河湖清淤底泥資源化利用技術應用與研究

◎ 張小婧 東莞市運河治理中心

1.引言

清淤是指對河湖內淤積的泥沙、雜物進行疏浚清理，以恢復河湖的自凈能力和自然水位，減輕洪澇災害的危害。傳統(tǒng)的河湖清淤底泥處置方式一般是填埋堆放和海洋傾倒，然而填埋堆放會占用土地資源、且可能導致二次污染和土壤污染，海洋傾倒成本高且底泥中的有害物質可能會對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成威脅。因此，采用更科學和可持續(xù)的底泥處理方式在現(xiàn)代城市發(fā)展中至關重要。

本文基于河湖清淤底泥的組成成分，探討了近年河湖清淤底泥的應用場景及其利用關鍵技術難點，并在此基礎上研究了有關解決方案，旨在為河湖清淤底泥資源化的有效利用提供一定技術支撐。

2.河湖清淤底泥的組成成分

河湖清淤底泥的組成成分因地區(qū)和水體不同而異，一般來說，它們主要由有機物質、礦物質、水和其他物質組成。

2.1 有機物質

河湖清淤底泥中的有機物質主要來自于植物和動物的殘骸、糞便等。這些有機物質在水體中長時間存在，逐漸降解成更小的分子，變成可溶性的有機物和微生物。此外，底泥中還可能含有其他有機物質，如酚類、松香、石油類化合物等。這些有機物質是河湖底泥中重要的組成部分，它們對水體生態(tài)系統(tǒng)具有一定的影響，可以為細菌提供營養(yǎng)，也可以成為氧化的原料，從而消耗過剩的氧氣，也為底泥在農業(yè)領域的資源化利用提供了可能。

2.2 礦物質

底泥中的礦物質主要包括泥土、石塊、沙子、泥炭等，它們通常來自周圍環(huán)境的沉積物或者是沉淀物，主要化學成分是二氧化硅、氧化鉀、氧化鈣、氧化鈉、氧化鎂、氧化鋁、三氧化二鐵等，這些成分與黏土、陶粒等建筑原材料化學成分相近，因此清淤底泥在建筑材料領域有廣闊的應用前景。

2.3 水

河湖清淤底泥最重要的特征之一就是其中含有大量的水分，且底泥的水分含量通常受到當?shù)貧夂颉⒔邓⑺w水位、污染程度等因素的影響，因此不同地區(qū)和不同時間的底泥水分含量會有所差異。一般來說，底泥的水分含量可以通過加熱樣品至110℃～105℃，然后計算干重和濕重之間的比例來進行測定。底泥的水分含量對于底泥的處理和利用具有重要影響。較高的水分含量會增加底泥的重量和體積，對于儲存、運輸和處理都帶來困難；同時也會影響底泥中有機物的穩(wěn)定性，促進其生化反應和腐敗。因此，在實踐中需要采用相應的技術手段和方法對底泥進行脫水處理，以減少底泥中的水分含量，提高底泥的可靠性和利用價值。

2.4 其他物質

河湖中的底泥也可能含有各種其他物質，如化學污染物、重金屬等。這些物質通常是由附近的工廠、城市和農業(yè)活動引起的。它們是水體生態(tài)系統(tǒng)的重要威脅因素，可能會導致生物死亡和健康問題。因此，在進行底泥清理時，需要采用適當?shù)募夹g和措施，以減輕可能存在的環(huán)境風險。

3.河湖清淤底泥的資源化利用

3.1 農業(yè)方面的利用

清淤底泥富含有機質、氮磷等養(yǎng)分，可用作植物生長的肥料；含有大量的細顆粒物，可以改善土壤的物理性能，如pH值、容重和孔隙度等，從而促進植物的生長。因此經過處理后的河湖清淤底泥在農業(yè)種植上有較大的應用潛力，一般可將其作為土壤改良或有機肥料等多種方式來提高土壤的肥力和植物生長的效果。

如西湖清淤底泥的利用[1]，將西湖清淤底泥與化肥按照一定配比進行混合，制成復合肥料用在蔬菜種植上，與傳統(tǒng)復合肥料相比，蔬菜的產量和土地利用效率有所提高。類似的應用也出現(xiàn)在上海市桃浦河底泥的資源化利用中，將其與雞糞相混合、并經過加工制成有機肥，可用于青菜種植上。丁文等人[2]將河湖清淤底泥作為有機肥料，用于水稻種植中，研究發(fā)現(xiàn)在施加常規(guī)肥料的基礎上，再添加清淤底泥制成的有機肥料，可使水稻產量和質量都得到大幅度的提高。

