淺談淤泥固化處理施工技術及應用前景

文／馬建坤 廣州市廣州工程建設監理有限公司 廣東廣州 510075

引言：

我國由于海洋、河流、湖泊眾多，因而會形成較多的泥沙。而淤泥拋填形成的軟土地基優非常的脆弱，不容易利用，生態環境面臨日益破壞的壓力，而且淤泥的成分復雜，它的體積大、易腐敗、發臭、污染水源、土壤污染，同時也含有多種金屬元素、有機污染物、病原微生物、寄生蟲卵等。因此，若不及時進行無害化處理，將會對生態環境產生較大的二次損害。因此，探索一種適用于我國實際的污泥處理與利用技術非常重要，這就需要我們做到尋求合理的處理與處置途徑，掌握國內外污泥治理的最新進展，充分發揮其資源的作用，促進污泥資源化、減量化、資源化的發展。

本文就針對我國淤泥固化處理現狀進行未來淤泥固化處理技術的研究和發展方向的探討，同時簡述淤泥固化處理施工技術的概念、意義來輔助理解淤泥固化行業，重視現在技術的同時，仰望未來前景。

1.簡述什么是淤泥固化處理施工技術

1.1 內涵

是指利用污泥的物理修飾作用，破壞污泥中的微生物細胞，促進其釋放，并通過一系列復雜的生物化學反應，將其固化為一種與土壤或具有較高粘性的固體物質，從而減少污泥的水分含量，加快污泥脫水和固化。污泥處理技術主要包括固化、土地利用和焚燒三種方式。其中，固化是最早采用的一種技術，這是因為固化法不需要改變土地利用的模式，不需要對土壤進行改造，不會產生其他的負面影響。該方法也是目前處理污水處理廠針對淤泥最常用的方法。

1.2 外延

由于全球范圍內普遍推行的可持續發展策略，各國及區域的經濟環境及環境法規的差異，其處理方法也不盡相同，各有優缺點。但大家一致認為，要將淤泥轉化為有用的物質，最大限度地利用淤泥中的活性物質，實現可持續發展。在眾多淤泥處理處置方法中，固化是污泥處理的一種重要手段。固化是將污泥中的有機物轉化為水泥、石膏等無機材料并將其穩定在固相狀態，從而使之具有一定的機械強度、耐酸耐堿等物理性能和化學性質，達到污泥無害化或資源化，防止二次污染的目的。污泥固化處理技術有很多，但每種方法都會有自己的優缺點，因此，對這些方法進行深入研究和比較就顯得十分重要。就目前而言，根據固化污泥所具有的特性及應用場合不同，又可分為以下幾類：

1.2.1 物理脫水法

所謂的物理脫水法就是使用物理手段，例如壓縮、晾曬等方法，進行力學層面上其類似于力學性質、強度等物理性質的增強，使得淤泥達到固化的效果的過程，也就是說，物理脫水法其實就是通過自然晾曬法、機械脫水法來降低淤泥中的含水量來改善其力學性質。自然晾曬法就是一種利用太陽照射和蒸發的方法，將淤泥中的多余的水分排出，從而使淤泥變硬，但是這種方法只能用于少量的淤泥，并且由于地形、天氣等因素的限制，所以它的實施難度也很大。機械脫水法也就是利用脫水機器將污泥中的多余水分除去，既方便操作，又不會受到其它環境因素的干擾，且具有很高的效率和穩定性。但其缺點就在于，需要購買成批的設備，并且該設備一次投入經費巨大，因此其不適宜發展中國家的小企業使用，且脫水效率低下，同時污泥中有機物質、腐殖質及各種有毒物質難以去除，容易二次污染。

