往后對高含水率的淤泥固化處理提供了指導(dǎo)。綜上所述，淤泥的含水率較高對固化劑固化淤泥的效果有較大的影響，由于孔隙也會隨著含水率的增加而增加，固化劑與淤泥反應(yīng)生成的水化產(chǎn)物不能有效填充孔隙與支撐結(jié)構(gòu)，故對于強度的提高不利。

2.2.2有機質(zhì)含量的影響

范昭平[13]選取大亞灣和五里湖的淤泥作為研究對象探索有機質(zhì)含量對固化效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)，有機質(zhì)對于淤泥的固化效果影響顯著，淤泥固化強度隨著有機質(zhì)含量的增加明顯降低，不過其存在一個強度影響極限含量，當(dāng)有機質(zhì)含量超過該值時，對于強度的影響很小。在此基礎(chǔ)上，朱偉等[14]對有機質(zhì)中的腐殖酸成分進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸會一定程度上抑制水泥水化反應(yīng)，而且強度齡期的增長率會隨著有機質(zhì)含量的增加而減小，同樣也存在一個極限含量3.62%。趙笛等[15]通過改變富里酸含量來模擬不同有機質(zhì)含量的淤泥，結(jié)論表明，富里酸含量的增加會使結(jié)合水與礦物水的生成量減少，從而影響強度的增長，同樣存在一個極限含量為5.89%，均驗證了范昭平的結(jié)論。由此可得，有機質(zhì)含量在極限含量范圍內(nèi)的增加會顯著降低淤泥固化的強度，而超過極限含量后則影響很小。

2.2.3養(yǎng)護條件的影響

宮必寧[16]試驗證明，水中養(yǎng)護試樣強度高于空氣中養(yǎng)護強度，前30d強度相差不大，而當(dāng)養(yǎng)護至90d時，空氣中養(yǎng)護強度比水中養(yǎng)護強度大幾近50%。說明水中養(yǎng)護固化土孔隙對外界水的吸收會抵消其化學(xué)反應(yīng)增長的強度。章榮軍等[17]研究了養(yǎng)護溫度對淤泥固化效果的影響，養(yǎng)護溫度升高可以加速其中的化學(xué)反應(yīng)速率，可以顯著提高固化土的早期強度;而且能使更多水化產(chǎn)物參與反應(yīng)而明顯提高其晚期強度。鄭少輝[18]探討了養(yǎng)護壓力對淤泥固化效果的影響，養(yǎng)護壓力的增加會使固化土的強度明顯增加，由于土體顆粒的擠壓排水作用和養(yǎng)護壓力會使土體內(nèi)部產(chǎn)生自應(yīng)力，土體受力時需要先克服自應(yīng)力從而提升強度。

3生態(tài)原位利用

夏軍[19]研究基于淤泥利用的生態(tài)護坡基材，淤泥摻量的增加，可以提高狗牙根的出芽率，有利于早期萌芽，也能使莖長增大，讓基材植被覆蓋層更快形成，當(dāng)淤泥摻量達(dá)到50%～75%，促進效果最為明顯。田旭[20]發(fā)明了一種淤泥原位固化作生態(tài)護岸的制備方法，通過添加陰離子表面活性劑作發(fā)泡劑作成海綿土護坡，孔隙率達(dá)到28%，能夠有效地吸附、交換和蓄水，具有較好的抗水流沖刷性。據(jù)此，田旭[21]結(jié)合示范工程應(yīng)用研究利用淤泥制備生態(tài)護岸材料，研究表明，施工前后對水中溶氧量進行監(jiān)測，有明顯的上升，改善了水體的自凈能力，水中的氮磷含量也有所下降，提升了生態(tài)效果。

4結(jié)語與展望

淤泥固化是當(dāng)前較為有效且應(yīng)用廣泛的資源化利用手段之一，但是大多研究都集中在固化劑的開發(fā)和優(yōu)化之中。

（1）對于河湖疏浚底泥資源化利用其他方面的試驗研究較少，淤泥的原位利用可以減少人力物力的消耗，可以對于淤泥固化土原位利用的生態(tài)護岸技術(shù)進行深度的研究，開發(fā)一種擁有良好的力學(xué)性能和植生性能的生態(tài)護坡。

（2）高含水率的淤泥不僅不適宜作固化處理，而且不利于作外運處理，可以對絮凝劑進行研究，使淤泥含水率能在短時間降低至可以利用的程度，節(jié)省時間成本。

（3）目前的試驗研究都以室內(nèi)試驗為主，大多研究都集中在力學(xué)性能方面，對于工程應(yīng)用方面與耐久性研究較少，可以對抗凍性、抗水流沖刷性等方面進行研究。

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