此外，底泥中含有豐富的礦物質和微量元素等成分，可通過添加適量的底泥來改善土壤的物理性質和化學性質，增加土壤通氣性和保水性，從而促進植物根系發(fā)育和營養(yǎng)吸收。如劉純甫等人[3]利用脫水清淤底泥作為松嫩鹽堿地的土壤改良劑，可有效提高土壤的有機質含量、降低土壤堿化度；吉林省也在積極研究和探討利用吉林西部河湖清淤底泥，改良該地區(qū)“三化”土壤，增加土壤肥力，提高土地生產潛力。

3.2 園林方面的利用

對于不符合農用標準的河湖清淤底泥，可考慮園林種植的應用。如花卉生長需要較高的營養(yǎng)和水分供應，而底泥中含有豐富的有機質和氮、磷、鉀等元素，可以通過與種植基質混合或者當做肥料使用，來滿足花卉所需的營養(yǎng)和水分，促進花卉的生長和開花。此外，底泥也常用在市政綠化工程中，改善土壤物理性質，促進植物生長和根系發(fā)育。如胡浩南等人[4]以河湖清淤底泥為主要原料、以一定比例的粉煤灰和中藥渣為添加劑，制備成的改良土壤基質能顯著提高草皮的生長速度；類似的園林應用也出現(xiàn)在京杭運河(杭州段)清淤底泥、無錫太湖清淤底泥、南淝河清淤底泥等資源化利用中。

河湖清淤底泥在園林方面的應用，能夠提高土壤質量和促進植物的生長，為城市綠化、景觀建設等提供有效途徑。但需要注意其質量安全，避免污染或對環(huán)境造成不良影響。

3.3 生態(tài)方面的利用

河湖清淤底泥在生態(tài)修復方面的應用，主要體現(xiàn)在水體凈化、濕地修復以及生態(tài)系統(tǒng)建設等方面。

濕地生態(tài)系統(tǒng)能夠對水質進行有效凈化和保護，底泥中含有豐富的微生物和養(yǎng)分，可以作為濕地的建造材料和補給物質，促進濕地植物的生長和根系發(fā)育，達到濕地修復的目的；與此同時，底泥中的顆粒物和大量的有機物可吸附水體中的重金屬離子、農藥等污染物，底可用于構建生態(tài)堤壩和生態(tài)灘涂等生態(tài)工程，增加水體自凈能力、改善水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而保護和恢復水體生態(tài)環(huán)境，如利用西湖清淤底泥打造的杭州江洋畔生態(tài)公園就是典型的例子。此外，底泥中的有機質和養(yǎng)分可以提供樹木所需的營養(yǎng)，同時也能提高土壤肥力和改善土壤結構，以促進植樹造林的效果，北京通州區(qū)小中河清淤底泥就正在積極探索這方面的應用。

3.4 建筑方面的利用

3.4.1 填方材料

河湖清淤底泥可以被用作填方材料，主要是通過將其堆積填埋在適當?shù)膱鏊詼p少占用土地資源的空間，同時也能為建設工程提供較為經濟和環(huán)保的材料替代品。例如路基填方、挖填平衡等工程中的土方填筑，清淤底泥中含有一定的礦物質成分和粘土質，這些成分可用于制造填充土。此外，底泥中的顆粒大小適中，也可以作為護坡和防護墻中的填方材料，達到固定山體或者防止洪水等自然災害發(fā)生的目的。

3.4.2 陶粒

陶粒是一種通過將黏土等材料混合制成陶泥，然后經過成型和高溫燒結而制成的多孔的輕質陶土顆粒，具有保水、透氣、排水等良好性能，在現(xiàn)代建筑材料中有較為廣泛的應用。河湖清淤底泥的主要成分是黏土等礦物質，與陶粒燒制原料成分相似；且底泥中的有機物質在燒結時有助于形成陶粒多孔的結構，因此經過處理之后的底泥可以直接作為陶粒的原料，如圖1所示。

圖1 河湖清淤底泥用于陶粒制備的流程圖

夏立明等人[5]，以清淤的淤泥和藻泥為主要原料，進行合理脫水共建材化生產建筑陶粒，具有良好的社會效益和經濟效益；蔡爽等人［6］以東湖淤泥為主要成分，輔以粉煤灰、三氧化二鐵為添加劑，制備出的陶粒具有比重低、吸附率強等優(yōu)點。