1.2.2 加熱燒結法

加熱燒結法是利用淤泥中有機物含量較高，熱量較高的特性來處理淤泥，燒制后的淤泥可以用作粘土、替代砂、礫石、粘土磚等。加熱燒結法最大的特點就是能夠及時地處理好大量的淤泥，減緩淤泥大量產生、大量污染環境的問題，而淤泥建筑材料的回收利用，一般不會投入太多的資金，但是卻可以帶來巨大的經濟效益，并且污泥的固化效果非常好。但其缺點就是在燒結的過程中，有害物質燒結產生的有害氣體，如果處理不當的話，會造成氣體中的有害物質的二次污染，危害環境安全。

1.2.3 化學固化法

化學處置方法是利用各種化學藥劑對淤泥中的雜質進行處理，從而達到降低污泥含水量和減少污泥產出量的目的，是目前國內大規模處理淤泥的最適宜的處理方法。處理方法大致有：用氯化鈉溶液、硫酸鹽溶液、石灰溶液反應固化、次氯酸鈉反應固化、次氯酸鈉與氧化氫反應固化，來實現淤泥的固化。其原理大致就是，將水泥、減水劑、水泥、石膏、石灰等固化物料加入淤泥中，經過攪拌、混合，使固化物料與水發生一系列物理、化學反應，改變其機械性能，提高了淤泥的含水率和強度。淤泥固化劑可以選用高分子固化劑、化學固化劑、生物酶固化劑，只要固化劑能夠在淤泥中形成網狀骨架，增強泥漿的強度，減少有害物質的生成即可。目前國內已知的大部分固化劑都是復合固化劑，其可以根據不同的加固目標確定不同的固化劑比例，成本低，取材方便，穩定性好，但缺點是，在固化初期，其強度并不高。但總體來講，還是比較適合運用于我國現在的淤泥固化處理上的，其也是我國在疏浚淤泥固化處理中普遍運用的方法之一。

2.淤泥固化施工技術的意義（作用）

2.1 加強淤泥物質結構的穩定性

通過將固化材料加入到淤泥中，攪拌混合養護，使淤泥、水、固化材料之間進行一系列水解、水化作用，使淤泥顆粒表面形成一種凝膠狀物質，從而使淤泥具有較好的水、強度和穩定性。此外，凝膠特性的水化產物在泥沙粒子間形成網狀結構，即形成骨架，晶體水化產物填滿網孔，固化后使其具有一定的結構強度。

2.2 起到一定的減污作用

淤泥一般是指由工程施工產生的含泥量很高的淤泥，其含有大量對環境有害的物質，如重金屬、硫化物等。目前對工程建設中所產生的淤泥進行處理主要有三種方法：物理法固化、化學法處置和生物法處置。而化學法固化處理不僅可以增大淤泥顆粒的粒徑，還可以通過固化材料的水化作用有效地降低淤泥的含水率。另外，固化反應后所產生的包裹著淤泥顆粒的凝結硬化殼可有效地降低淤泥中污染物質的活性，從而起到一定的減污作用。

2.3 增加淤泥有效資源化利用價值

適用于數量大、規模大的淤泥的治理，可廣泛應用于大規模的填海工程；施工簡單、靈活，而且因其具有快速硬化特性，能大大縮短填筑時間；并可按固化泥漿的使用情況，一次處理，達到強度、變形、滲透率等指標；如果利用粉煤灰、石膏等廢棄物作輔助固化，可以大大減少項目建設成本，并可減少粉煤灰、石膏等工業廢棄物，達到良好的環保效果。

淤泥是一種很有潛力的資源，它的固化和資源化處理可以解決國內大量的廢泥和河流、湖泊、海洋拋泥所帶來的環境問題，同時還能解決建筑施工中的土壤問題，是一項非常有發展前景的新興行業。

3.淤泥固化處理施工技術現狀與解決措施

3.1 國內淤泥固化處理措施出現的問題

隨著我國污水處理行業的迅速發展，我國的污泥產能迅速增加，作為廢水處理行業中的一個重要組成部分，其市場空間將達到千億。盡管國家對污泥處理和處置的政策越來越嚴格，但是產業發展卻一直未能取得重大突破，技術上的不足已成為一個重要的缺陷。

國內對污泥的處理和處置起步較晚，在處理處置、處置技術等方面均與世界先進國家有一定差距。目前，國內大部分的專家都認為，目前的污泥處理和處置技術應該是先朝著穩定化、減量化和無害化方向發展，并在各方面的條件穩定的情況下再進行資源化。目前，國內的污泥處置設備已基本達到了減容的目的。但是，由于污泥處理技術路線不明確、資金投入不足、法律法規不健全、管理體制不健全等諸多因素，使得淤泥處理未達到“三化”要求，二次污染問題仍然比較突出。

另外，淤泥的處理和處置工作還沒有得到應有的重視，沒有得到有效地利用，導致了大量的淤泥“積壓”，而且一些比較落后的地區，因為淤泥堆積的時間太長，占地面積太大，環境污染嚴重，也帶來了很多不確定的安全問題。“十二五”時期，我國逐漸將注意力集中在淤泥的固化和資源化上，大力發展淤泥的綜合利用，政府在淤泥固化、資源化等方面下了很大的功夫，淤泥產業的發展受到了政府的大力支持。

3.2 優化淤泥固化處理施工技術的研究方向

現如今，由于固化后的淤泥具有低含水率、高含沙量、高孔隙比、高膠凝活性等特性，在工程上應用前景十分廣闊。例如，目前上海的許多城市建設項目都需要大量的淤泥，而上海對淤泥的研究與利用尚處于初級階段，因此其市場需求非常大。上海在淤泥方面的技術創新工作，主要有以下幾個方面：一是從淤泥中萃取出重金屬和相關金屬化合物；二是在各種技術研發、工藝改進、設備優化等方面進行了大量的技術研發和應用。三是對淤泥的各種工藝進行了深入的研究與應用；四是對淤泥的回收利用進行了探討。但由于種種原因，在我國至今尚未有項目能夠成功地推廣和工業化。我相信，這些技術和裝備的開發工作在我國很快就會有結果了。

（1）目前，淤泥的利用方式主要有堆存和填埋

堆存，將淤泥用于城市或工業建設的地基處理和回填，如利用淤泥作為地基土替代天然粘土，可以有效地提高地基土的承載力；作為填料使用或直接用作路基和路面結構材料時，可以有效地減少填土用量；作為外摻劑使用，將淤泥摻入土中與其他外加材料混合使用來改善地基土的工程性質；用作回填材料，將淤泥回填到地面以下進行綠化或作回填土覆蓋于建筑物基礎上或種植花草樹木。而作為外摻劑使用主要有：采用生石灰、水泥與重晶石或海泡石等工業廢渣摻入土體中；將淤泥加水浸泡后再壓實后用于路堤、路面、護坡等工程中；將淤泥和砂按一定比例混合后用于路基填料，改善地基性能。

（2）未來還可以盡力發展以下兩種研究

首先，可以修改固化材料配比，進行淤泥陶粒研究。陶粒作為一紅輕集料，由粘土、泥巖、頁巖、煤阡石、粉煤灰等為主要材料，可以取代普通砂石配置輕集料混凝土，具有密度小、孔隙率高、保溫隔熱、耐腐蝕、抗震抗凍性良好，以及抗堿集料反應性優異等多功能特點。各項技術性能達到或超過國家一等品標準，認為他是配置保溫或結構保溫混凝土的優質超清骨料。大量研究表明，淤泥經過處理燒制具有一定強度的陶粒是可行的，不但可以消耗大量的脫水淤泥，而且可以降低處理的成本，同時避免二次污染，既實現了廢物的資源再利用，又節約了土地能源。同時，還發現淤泥的化學成分、礦物成分經過燒制是可以達到環保要求的，不會造成二次污染。