3.4.3 環(huán)保磚

底泥中富含有機物，經過高溫燒結后可以分解并產生微孔，因此是制作環(huán)保磚的良好材料。清淤底泥制磚相比其他資源化方式具有很大的優(yōu)勢，經燒結后的磚制品物化性質穩(wěn)定，不易對環(huán)境造成二次污染。常用的制磚技術包括燒結磚和免燒磚。燒結磚的生產過程需要將底泥與適當?shù)酿ね梁推渌牧习匆欢ū壤旌虾筮M行模壓成型，并在高溫窯中進行燒結，如圖2所示。在高溫下，有機物質會被分解，形成微孔，從而提高磚塊的透氣性、容重和導熱系數(shù)等性能。如朱哲等人[7]利用東湖清淤底泥為主要原料、一定比例的粉煤灰和氧化鐵為添加劑，可制備具有吸水率低、抗壓強度高等優(yōu)良特性的燒結磚。免燒磚則是采用無燒制工藝，在底泥等原材料中添加適量的水泥、石灰以及其它摻合料，通過擠出、切割、蒸汽養(yǎng)護等工藝制成的一種新型墻體材料。該類磚塊在制造過程中不需要采用高溫燒結，因此能夠節(jié)省大量的能源和減少碳排放。如陳卓睿等人[8]以福州白馬河清淤底泥為主要原料、一定比例的水泥、硫酸鈉、粉煤灰為添加劑，制備出了強度可控的免燒結磚。

圖2 河湖清淤底泥用于燒結磚的制備流程圖

3.4.4 水泥

河湖清淤底泥中的主要成分是粘土、有機質等，其化學組成與天然黏土類似；水泥制備的主要原料是石灰石、粘土、熟石膏等，因此底泥可以作為原材料，用來部分代替水泥生產原料中的黏土。將底泥置于水泥窯高溫環(huán)境中，底泥會隨著燃燒發(fā)生物理化學反應，從而使底泥中的重金屬等有害污染物與水泥熟料晶格結合，實現(xiàn)對底泥的安全處理和資源化利用。這種處理方式不僅能減少大量廢棄物的排放，還能為企業(yè)節(jié)省原材料成本，在經濟效益和社會效益方面都有顯著成效，如用蘇州河清淤底泥就曾被用于水泥熟料生產研究[9]。但在此類資源化利用中，應嚴格把控底泥中氯離子等成分，避免生產的水泥對鋼結構造成嚴重的腐蝕。

4.底泥資源化利用技術難點及解決方案

河湖清淤底泥的資源化利用雖然有廣闊的應用前景，但也存在底泥質量不均、成分復雜、處理工藝復雜等技術難點。不同地區(qū)、不同水域清淤出來的底泥質量有所差異，其中含有的污染物種類和含量也不同，底泥質量不均也是其重要特征之一。同時，底泥中含有大量的有機物、無機物和微生物等成分，對于不同領域的利用需求也存在差異。如有機物含量較高的底泥不適合應用與建筑材料；而重金屬含量超過農用標準的底泥，適合采用固化技術用于建筑材料，這種成分的復雜性也一定程度上制約了底泥的大規(guī)模資源化利用。此外，不同的底泥利用方式需要進行不同的處理和加工，例如有機肥料、制磚、生態(tài)修復等，這對底泥的處理工藝和應用技術提出了較高的要求。

為解決這些技術難點，可考慮加強底泥質量監(jiān)測與管理、底泥處理技術創(chuàng)新等方面的措施。通過底泥質量監(jiān)測與管理，建立一套較為完善的底泥質量檢測體系，對不同來源和類型的底泥進行分類管理，以確保其安全可靠的應用。通過底泥處理技術創(chuàng)新，針對不同底泥利用領域的需求，開發(fā)新的處理技術和工藝路線，提高底泥的資源化利用價值。此外，底泥的處理和利用需要多部門的協(xié)作與合作，各方應加強溝通和交流，充分利用各自的資源和優(yōu)勢，共同推進底泥的資源化利用；制定和完善相關的政策法規(guī)，明確底泥資源化利用的標準、質量要求和管理措施，從而保障底泥的安全利用。

5.結語

河湖清淤底泥是一種重要的資源，其資源化利用可以降低環(huán)境污染和實現(xiàn)循環(huán)經濟，同時也需要進一步加強河湖清淤底泥資源化利用的研究與開發(fā)，推廣先進的技術模式和管理方法，以實現(xiàn)底泥的最大化資源利用和減少環(huán)境污染的共贏局面。