其次，可以進行淤泥制磚技術的研究。淤泥在固化后可以直接用于制磚。淤泥制磚的方法有兩種：第一種就是利用熱固化淤泥直接制磚，第二種就是利用淤泥燒結的灰渣來制磚。當淤泥與黏土按質量比1:10 進行配料時，淤泥磚可以達到普通紅磚的強度。利用淤泥燒結的灰渣制磚時，灰渣的化學成分與制磚黏土的化學成分比較接近，因此，將灰渣與黏土等摻和材料混合制磚，或不加任何摻和劑單獨制磚即可。淤泥制磚不僅可以節約大量的土地資源，而且費用低于填埋的費用，甚至還有收益。

（3）淤泥原地固化處理

淤泥就地固化技術是一種利用固化劑對淤泥進行就地固化處理的新型技術，使土體達到一定強度，從而滿足軟土開挖、再利用以及施工所需的承載要求，同時形成板體達到地基處理的目的，并也可結合復合地基進行深層處理，使地基承載力達到80 千帕以上，它能大規模、低成本地將淤泥轉變為資源，將淤泥就地處理。工藝流程如圖1、圖2：

圖1 淤泥原地固化處理工藝流程

圖2 淤泥設備固化處理工藝流程

4.淤泥固化處理技術的應用前景

通過引進淤泥的資源化利用技術，使“三清”后的污泥得到了充分的量化處理和利用，既可以將其變廢為寶，又能解決淤泥的排泄和放置問題。目前，我國對淤泥的處理日益重視，但由于多方面因素的影響，目前國內污泥處理的利用率尚且不高。記得曾有一篇報道講述到，在上海，污泥處理的回收率大約在20%-30%之間，其利用率連一半都還未及，多數淤泥被放置、浪費，造成了環境上的污染和空間上的占用。因此，污泥的資源化利用一直是困擾我國城鎮污水處理廠的一個重要問題。本文主要講述淤泥在固化后可以進行的資源化利用方向。

4.1 建材利用

淤泥是一種粘土質資源，可將其與不同的固化材料按照不同的配比制造不同需求的建筑材料，這樣的資源化利用在發達國家其實已經非常成熟并且普遍了。例如：將其固化后與黏土或者粉煤灰按照一定的比例摻和混合，在高溫的情況下烘培，加熱燒結后可使得淤泥增加穩定性，并以此制成建筑材料；采用高熱值的城市淤泥替代煤炭作內燃劑，摻入一定的都市淤泥，制得的磚坯抗壓強度和抗折強度均可滿足國家標準50 級磚的強度要求。淤泥除了能夠進行以上兩種處理程序之外，還可以根據建造需求，摻和不同配料，使用不同方法制成其他類似于微晶玻璃、軟地基、混凝土骨料等，雖然在我國這些許多的研究仍然處于試驗階段，實際應用起來的少之又少，在淤泥固化資源化方面，我國進程還需要做進一步推進工作。

4.2 環保材料

在淤泥固化的過程中會產生許多的有機物、這些有機物是有重大用處的：例如，可以通過高溫碳化燒結和化學方法改性可以支撐活性炭的吸附劑，能夠用于水資源凈化、日常生活所需等；還可以使用不同的方法將淤泥固化后產生的可利用物質進行提取，在完成建筑材料加工的同時，“免費”獲得一種或多種吸附劑、凈化劑，可用于解決不同的凈化問題。

結語：

我國淤泥處置技術發展較發達國家來說相對滯后，然而國內自行開發的工藝仍處于不斷改進階段，對污泥的處理要做到無害化、穩定化、減量化、衛生化和資源化等五個方面都需要有很高的技術支持。目前，淤泥處置日益受到人們的關注，其技術、政策和運作模式相信將會在近期取得突破性進展，而在政策的支持下，淤泥處置產業有望迎來高速發展。從過去的無人問津到如今的火爆，淤泥處置行業正吸引著越來越多的公司前來挖掘，千億的市場紅利正等待著釋放。但也應該清楚地意識到，在激烈的市場競爭中，只有掌握了核心技術，才能在市場上立足。